交换机原理
交换机的工作原理是什么
交换机的工作原理是什么
交换机是一种网络设备，用于将传入的数据帧从一个端口转发到另一个端口，从而实现网络中多台计算机之间的通信。
交换机的工作原理可以简单分为三个步骤：
1. 数据帧的接收：
当一个数据帧从网络中的源设备发送出来时，它首先会被交换机的某个端口接收到。
交换机通过物理层的连接，将数据帧从物理媒介（如网线）上接收到交换机的端口上。
2. 数据帧的转发：
交换机会在接收到数据帧后，通过数据链路层的处理将数据帧的目的MAC地址解析出来，并查找其对应的目的端口。
交换机会根据目的MAC地址在内部的转发表中查找，找到对应的目的端口，然后将数据帧转发到该端口上。
这样，数据帧就可以直接发送到目的设备。
3. 数据帧的广播/泛洪：
如果交换机在转发表中找不到数据帧的目的MAC地址，或者目的地址为广播地址（全为1），交换机会将该数据帧广播到所有端口上，以实现广播或泛洪的功能。
这样，所有连接在交换机上的设备都能收到该数据帧。
通过这种工作原理，交换机能够实现网络中多个设备之间的快速、准确的数据传输。
与集线器（Hub）相比，交换机可以对数据帧进行智能化的转发，避免数据冲突和冗余，提高网络的效率和带宽利用率。
交换机的工作原理
交换机的工作原理交换机是计算机网络中常用的网络设备，用于实现局域网内计算机之间的数据交换和通信。
它通过将数据包从一个端口转发到另一个端口，实现计算机之间的连接和通信。
下面将详细介绍交换机的工作原理。
一、交换机的基本原理1. 数据链路层交换机工作在OSI模型的第二层——数据链路层。
它通过物理地址（MAC地址）来识别和转发数据包。
当交换机收到一个数据包时，会检查数据包中的目标MAC地址，并查询自己的MAC地址表来确定数据包应该转发到哪个端口。
2. MAC地址表交换机内部维护着一个MAC地址表，记录了每一个端口与其对应的MAC地址。
当交换机收到一个数据包时，会将源MAC地址和源端口添加到MAC地址表中，如果目标MAC地址在表中存在，则将数据包转发到目标端口；如果目标MAC地址在表中不存在，则会广播数据包到所有端口（除了源端口），以便更新MAC地址表。
3. 广播和单播交换机能够识别广播地址（全为1的MAC地址），当收到广播数据包时，会广播到所有端口，以便让所有计算机都能收到该数据包。
而对于单播数据包（目标MAC地址为特定的MAC地址），交换机只会将其转发到目标端口。
二、交换机的工作模式1. 学习模式当交换机收到一个数据包时，会将源MAC地址和源端口添加到MAC地址表中，并根据目标MAC地址转发数据包。
如果目标MAC地址在MAC地址表中不存在，则会广播数据包到所有端口。
学习模式适合于交换机刚开始工作时，还没有建立起完整的MAC地址表的情况。
2. 转发模式一旦交换机建立起完整的MAC地址表，就会进入转发模式。
在转发模式下，交换机会根据目标MAC地址直接将数据包转发到目标端口，而再也不广播到所有端口。
这样可以提高网络的传输效率。
三、交换机的优点1. 提高网络性能交换机能够根据MAC地址进行数据包转发，避免了广播到所有端口的情况，提高了网络的传输效率和带宽利用率。
2. 提供灵便的网络拓扑通过连接多个交换机，可以构建更大规模的局域网，并支持各种拓扑结构，如星型、环型、树型等，使网络更加灵便和可靠。
交换机的工作原理
交换机的工作原理交换机是计算机网络中的核心设备之一，用于实现局域网内计算机之间的数据交换和通信。
它能够根据目的地址将数据包转发到正确的目标设备，提供高效的网络连接和通信服务。
下面将详细介绍交换机的工作原理。
一、交换机的基本原理1. 数据链路层交换机工作在OSI模型的第二层，即数据链路层。
它通过物理接口接收数据帧，解析帧头中的目的MAC地址，根据该地址进行转发决策。
2. MAC地址表交换机内部维护着一个MAC地址表，记录了连接到交换机的设备的MAC地址和对应的物理接口。
当交换机接收到一个数据帧时，它会检查帧头中的目的MAC地址，并在MAC地址表中查找该地址对应的接口。
如果找到匹配项，交换机会将数据帧转发到相应接口；如果找不到匹配项，交换机会将数据帧广播到所有接口（除了源接口）。
