交換器暨交換機（Switch）由輸入輸出接口以及具有交換分組或信元等數(shù)據(jù)單元能力的轉(zhuǎn)發(fā)邏輯組成的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。轉(zhuǎn)發(fā)邏輯描述了用于交換技術(shù)的規(guī)則，實現(xiàn)數(shù)據(jù)單元的轉(zhuǎn)發(fā)，輸入輸出端口是物理的和邏輯的接口，用來連接到需要交換數(shù)據(jù)單元的通信網(wǎng)絡(luò)。

“交換機”是一個舶來詞，源自英文“Switch”，原意是“開關(guān)”，中國技術(shù)界在引入這個詞匯時，翻譯為“交換”。在英文中，動詞“交換”和名詞“交換機”是同一個詞（注意這里的“交換”特指電信技術(shù)中的信號交換，與物品交換不是同一個概念）。

1993年，局域網(wǎng)交換設(shè)備出現(xiàn)，1994年，國內(nèi)掀起了交換網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的熱潮。其實，交換技術(shù)是一個具有簡化、低價、高性能和高端口密集特點的交換產(chǎn)品，體現(xiàn)了橋接技術(shù)的復(fù)雜交換技術(shù)在OSI參考模型的第二層操作。與橋接器一樣，交換機按每一個包中的MAC地址相對簡單地決策信息轉(zhuǎn)發(fā)。而這種轉(zhuǎn)發(fā)決策一般不考慮包中隱藏的更深的其他信息。與橋接器不同的是交換機轉(zhuǎn)發(fā)延遲很小，操作接近單個局域網(wǎng)性能，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了普通橋接互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)之間的轉(zhuǎn)發(fā)性能。

交換技術(shù)允許共享型和專用型的局域網(wǎng)段進(jìn)行帶寬調(diào)整，以減輕局域網(wǎng)之間信息流通出現(xiàn)的瓶頸問題。已有以太網(wǎng)、快速以太網(wǎng)、FDDI和ATM技術(shù)的交換產(chǎn)品。

類似傳統(tǒng)的橋接器，交換機提供了許多網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)功能。交換機能經(jīng)濟地將網(wǎng)絡(luò)分成小的沖突網(wǎng)域，為每個工作站提供更高的帶寬。協(xié)議的透明性使得交換機在軟件配置簡單的情況下直接安裝在多協(xié)議網(wǎng)絡(luò)中；交換機使用現(xiàn)有的電纜、中繼器、集線器和工作站的網(wǎng)卡，不必作高層的硬件升級；交換機對工作站是透明的，這樣管理開銷低廉，簡化了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的增加、移動和網(wǎng)絡(luò)變化的操作。

利用專門設(shè)計的集成電路可使交換機以線路速率在所有的端口并行轉(zhuǎn)發(fā)信息，提供了比傳統(tǒng)橋接器高得多的操作性能。專用集成電路技術(shù)使得交換器在更多端口的情況下得以實現(xiàn)上述性能，其端口造價低于傳統(tǒng)型橋接器。

從廣義上來看，網(wǎng)絡(luò)交換機分為兩種：廣域網(wǎng)交換機和局域網(wǎng)交換機。廣域網(wǎng)交換機主要應(yīng)用于電信領(lǐng)域，提供通信用的基礎(chǔ)平臺。而局域網(wǎng)交換機則應(yīng)用于局域網(wǎng)絡(luò)，用于連接終端設(shè)備，如PC機及網(wǎng)絡(luò)打印機等。從傳輸介質(zhì)和傳輸速度上可分為以太網(wǎng)交換機、快速以太網(wǎng)交換機、千兆以太網(wǎng)交換機、FDDI交換機、ATM交換機和令牌環(huán)交換機等。從規(guī)模應(yīng)用上又可分為企業(yè)級交換機、部門級交換機和工作組交換機等。各廠商劃分的尺度并不是完全一致的，一般來講，企業(yè)級交換機都是機架式，部門級交換機可以是機架式（插槽數(shù)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(yīng)用的規(guī)模來看，作為骨干交換機時，支持500個信息點以上大型企業(yè)應(yīng)用的交換機為企業(yè)級交換機，支持300個信息點以下中型企業(yè)的交換機為部門級交換機，而支持100個信息點以內(nèi)的交換機為工作組級交換機。

以太網(wǎng)交換機

隨著計算機及其互聯(lián)技術(shù)（也即通常所謂的“網(wǎng)絡(luò)技術(shù)”）的迅速發(fā)展，以太網(wǎng)成為了迄今為止普及率最高的短距離二層計算機網(wǎng)絡(luò)。而以太網(wǎng)的核心部件就是以太網(wǎng)交換機。

