互聯網基礎知識點：交換機

交換機，也時常被叫做SWITCH，我們這裏稱之的交換機是數據交換機，不是電話交換機。它是一種基於MAC地址識別，能完成封裝轉發數據包功能的網絡設備。交換機可以“學習”MAC地址，並把其存放在內部地址表中，通過在數據幀的始發者和目標接收者之間建立臨時的交換路徑，使數據幀直接由源地址到達目的地址。交換機擁有一條很高帶寬的背部總線和內部交換矩陣。交換機的所有的端口都掛接在這條背部總線上，控制電路收到數據包以後，處理端口會查找內存中的地址對照表以確定目的MAC(網卡的硬件地址)的NIC(網卡)掛接在哪個端口上，通過內部交換矩陣迅速將數據包傳送到目的端口，目的MAC若不存在才廣播到所有的端口，接收端口迴應後交換機會“學習”新的地址，並把它添加入內部地址表中。

與HUB不同的是，交換機在同一時刻可進行多個端口對之間的數據傳輸。每一端口都可視為獨立的網段，連接在其上的網絡設備獨自享有全部的帶寬，無須同其他設備競爭使用。當節點A向節點D發送數據時，節點B可同時向節點C發送數據，而且這兩個傳輸都享有網絡的全部帶寬，都有着自己的虛擬連接。假使這裏使用的是100Mbps的以太網交換機，那麼該交換機這時的總流通量就等於2×100Mbps=200Mbps，而使用100Mbps的共享式HUB時，一個HUB的總流通量也不會超出100Mbps。

從廣義上來看，交換機分為兩種：廣域網交換機和局域網交換機。廣域網交換機主要應用於電信領域，提供通信用的基礎平台。而局域網交換機則應用於局域網絡，用於連接終端設備，如PC機及網絡打印機等。從傳輸介質和傳輸速度上可分為以太網交換機、快速以太網交換機、千兆以太網交換機、FDDI交換機、ATM交換機和令牌環交換機等。從規模應用上又可分為企業級交換機、部門級交換機和工作組交換機等。各廠商劃分的尺度並不是完全一致的，一般來講，企業級交換機都是機架式，部門級交換機可以是機架式(插槽數較少)，也可以是固定配置式，而工作組級交換機為固定配置式(功能較為簡單)。另一方面，從應用的規模來看，作為骨幹交換機時，支持500個信息點以上大型企業應用的交換機為企業級交換機，支持300個信息點以下中型企業的交換機為部門級交換機，而支持100個信息點以內的交換機為工作組級交換機。

交換機的主要功能包括物理編址、網絡拓撲結構、錯誤校驗、幀序列以及流控。目前交換機還具備了一些新的功能，如對VLAN(虛擬局域網)的支持、對鏈路匯聚的支持，甚至有的還具有防火牆的功能。

　　交換機通過以下三種方式進行交換

　　(1).直通式(Cut Through)

直通方式的以太網交換機可以理解為在各端口間是縱橫交叉的線路矩陣電話交換機。它在輸入端口檢測到一個數據包時，檢查該包的包頭，獲取包的目的地址，啟動內部的`動態查找錶轉換成相應的輸出端口，在輸入與輸出交叉處接通，把數據包直通到相應的端口，實現交換功能。由於不需要存儲，延遲非常小、交換非常快，這是它的優點。它的缺點是，因為數據包內容並沒有被以太網交換機保存下來，所以無法檢查所傳送的數據包是否有誤，不能提供錯誤檢測能力。由於沒有緩存，不能將具有不同速率的輸入/輸出端口直接接通，而且容易丟包。

　　(2).存儲轉發(Store & Forward)

存儲轉發方式是計算機網絡領域應用最為廣泛的方式。它把輸入端口的數據包先存儲起來，然後進行CRC(循環宂餘碼校驗)檢查，在對錯誤包處理後才取出數據包的目的地址，通過查找錶轉換成輸出端口送出包。正因如此，存儲轉發方式在數據處理時延時大，這是它的不足，但是它可以對進入交換機的數據包進行錯誤檢測，有效地改善網絡性能。尤其重要的是它可以支持不同速度的端口間的轉換，保持高速端口與低速端口間的協同工作。

　　(3).碎片隔離(Fragment Free)

這是介於前兩者之間的一種解決方案。它檢查數據包的長度是否夠64個字節，如果小於64字節，説明是假包，則丟棄該包;如果大於64字節，則發送該包。這種方式也不提供數據校驗。它的數據處理速度比存儲轉發方式快，但比直通式慢。

交換機的連接和HUB的連接一樣，也是通過RJ45線纜來連接其它的網絡設備或主機或者台式機等。