3. 学习过程当交换机接收到一个数据帧时，它会将源MAC地址和接收到该帧的接口添加到MAC地址表中。
这个过程称为学习。
通过学习过程，交换机逐渐建立起MAC地址表，提高了数据转发的效率。
4. 数据转发当交换机接收到一个数据帧时，它会根据目的MAC地址在MAC地址表中查找对应的接口。
如果找到匹配项，交换机会将数据帧仅转发到目标接口；如果找不到匹配项，交换机会将数据帧广播到所有接口（除了源接口）。
二、交换机的工作模式1. 存储转发存储转发是交换机最常见的工作模式。
在存储转发模式下，交换机会先接收完整的数据帧，并进行错误检测。
惟独当数据帧完整且无误时，交换机才会进行转发。
这种模式能够保证数据的完整性和可靠性，但延迟较高。
2. 直通转发直通转发是一种基于硬件的快速转发模式。
在直通转发模式下，交换机会在接收到数据帧的同时进行转发，无需等待整个数据帧接收完毕。
这种模式能够提供更低的延迟，适合于对实时性要求较高的应用场景。
三、交换机的性能指标1. 转发速率转发速率是衡量交换机性能的重要指标之一，通常以Mbps或者Gbps表示。
它表示交换机能够处理的最大数据量，越高越好。
交换机工作原理
交换机工作原理交换机是一种计算机网络设备，它用于在局域网中传输数据包。
它通过在不同设备之间建立连接并转发数据包，实现网络中不同设备之间的通信。
交换机工作原理主要包括帧转发、地址学习、广播和多播、虚拟局域网（VLAN）等方面。
1. 帧转发：交换机通过物理端口接收到数据帧后，会检查帧头中的目的MAC地址。
它会查询交换机的转发表，查找与目的MAC地址相关联的端口。
如果找到匹配项，交换机会将帧转发到相应的端口；如果没有找到匹配项，则交换机会将帧广播到所有端口（除了接收到该帧的端口）。
2. 地址学习：交换机会监视每一个物理端口接收到的帧，并提取帧头中的源MAC地址。
它会将源MAC地址与接收到该帧的端口相关联，并将这些信息添加到转发表中。
这样，在后续的数据传输中，交换机就能根据目的MAC地址查找到相应的端口。
3. 广播和多播：交换机会将广播帧转发到所有端口，以确保所有设备都能接收到广播消息。
而对于多播帧，交换机会根据多播组的信息，将其转发到相关联的端口。
4. 虚拟局域网（VLAN）：交换机支持虚拟局域网（VLAN）的功能，可以将局域网划分为多个逻辑上的子网。
每一个VLAN都有独立的广播域，可以实现不同VLAN之间的隔离。
交换机通过将端口与特定的VLAN关联，来实现数据的隔离和转发。
除了以上的基本工作原理，现代交换机还具备一些高级功能，如流量控制、链路聚合、安全策略等。
流量控制可以匡助交换机在网络拥塞时进行流量的管理和调整。
链路聚合允许多个物理链路组成一个逻辑链路，提高网络的可靠性和带宽。
安全策略可以匡助交换机实现访问控制、防止未经授权的访问等安全功能。
总结：交换机是计算机网络中重要的设备之一，它通过帧转发、地址学习、广播和多播、VLAN等工作原理，实现了局域网中不同设备之间的通信。
现代交换机还具备一些高级功能，如流量控制、链路聚合、安全策略等，以提高网络的性能和安全性。
简述交换机工作原理
简述交换机工作原理
交换机是用于在计算机网络中转发数据的设备。
其工作原理可以简述如下：
1. 数据帧的传输：当一台主机想要发送数据时，首先将数据分割成较小的数据帧。
每个数据帧都包含了目标MAC地址、源MAC地址以及数据内容。
2. MAC地址表：交换机内部维护了一个MAC地址表，用于记录已知的主机MAC地址与其所在的接口的对应关系。
初始状态下，该表为空。
3. 数据帧的到达：当一个数据帧到达交换机时，交换机会解析数据帧中的MAC地址，从MAC地址表中查找与目标MAC 地址对应的接口。
4. MAC地址学习：如果交换机的MAC地址表中没有与目标MAC地址对应的记录，交换机会将该数据帧通过所有的接口广播出去。
5. 接口学习：当广播的数据帧到达其他主机时，主机会检查数据帧的目标MAC地址是否与自己的MAC地址相符。
如果相符，则主机会将其收下，并向交换机发送一个帧，告诉交换机该主机所在的接口。
6. 更新MAC地址表：交换机会根据接收到的帧更新MAC地址表，以便记录下该主机的MAC地址与相应的接口。
