交换机是什么基础知识教程
交换机是什么基础知识教程
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。交换机还具备了一些新的功能，如对VLAN(虚拟局域网)的支持、对链路汇聚的支持，甚至有的还具有防火墙的功能。很多入门的网友表示很难，其实我们从定义，原理再到操作逐渐学习，就感觉很简单了。本文将详细为大家介绍交换机是什么以及交换机的作用与功能基础知识，希望大家认真阅读学习!
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(或)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)就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。我们以前介绍过的HUB集线器就是一种共享设备，HUB本身不能识别目的地址，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
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，接收端口回应后交换机会“学习”新的地址，并把它添加入内部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2×10Mbps=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。总之，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)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。
最后简略的概括一下交换机的基本功能：
1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
补充：交换机基本使用方法
作为基本核心交换机使用，连接多个有线设备使用：网络结构如下图，基本连接参考上面的【方法/步骤1：基本连接方式 】
作为网络隔离使用：对于一些功能好的交换机，可以通过模式选择开关选择网络隔离模式，实现网络隔离的作用，可以只允许普通端口和UPlink端口通讯，普通端口之间是相互隔离不可以通讯的
除了作为核心交换机(中心交换机)使用，还可以作为扩展交换机(接入交换机)来扩展网络
放在路由器上方，扩展网络供应商的网络线路(用于一条线路多个IP的网络)，连接之后不同的路由器用不同的IP连接至公网
相关阅读：交换机硬件故障常见问题
电源故障：
由于外部供电不稳定，或者电源线路老化或者雷击等原因导致电源损坏或者风扇停止，从而不能正常工作。
由于电源缘故而导致机内其他部件损坏的事情也经常发生。
如果面板上的POWER指示灯是绿色的，就表示是正常的;如果该指示灯灭了，则说明交换机没有正常供电。
这类问题很容易发现，也很容易解决，同时也是最容易预防的。
针对这类故障，首先应该做好外部电源的供应工作，一般通过引入独立的电力线来提供独立的电源，并添加稳压器来避免瞬间高压或低压现象。
如果条件允许，可以添加UPS(不间断电源)来保证交换机的正常供电，有的UPS提供稳压功能，而有的没有，选择时要注意。
在机房内设置专业的避雷措施，来避免雷电对交换机的伤害。现在有很多做避雷工程的专业公司，实施网络布线时可以考虑。
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