交换机工作原理，交换机的特点、工作原理及数据交换方式

很多朋友对交换机工作原理，交换机的特点、工作原理及数据交换方式不是很了解，每日小编刚好整理了这方面的知识，今天就来带大家一探究竟。

交换机也是网络中的一种集中设备。它像集线器一样，可以以自身为中心连接网络节点，并对接收到的信息进行再生放大，以增加网络的传输距离。但它不同于中枢。——开关是一种开关设备。作为交换设备，交换机的每个端口都可以为与之相连的节点提供专用带宽，这样每个节点就可以独占通道。交换机端口、节点和交换机容量之间的关系如下。(1)开关的特点

开关主要有以下特点。专属带宽。如果一台端口速率为100Mbit/s的交换机同时连接n台计算机，网络总带宽为n100 mbit/s，换句话说，交换机构建的交换式以太网的网络带宽不会随着节点数量的增加而降低，网络性能也不会随着负载的增加而降低。多对节点可以并行通信。交换机允许多对连接到它们的设备建立通信链路并同时交换数据。

端口速率可以灵活配置。交换机允许每个节点根据自己的需求灵活配置端口速率，交换机不仅支持一定速率的端口，还支持端口自适应配置。易于管理。交换机支持虚拟局域网(VLAN)的构建，通过软件中的逻辑工作组对网络中的设备进行划分和管理。此外，交换机可以兼容用hub搭建的网络，在从共享局域网向交换式以太网的过渡中可以替代hub，实现网络的无缝连接。

(2)开关的工作原理

交换机收到数据时，会先检查数据中包含的MAC地址，然后从目的主机所在的端口转发数据。交换机之所以能实现这个功能，是因为交换机中有一个MAC地址表，记录了网络中所有MAC地址与交换机端口的对应信息。当一个数据帧需要通过交换机转发时，交换机根据内部存储的MAC地址表获取目的设备对应的端口，通过找到的端口转发数据，如下图所示。

假设上图中的设备pc2向主机pc3发送数据帧。交换机收到数据帧后，会先找出目的MAC地址是00-0B-2F-4B-60-57，然后查询MAC地址表，找到目的MAC地址连接的端口号E0/5，从端口E0/5转发数据。交换机中的MAC地址表起初是空的。交换机投入使用后，将通过一定的措施进行建设和完善。这个过程主要包括四个重要概念：学习、转发、泛洪、更新。

学习。当连接到端口E0/1的设备pc1要向另一台设备发送数据帧时，交换机将首先检查数据帧中的源MAC地址(00-0B-2F-4B-60-26)，以确定MAC地址表中是否有相关记录，如果有，则更新记录(00-0B-2F-4B-60-26，E0/1)。2转发。交换机检查数据帧中的目的MAC地址，查询MAC地址表中与目的MAC地址相关的记录，如果找到对应的记录，则将数据帧转发到该记录对应的端口。

泛滥。如果MAC地址表中没有与目的MAC地址相关的记录，交换机就暂时无法获得目的主机所连接的端口。此时交换机会向除源端口以外的所有端口发送数据帧(这叫泛洪)，当对应的目的端口应答时，交换机会记下源MAC地址和应答数据帧对应的端口，方便后续转发。4更新。为了确保MAC地址表的正确性，该表将在交换机内部定期更新。(3)数据交换模式

交换机的数据交换方式分为直接交换和存储交换。直接交换是指交换机收到数据帧后立即获取帧中的目的地址，通过MAC地址表获取目的端口号转发数据帧。这种数据交换方式效率高，延迟小，但有以下缺点：可靠性低。数据在传输过程中可能会因碰撞而损坏，但直接交换方式不检查数据帧的完整性和正确性，直接转发数据，无法保证数据帧传输的可靠性。

不同速率的端口不能直接连接。因为没有缓存，不同速率的I/O端口无法直接连接。难以实现。当交换机的端口增加时，交换矩阵的复杂度也增加，很难实现。

存储转发是一种广泛使用的数据交换方法。通过这种方法，交换机将在收到数据帧后存储并验证该数据帧。如果验证结果显示数据正确，就会取出目的MAC地址，通过映射表找到对应的端口进行转发。与直接交换相比，存储转发模式延迟较大，但具有错误检测能力，可以支持不同速率端口之间的数据交换。回顾唐子红

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