7. 无冲突转发：根据MAC地址表中记录的对应关系，交换机可以准确地将数据帧转发至目标主机所在的接口，实现点对点的数据传输。
这保证了数据的高效、无丢失的传输。
总结来说，交换机根据数据帧中的MAC地址，通过学习和查找的方式将数据转发至目标主机所在的接口，实现了快速、准确的数据传输。
交换机工作原理
交换机工作原理交换机是计算机网络中的核心设备，用于连接多台计算机或网络设备，实现数据的传输和交换。
它具有多个端口，能够接收和发送数据包，并根据数据包的目的地址将其转发到相应的端口上。
交换机工作原理涉及到数据包的转发、过滤和学习等过程。
一、交换机的基本工作原理1. 数据帧的转发：交换机通过端口接收到数据帧后，会检查数据帧中的目的MAC地址，并根据自己的转发表将数据帧转发到相应的端口上。
如果转发表中没有目的MAC地址的记录，交换机会将数据帧广播到所有端口上，以便学习到新的MAC地址。
2. 转发表的学习：交换机会通过监听网络中的数据帧来学习MAC地址和对应的端口。
当交换机接收到一个数据帧时，它会提取出数据帧中的源MAC地址，并将该地址与接收到该数据帧的端口进行绑定，更新转发表中的记录。
3. 网络分割与隔离：交换机可以将网络划分为多个虚拟局域网（VLAN），不同的VLAN之间的通信需要通过路由器来实现。
这样可以提高网络的安全性和性能。
4. 数据包过滤：交换机可以根据数据包的源MAC地址、目的MAC地址、源IP地址、目的IP地址等信息进行过滤，只转发符合条件的数据包，从而提高网络的效率和安全性。
5. 速度匹配：交换机可以根据不同端口的速度进行匹配，使得不同速度的设备可以互联，而不会造成速度不匹配的问题。
二、交换机的工作模式1. 存储转发模式：交换机在接收到完整的数据帧后，会先将整个数据帧存储在缓存区中，然后再进行转发。
这种模式可以保证数据的完整性和正确性，但会增加延迟。
2. 直通模式：交换机在接收到数据帧的同时，立即开始转发数据帧，不需要等待整个数据帧接收完毕。
这种模式可以降低延迟，但可能会导致数据的错误或丢失。
三、交换机的性能指标1. 转发速率：交换机的转发速率是指交换机每秒钟能够处理的数据包数量。
通常以每秒转发的百万数据包数（Mpps）或每秒转发的千兆字节数（Gbps）来衡量。
2. 吞吐量：交换机的吞吐量是指交换机每秒钟能够处理的数据量。
交换机工作原理
交换机工作原理交换机是计算机网络中的重要设备，用于在局域网中转发数据包。
它能够根据数据包的目的地址，将数据包从一个端口转发到另一个端口，实现网络中不同设备之间的通信。
下面将详细介绍交换机的工作原理。
1. 数据链路层交换机工作在OSI模型的第二层，即数据链路层。
它通过物理地址（MAC地址）来识别和转发数据包。
每一个连接到交换机的设备都有一个惟一的MAC地址，交换机通过学习和存储设备的MAC地址，建立一个地址表（也称为转发表）来实现数据包的转发。
2. 学习过程当交换机接收到一个数据包时，它会检查数据包中的源MAC地址，并将该地址与接收该数据包的端口相关联。
如果该源MAC地址已经存在于地址表中，交换机会更新该端口的时间戳。
如果该源MAC地址不在地址表中，交换机将该地址与接收端口的信息添加到地址表中。
3. 转发过程当交换机接收到一个数据包时，它会检查数据包中的目的MAC地址。
交换机会在地址表中查找目的MAC地址，并确定应该将数据包转发到哪个端口。
如果目的MAC地址在地址表中，交换机将数据包只转发到与目的MAC地址相关联的端口。
如果目的MAC地址不在地址表中，交换机将数据包广播到所有端口（除了接收到该数据包的端口）。
4. 广播和单播交换机根据目的MAC地址来判断是广播还是单播。
如果目的MAC地址是全1（FF:FF:FF:FF:FF:FF），交换机将数据包广播到所有端口。
如果目的MAC地址不是全1，交换机将数据包单播到与目的MAC地址相关联的端口。
5. 碰撞域和广播域交换机的工作原理使得每一个端口形成一个独立的碰撞域。
碰撞域是指当两个设备同时发送数据包时可能发生碰撞的范围。
由于交换机能够根据目的MAC地址进行转发，它能够隔离不同端口之间的碰撞域。
