網際網路基礎知識點：交換機

交換機，也時常被叫做SWITCH，我們這裡稱之的交換機是資料交換機，不是電話交換機。它是一種基於MAC地址識別，能完成封裝轉發資料包功能的網路裝置。交換機可以“學習”MAC地址，並把其存放在內部地址表中，通過在資料幀的始發者和目標接收者之間建立臨時的交換路徑，使資料幀直接由源地址到達目的地址。交換機擁有一條很高頻寬的背部匯流排和內部交換矩陣。交換機的所有的埠都掛接在這條背部總線上，控制電路收到資料包以後，處理埠會查詢記憶體中的地址對照表以確定目的MAC(網絡卡的硬體地址)的NIC(網絡卡)掛接在哪個埠上，通過內部交換矩陣迅速將資料包傳送到目的埠，目的MAC若不存在才廣播到所有的埠，接收埠迴應後交換機會“學習”新的地址，並把它新增入內部地址表中。

與HUB不同的是，交換機在同一時刻可進行多個埠對之間的資料傳輸。每一埠都可視為獨立的網段，連線在其上的網路裝置獨自享有全部的頻寬，無須同其他裝置競爭使用。當節點A向節點D傳送資料時，節點B可同時向節點C傳送資料，而且這兩個傳輸都享有網路的全部頻寬，都有著自己的虛擬連線。假使這裡使用的是100Mbps的乙太網交換機，那麼該交換機這時的總流通量就等於2×100Mbps=200Mbps，而使用100Mbps的共享式HUB時，一個HUB的總流通量也不會超出100Mbps。

從廣義上來看，交換機分為兩種：廣域網交換機和區域網交換機。廣域網交換機主要應用於電信領域，提供通訊用的基礎平臺。而區域網交換機則應用於區域網絡，用於連線終端裝置，如PC機及網路印表機等。從傳輸介質和傳輸速度上可分為乙太網交換機、快速乙太網交換機、千兆乙太網交換機、FDDI交換機、ATM交換機和令牌環交換機等。從規模應用上又可分為企業級交換機、部門級交換機和工作組交換機等。各廠商劃分的尺度並不是完全一致的，一般來講，企業級交換機都是機架式，部門級交換機可以是機架式(插槽數較少)，也可以是固定配置式，而工作組級交換機為固定配置式(功能較為簡單)。另一方面，從應用的規模來看，作為骨幹交換機時，支援500個資訊點以上大型企業應用的交換機為企業級交換機，支援300個資訊點以下中型企業的交換機為部門級交換機，而支援100個資訊點以內的交換機為工作組級交換機。

交換機的主要功能包括物理編址、網路拓撲結構、錯誤校驗、幀序列以及流控。目前交換機還具備了一些新的功能，如對VLAN(虛擬區域網)的支援、對鏈路匯聚的支援，甚至有的還具有防火牆的功能。

　　交換機通過以下三種方式進行交換

　　(1).直通式(Cut Through)

直通方式的乙太網交換機可以理解為在各埠間是縱橫交叉的線路矩陣電話交換機。它在輸入埠檢測到一個數據包時，檢查該包的包頭，獲取包的目的地址，啟動內部的`動態查詢錶轉換成相應的輸出埠，在輸入與輸出交叉處接通，把資料包直通到相應的埠，實現交換功能。由於不需要儲存，延遲非常小、交換非常快，這是它的優點。它的缺點是，因為資料包內容並沒有被乙太網交換機儲存下來，所以無法檢查所傳送的資料包是否有誤，不能提供錯誤檢測能力。由於沒有快取，不能將具有不同速率的輸入/輸出埠直接接通，而且容易丟包。

　　(2).儲存轉發(Store & Forward)

儲存轉發方式是計算機網路領域應用最為廣泛的方式。它把輸入埠的資料包先儲存起來，然後進行CRC(迴圈冗餘碼校驗)檢查，在對錯誤包處理後才取出資料包的目的地址，通過查詢錶轉換成輸出埠送出包。正因如此，儲存轉發方式在資料處理時延時大，這是它的不足，但是它可以對進入交換機的資料包進行錯誤檢測，有效地改善網路效能。尤其重要的是它可以支援不同速度的埠間的轉換，保持高速埠與低速埠間的協同工作。

　　(3).碎片隔離(Fragment Free)

這是介於前兩者之間的一種解決方案。它檢查資料包的長度是否夠64個位元組，如果小於64位元組，說明是假包，則丟棄該包;如果大於64位元組，則傳送該包。這種方式也不提供資料校驗。它的資料處理速度比儲存轉發方式快，但比直通式慢。

交換機的連線和HUB的連線一樣，也是通過RJ45線纜來連線其它的網路裝置或主機或者桌上型電腦等。