交换机的定义:
网络节点上 话务承载 装置、交换级、控制和信令设备以及其他功能单元的集合体。
交换机能把用户线路
、电信电路
和其他要互连的功能单元
根据 单个用户
的请求连接起来。
简单的说,交换机(英文:Switch
,意为开关
)是一种 用于电信号转发
的网络设备。
它可以为 接入交换机 的 任意两个网络节点 提供 独享 的 电信号通路。
最常见的交换机是以太网
交换机。其他常见的还有电话语音
交换机、光纤
交换机等。
交换(switching
)是按照通信两端传输信息
的需要,用人工
或设备
自动完成的方法,把要传输的信息
送到符合要求的相应路由
上的技术的统称。
广义的交换机(switch)
是一种在通信系统中完成信息交换功能的设备。
在计算机网络系统中,交换概念的提出改进了共享工作
模式。
例如:之前的HUB集线器
就是一种共享设备,HUB
本身不能识别目的地址
击鼓传花
当同一局域网内的
A主机
给B主机
传输数据时,数据包在以HUB
为架构的网络上是以广播
方式传输的,由每一台终端通过验证数据包头
的地址信息
来确定是否接收。
也就是说,在这种工作方式下,同一时刻网络上只能传输一组数据帧
的通讯,如果发生碰撞
还得重试
。这种方式就是共享网络带宽
。
交换机工作原理
- 交换机 工作在
数据链路层
- 交换机拥有一条很高带宽的背部
总线
和内部交换矩阵
。 - 交换机的所有的端口都挂接在这条
背部总线
上,控制电路收到数据包以后,处理端口会查找内存中
的地址对照表
以确定目的MAC(网卡的硬件地址)
的NIC(网卡)
挂接在哪个端口上,通过内部交换矩阵
迅速将数据包传送到目的端口
- 目的
MAC
若不存在,广播到所有的端口,若目的MAC
接受到广播后,完成MAC
匹配 , 回应给交换机后,交换机 会记录
此Mac
地址,并把 它 和 对应端口 添加入内部MAC地址表
中。
使用交换机
也可以把网络分段
通过对照MAC
地址表,交换机只允许必要的网络流量通过交换机。
通过交换机的过滤
和转发
,可以有效的减少冲突域,但它不能划分网络层广播
,即广播域
。
交换机在同一时刻
可进行多个端口对之间的数据传输。
每一端口都可视为独立
的网段,连接在其上的网络设备独自享有全部的带宽
,无须同其他设备竞争使用。
当节点
A
向节点D
发送数据时,节点B
可同时向节点C
发送数据,而且这两个传输都享有网络的全部带宽,都有着自己的虚拟连接。
假使这里使用的是10Mbps
的以太网交换机,那么该交换机这时的总流通量就等于2x10Mbps=20Mbps
,而使用10Mbps
的共享式HUB
时,一个HUB
的总流通量也不会超出10Mbps
。
小结
交换机是一种基于MAC
地址识别,能完成 封装
转发
数据包功能的网络设备。
交换机可以学习
MAC
地址,并把其存放在内部地址表
中,通过在数据帧的始发者
和目标接收者
之间建立临时
的交换路径,使数据帧直接
由源地址到达目的地址。
交换机的作用与功能
交换机的主要功能包括物理编址
、网络拓扑结构
、错误校验
、帧序列
以及流控
。
目前交换机还具备了一些新的功能,如对VLAN(虚拟局域网:软件上形成的分层)
的支持、对链路汇聚
的支持,甚至有的还具有防火墙
的功能。
- 学习:以太网交换机了解 每一端口相连设备的
MAC
地址 ,并将 地址同相应的端口映射 起来 存放 在 交换机缓存中的MAC地址表
中。 - 转发/过滤:当一个数据帧的 目的地址 在
MAC
地址表中 有映射 时,它被 转发到连接目的节点的端口
而不是所有端口
(如该数据帧为广播/组播帧
则转发至所有端口)。 - 消除回路:当交换机包括一个冗余回路时,以太网交换机通过
生成树协议
避免 回路 的产生,同时 允许存在后备路径
。 - 交换机除了能够连接同种类型的网络之外,还可以在 不同类型 的网络(如
以太网
和快速以太网
)之间起到互连作用。
如今许多 交换机 都能够提供支持
快速以太网
或FDDI
等的 高速连接端口,用于连接网络中的 其它交换机 或者为 带宽占用量大 的 关键服务器 提供 附加带宽。一般来说, 交换机 的 每个端口都用来连接一个独立的网段,但是有时为了提供更快的接入速度,我们可以把一些重要的网络计算机直接连接到交换机的端口上。
这样,网络的 关键服务器 和 重要用户 就拥有更快的接入速度,支持更大的信息流量。
基本功能:
- 像
集线器
一样,交换机提供了大量可供线缆连接的端口,这样可以采用星型拓扑
布线。 - 像
中继器
、集线器
和网桥
那样,当它转发帧
时,交换机 会 重新产生一个 不失真 的方形电信号。 - 像
网桥
那样,交换机在 每个端口上都使用相同的转发
或过滤逻辑
。 - 像
网桥
那样,交换机将局域网
分为多个冲突域
,每个冲突域
都是有独立的宽带,因此大大提高了局域网的带宽。 - 除了具有
网桥
、集线器
和中继器
的功能以外,交换机还提供了更先进的功能,如虚拟局域网(VLAN)
和更高的性能
。