交換機(jī)的工作原理

交換機(jī)工作于OSI參考模型的第二層，即數(shù)據(jù)鏈路層。交換機(jī)內(nèi)部的CPU會(huì)在每個(gè)端口成功連接時(shí)，通過(guò)將MAC地址和端口對(duì)應(yīng)，形成一張MAC表。在今后的通訊中，發(fā)往該MAC地址的數(shù)據(jù)包將僅送往其對(duì)應(yīng)的端口，而不是所有的端口。因此，交換機(jī)可用于劃分?jǐn)?shù)據(jù)鏈路層廣播，即沖突域；但它不能劃分網(wǎng)絡(luò)層廣播，即廣播域。

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交換機(jī)的二層交換介紹

二層交換技術(shù)的發(fā)展比較成熟，二層交換機(jī)屬數(shù)據(jù)鏈路層設(shè)備，可以識(shí)別數(shù)據(jù)包中的MAC地址信息，根據(jù)MAC地址進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，并將這些MAC地址與對(duì)應(yīng)的端口記錄在自己內(nèi)部的一個(gè)地址表中。

具體的工作流程如下：

1) 當(dāng)交換機(jī)從某個(gè)端口收到一個(gè)數(shù)據(jù)包，它先讀取包頭中的源MAC地址，這樣它就知道源MAC地址的機(jī)器是連在哪個(gè)端口上的；

2) 再去讀取包頭中的目的MAC地址，并在地址表中查找相應(yīng)的端口；

3) 如表中有與這目的MAC地址對(duì)應(yīng)的端口，把數(shù)據(jù)包直接拷貝到這端口上；

4) 如表中找不到相應(yīng)的端口則把數(shù)據(jù)包廣播到所有端口上，當(dāng)目的機(jī)器對(duì)源機(jī)器回應(yīng)時(shí)，交換機(jī)又可以記錄這一目的MAC地址與哪個(gè)端口對(duì)應(yīng)，在下次傳送數(shù)據(jù)時(shí)就不再需要對(duì)所有端口進(jìn)行廣播了。不斷的循環(huán)這個(gè)過(guò)程，對(duì)于全網(wǎng)的MAC地址信息都可以學(xué)習(xí)到，二層交換機(jī)就是這樣建立和維護(hù)它自己的地址表。

怎樣區(qū)分交換機(jī)和集線器

集線器上的所有端口爭(zhēng)用一個(gè)共享信道的帶寬，因此隨著網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)量的增加，數(shù)據(jù)傳輸量的增大，每節(jié)點(diǎn)的可用帶寬將隨之減少。集線器采用廣播的形式傳輸數(shù)據(jù)，即向所有端口傳送數(shù)據(jù)。交換機(jī)上的所有端口均有獨(dú)享的信道帶寬，以保證每個(gè)端口上數(shù)據(jù)的快速有效傳輸。交換機(jī)為用戶提供的是獨(dú)占的、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的連接，數(shù)據(jù)包只被發(fā)送到目的端口，而不會(huì)向所有端口發(fā)送。

集線器是一種共享設(shè)備，本身不能識(shí)別目的地址，當(dāng)同一網(wǎng)內(nèi)的a主機(jī)向b主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)包在以hub為架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)上以廣播方式傳輸，由每一臺(tái)終端通過(guò)驗(yàn)證數(shù)據(jù)包頭的地址信息來(lái)確定是否接收，同一時(shí)刻網(wǎng)絡(luò)上只能傳輸一組數(shù)據(jù)幀的通訊。此方式共享帶寬。交換機(jī)基于mac地址識(shí)別，能完成封裝轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)功能的設(shè)備。交換機(jī)可以學(xué)習(xí)mac地址，放在內(nèi)部地址表中，通過(guò)在數(shù)據(jù)幀的始發(fā)者和接收者之間建立臨時(shí)的交換路徑，使數(shù)據(jù)從源地址到達(dá)目的地址。

交換機(jī)剛加電時(shí)網(wǎng)絡(luò)無(wú)法通信解決方式

交換機(jī)剛剛開啟的時(shí)候無(wú)法連接至其他網(wǎng)絡(luò)，需要等待一段時(shí)間才可以。另外，需要使用一段時(shí)間之后，訪問(wèn)其他計(jì)算機(jī)的速度才快，如果有一段時(shí)間不使用網(wǎng)絡(luò)，再訪問(wèn)的時(shí)候速度又會(huì)慢下來(lái)。

由于這臺(tái)交換機(jī)是一臺(tái)可網(wǎng)管交換機(jī)，為了避免網(wǎng)絡(luò)中存在拓?fù)洵h(huán)，從而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)癱瘓，可網(wǎng)管交換機(jī)在默認(rèn)情況下都啟用生成樹協(xié)議。這樣即使網(wǎng)絡(luò)中存在環(huán)路，也會(huì)只保留一條路徑，而自動(dòng)切斷其他鏈路。所以，當(dāng)交換機(jī)在加電啟動(dòng)的時(shí)候，各端口需要依次進(jìn)入、學(xué)習(xí)和轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)，這個(gè)過(guò)程大約需要3~5分鐘時(shí)間。

如果需要迅速啟動(dòng)交換機(jī)，可以在直接連接到計(jì)算機(jī)的端口上啟動(dòng)“PortFast”，使得該端口立即并且轉(zhuǎn)換至轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)，這樣設(shè)備可以立即連接到網(wǎng)絡(luò)，避免端口由和學(xué)習(xí)狀態(tài)向轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)過(guò)渡而必須的等待時(shí)間。

如果需要在交換機(jī)加電之后迅速實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，可以禁用擴(kuò)展樹協(xié)議，或者將端口設(shè)置為PortFast模式。不過(guò)需要注意的是，這兩種方法雖然省略了端口檢測(cè)過(guò)程，但是一旦網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間產(chǎn)生拓?fù)洵h(huán)，將導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)通信癱瘓。