此外，交换机也能够划分广播域。
广播域是指当一个设备发送广播数据包时，能够接收到该数据包的范围。
交换机通过转发数据包到特定的端口，能够限制广播数据包的传播范围，从而减少网络中的广播风暴。
交换机的工作原理
交换机的工作原理交换机是计算机网络中常用的网络设备，它起到连接不同设备之间的桥梁作用。
交换机通过收发数据包来实现不同设备之间的通信，并且能够根据目的地址将数据包传输到正确的目标设备上。
以下是交换机的工作原理的详细描述。
1. 数据链路层处理交换机工作在OSI模型的第二层，即数据链路层。
当交换机接收到一个数据帧时，它首先会检查帧的目的MAC地址。
交换机会维护一个MAC地址表，记录每一个端口对应的MAC地址。
如果目的MAC地址在表中存在，交换机会将数据帧转发到对应的端口上。
如果目的MAC地址不在表中，交换机会将数据帧广播到所有其他端口上。
2. MAC地址学习当交换机接收到一个数据帧时，它会将源MAC地址和接收到该数据帧的端口关联起来，并将这条记录添加到MAC地址表中。
这样，交换机就能够学习到每一个端口上连接的设备的MAC地址，并且能够根据目的MAC地址将数据帧转发到正确的端口上。
3. 广播和单播交换机能够根据目的MAC地址将数据帧进行广播或者单播。
当交换机收到一个广播数据帧时，它会将该数据帧转发到所有其他端口上，以便所有设备都能接收到该数据帧。
当交换机收到一个单播数据帧时，它会根据目的MAC地址将该数据帧转发到对应的端口上，惟独目标设备能够接收到该数据帧。
4. 数据转发交换机的主要功能是将数据帧从一个端口转发到另一个端口。
当交换机接收到一个数据帧时，它会根据目的MAC地址查找MAC地址表，并将数据帧转发到对应的端口上。
如果目的MAC地址在表中不存在，交换机会将数据帧广播到所有其他端口上，以便目标设备能够接收到该数据帧。
5. 碰撞域隔离交换机能够隔离不同端口上的设备，使它们处于不同的碰撞域中。
碰撞域是指当两个设备同时发送数据时可能发生冲突的区域。
由于交换机能够将数据帧只转发到目标设备所在的端口上，因此不同端口上的设备可以同时发送数据而不会发生碰撞。
6. 速度匹配交换机可以根据连接到不同端口上的设备的速度进行匹配。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
在计算机网络中，交换概念的提出是对传统共享工作模式的改进。
如集线器（Hub）是一种物理层共享设备，Hub本身不能识别数据包的目的地址，当集线器接收到数据包时，它以广播的方式播送到各个端口，由每一台主机通过验证数据包的目的地址来决定是否接收。
如图1所示。
交换机（Switch）是一种数据链路层设备，它的内部程序可以检查收到的数据包的目的地址，并从内存中的MAC地址表中查得目的设备所在的端口，通过内部交换机构迅速将数据包传送到目的端口。
只有当目的MAC不存在时，才将数据广播到所有端口。
如图2所示。
图1 共享式局域网图2 交换式局域网
一、MAC地址表
MAC地址表是交换的基础，由于它来源于网桥，所以又称网桥表。
它用来记录各个设备是连接在交换机的哪个端口上的，这样，当交换机收到数据包后，才能够决定应该向何处转发。
如图3所示。
图3 MAC地址表
为了看得清楚，在图中我把MAC地址用主机的符号代替了，实际的MAC地址是一个48位二进制数。
1、交换机的转发过程
交换机收到一个数据帧时，查MAC地址表，如果目的端与源端不在一个端口上，则把帧从目的端口转发出去；如果目的端与源端在同一端口，说明该帧无需转发，则丢弃该帧。
如A主机向D主机发送数据，当数据帧到达交换机时，它在MAC地址表中查找主机D的MAC地址，发现它所在端口号为2，而数据来源的端口号为1，则交换机将数据帧从端口2转发出去。
再如A主机向B主机发送数据，交换机查看MAC地址表后发现源和目的在同一端口上，说明该帧已经通过其它路径到达了B 主机，不需转发，故此丢弃该帧。
2、MAC地址表的构建过程
MAC地址表存放在交换机的内存之中，在最初时，它完全是空的，交换机是通过自学习过程在工作中自动构建MAC地址表的，这个过程无需人工干预。
