交換機的工作原理

交換機工作于OSI參考模型的第二層，即數(shù)據(jù)鏈路層。交換機內(nèi)部的CPU會在每個端口成功連接時，通過將MAC地址和端口對應，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)包將僅送往其對應的端口，而不是所有的端口。因此，交換機可用于劃分數(shù)據(jù)鏈路層廣播，即沖突域；但它不能劃分網(wǎng)絡層廣播，即廣播域。

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交換機的二層交換介紹

二層交換技術的發(fā)展比較成熟，二層交換機屬數(shù)據(jù)鏈路層設備，可以識別數(shù)據(jù)包中的MAC地址信息，根據(jù)MAC地址進行轉發(fā)，并將這些MAC地址與對應的端口記錄在自己內(nèi)部的一個地址表中。

具體的工作流程如下：

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

2) 再去讀取包頭中的目的MAC地址，并在地址表中查找相應的端口；

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

4) 如表中找不到相應的端口則把數(shù)據(jù)包廣播到所有端口上，當目的機器對源機器回應時，交換機又可以記錄這一目的MAC地址與哪個端口對應，在下次傳送數(shù)據(jù)時就不再需要對所有端口進行廣播了。不斷的循環(huán)這個過程，對于全網(wǎng)的MAC地址信息都可以學習到，二層交換機就是這樣建立和維護它自己的地址表。

怎樣區(qū)分交換機和集線器

集線器上的所有端口爭用一個共享信道的帶寬，因此隨著網(wǎng)絡節(jié)點數(shù)量的增加，數(shù)據(jù)傳輸量的增大，每節(jié)點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)。交換機上的所有端口均有獨享的信道帶寬，以保證每個端口上數(shù)據(jù)的快速有效傳輸。交換機為用戶提供的是獨占的、點對點的連接，數(shù)據(jù)包只被發(fā)送到目的端口，而不會向所有端口發(fā)送。

集線器是一種共享設備，本身不能識別目的地址，當同一網(wǎng)內(nèi)的a主機向b主機發(fā)送數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)包在以hub為架構的網(wǎng)絡上以廣播方式傳輸，由每一臺終端通過驗證數(shù)據(jù)包頭的地址信息來確定是否接收，同一時刻網(wǎng)絡上只能傳輸一組數(shù)據(jù)幀的通訊。此方式共享帶寬。交換機基于mac地址識別，能完成封裝轉發(fā)數(shù)據(jù)功能的設備。交換機可以學習mac地址，放在內(nèi)部地址表中，通過在數(shù)據(jù)幀的始發(fā)者和接收者之間建立臨時的交換路徑，使數(shù)據(jù)從源地址到達目的地址。

交換機剛加電時網(wǎng)絡無法通信解決方式

交換機剛剛開啟的時候無法連接至其他網(wǎng)絡，需要等待一段時間才可以。另外，需要使用一段時間之后，訪問其他計算機的速度才快，如果有一段時間不使用網(wǎng)絡，再訪問的時候速度又會慢下來。

由于這臺交換機是一臺可網(wǎng)管交換機，為了避免網(wǎng)絡中存在拓撲環(huán)，從而導致網(wǎng)絡癱瘓，可網(wǎng)管交換機在默認情況下都啟用生成樹協(xié)議。這樣即使網(wǎng)絡中存在環(huán)路，也會只保留一條路徑，而自動切斷其他鏈路。所以，當交換機在加電啟動的時候，各端口需要依次進入、學習和轉發(fā)狀態(tài)，這個過程大約需要3~5分鐘時間。

如果需要迅速啟動交換機，可以在直接連接到計算機的端口上啟動“PortFast”，使得該端口立即并且轉換至轉發(fā)狀態(tài)，這樣設備可以立即連接到網(wǎng)絡，避免端口由和學習狀態(tài)向轉發(fā)狀態(tài)過渡而必須的等待時間。

如果需要在交換機加電之后迅速實現(xiàn)數(shù)據(jù)轉發(fā)，可以禁用擴展樹協(xié)議，或者將端口設置為PortFast模式。不過需要注意的是，這兩種方法雖然省略了端口檢測過程，但是一旦網(wǎng)絡設備之間產(chǎn)生拓撲環(huán)，將導致網(wǎng)絡通信癱瘓。