每当交换机收到一个数据帧时，先在MAC地址表中查找源地址，如果没有找到，则把它及所在的端口记录在MAC地址表中。
再查找目的地址，如果有，则转发或丢弃，如果没有，则广播到所有端口。
这样，交换机在工作过程中就把MAC地址表逐渐建立起来了。
只要一个工作站发送过数据，它所对应的端口就会被记录下来，供今后转发时使用。
3、MAC地址表的维护
MAC地址表的维护也由交换机自动进行。
交换机会定期扫描MAC地址表，发现在一定时间内（默认为300秒）没有出现的MAC地址，就把它从MAC地址表中删除。
这样即便发生了工作站的移动、拆除等问题，交换机始终能把握网络最新的拓扑结构。
4、MAC地址表的容量
MAC地址表的容量用可存储的MAC地址数表示，是交换机的一项参数。
一般的交换机可存储1024个以上的MAC地址，这对于一般网络就够用了，如果网络规模很大，选购交换机时应注意一下它可存储的MAC 地址数。
例：网络拓扑和某时刻MAC地址表情况如图4所示，当依次出现如下各种传输时，交换机是如何处理的？MAC地址表如何变化？
图4
① A向D发送帧；② C向D发送帧；③ D向F发送帧；④ A向B发送帧。
解：① A向D发送帧：在MAC地址表中查找A的MAC地址，没有找到，把A的MAC地址与所在端口号1添加到MAC地址表中；在MAC地址表中查找D的MAC地址，找到端口号为2，与源端口不同，则从端口2转发数据。
② C向D发送帧：在MAC地址表中查找C的MAC地址，没有找到，把C的MAC地址与所在端口号2添加到MAC地址表中；在MAC地址表中查找D的MAC地址，找到端口号为2，与源端口相同，则丢弃数据包。
③ D向F发送帧：在MAC地址表中查找D的MAC地址，找到端口号为2；在MAC地址表中查找F的MAC 地址，没有找到，则把数据包广播到各端口。
④ A向B发送帧：在MAC地址表中查找A的MAC地址，找到端口号为1；在MAC地址表中查找B的MAC 地址，找到端口号也为1，两端口相同，则丢弃数据包。
完成后，MAC地址表为：
图5
二、交换机的交换方式
交换机通常有3种交换方式。
1、直通式（Cut Through）：
当输入端口检测到一个数据包时，就检查该包的包头，根据包内的目的地址把数据包直通到相应端口。
优点：这种方式不需要等数据包接收完就开始转发，交换速度快，延迟非常小。
缺点：不提供错误检测服务，有可能将出错的数据包转发出去。
也不提供缓存，不能将速率不同的端口直接接通，而且容易丢包。
2、存储转发式（Store & Forward）：
这种方式先将数据包完整的接收下来，经过CRC检查，如果数据包没有错误，再根据地址进行转发。
优点：提供错误检测服务，改善了网络性能。
支持速度不同的端口的转发服务，可以保证高速端口与低速端口间协同工作。
缺点：传输延时较大，而且需要较大的缓存容量。
3、碎片隔离式（Fragment Free）：
它检查数据包的长度是否够64个字节，若小于64字节，说明是废包，进行丢弃，若大于64字节，则发送该包。
这种方式可保证碰撞碎片不在网络中传播，提高了网络效率，它的数据处理速度介于直通式和存储转发式之间。
多用于低端交换机产品。
低端交换机产品一般只具有一种交换方式，有些高端交换机产品具有两种交换方式，并且可以根据网络环境自动选择交换方式。
三、交换机的工作模式
1、半双工模式（Half duplex）：
在一个端口上，同一时刻只能发送数据或接收数据。
也即发送和接收不能同时进行。
2、全双工模式（Full duplex）：
在一个端口上，同一时刻可同时进行数据的发送和接收。
交换机与设备之间一般是用双绞线或光纤进行连接的；双绞线一般有8根线芯，2根用于发送数据，2根用于接收数据；光纤一般也是采用多芯光纤，有的用于发送，有的用于接收。
所以，从理论上讲网络具有全双工传送的能力。
但在共享式网络中，发送数据时，主机还必须监听碰撞信号，所以共享式网络只能工作在半双工模式；而交换式网络采用点对点的通信，不需要再监听碰撞信号，所以才能工作于全双工模式，如图6所示。
全双工模式相当于将网络带宽提高了一倍。
图6 集线器的半双工工作方式和交换机的全双工工作方式。