不論是人工交換還是程控交換，都是為了傳輸語音信號，是需要獨占線路的“電路交換”。而以太網(wǎng)是一種計算機網(wǎng)絡(luò)，需要傳輸?shù)氖菙?shù)據(jù)，因此采用的是“分組交換”。但無論采取哪種交換方式，交換機為兩點間提供“獨享通路”的特性不會改變。就以太網(wǎng)設(shè)備而言，交換機和集線器的本質(zhì)區(qū)別就在于：當(dāng)A發(fā)信息給B時，如果通過集線器，則接入集線器的所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點都會收到這條信息（也就是以廣播形式發(fā)送），只是網(wǎng)卡在硬件層面就會過濾掉不是發(fā)給本機的信息；而如果通過交換機，除非A通知交換機廣播，否則發(fā)給B的信息C絕不會收到（獲取交換機控制權(quán)限從而監(jiān)聽的情況除外）。

以太網(wǎng)交換機廠商根據(jù)市場需求，推出了三層甚至四層交換機。但無論如何，其核心功能仍是二層的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包交換，只是帶有了一定的處理IP層甚至更高層數(shù)據(jù)包的能力。網(wǎng)絡(luò)交換機是一個擴大網(wǎng)絡(luò)的器材，能為子網(wǎng)絡(luò)中提供更多的連接端口，以便連接更多的計算機。隨著通信業(yè)的發(fā)展以及國民經(jīng)濟信息化的推進(jìn)，網(wǎng)絡(luò)交換機市場呈穩(wěn)步上升態(tài)勢。它具有性能價格比高、高度靈活、相對簡單、易于實現(xiàn)等特點。

光交換機

光交換是人們正在研制的下一代交換技術(shù)。所有的交換技術(shù)都是基于電信號的，即使是的光纖交換機也是先將光信號轉(zhuǎn)為電信號，經(jīng)過交換處理后，再轉(zhuǎn)回光信號發(fā)到另一根光纖。由于光電轉(zhuǎn)換速率較低，同時電路的處理速度存在物理學(xué)上的瓶頸，因此人們希望設(shè)計出一種無需經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換的“光交換機”，其內(nèi)部不是電路而是光路，邏輯原件不是開關(guān)電路而是開關(guān)光路。這樣將大大提高交換機的處理速率。

因為交換機有帶寬很高的內(nèi)部交換矩陣和背部總線，并且這個背部總線上掛接了所有的端口，通過內(nèi)部交換矩陣，就能夠把數(shù)據(jù)包直接而迅速地傳送到目的節(jié)點而非所有節(jié)點，這樣就不會浪費網(wǎng)絡(luò)資源，從而產(chǎn)生非常高的效率。同時在此過程中，數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩潭确浅８摺?/p>

和集線器每個端口共享同樣帶寬不同的是，交換機的數(shù)據(jù)帶寬具有獨享性。在這樣的前提下，在同一個時間段內(nèi)，交換機就可以將數(shù)據(jù)傳輸?shù)蕉鄠€節(jié)點之間，并且每個節(jié)點都可以當(dāng)做獨立網(wǎng)段而獨自享有固定的部分帶寬，這樣就沒有和其他設(shè)備進(jìn)行競爭實用的必要。

交換機有兩種交換技術(shù)，一種是存儲轉(zhuǎn)發(fā)，另一種是穿通傳送。

存儲轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)要求交換機在轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀至目的段以前，接收并緩存整個數(shù)據(jù)幀，這樣可使交換機在傳遞數(shù)據(jù)幀至目的段以前校驗識別并丟掉有差錯的數(shù)據(jù)幀，緩存所帶來的延遲是這種技術(shù)的主要缺點。

穿通傳送技術(shù)的目的就是減少存儲轉(zhuǎn)發(fā)中的延遲，這種技術(shù)不需要緩存整個數(shù)據(jù)幀，而只需緩存用以決定目的地址的幀頭，然后就將數(shù)據(jù)幀很快地直接送到目的地，其主要缺點是無法有效地檢查出壞的數(shù)據(jù)幀。

由于這兩種技術(shù)各有利弊，現(xiàn)在也出現(xiàn)了結(jié)合兩種技術(shù)的交換機。如可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)運行情況自動選擇不同交換技術(shù)的混合型交換機，以及采用折中方式，緩存數(shù)據(jù)幀的前64位字節(jié)校驗后再傳送的改進(jìn)型穿通傳送交換機。

交換機工作于OSI參考模型的第二層，即數(shù)據(jù)鏈路層。交換機內(nèi)部的CPU會在每個端口成功連接時，通過將MAC地址和端口對應(yīng)，形成一張MAC表。在今后的通訊中，發(fā)往該MAC地址的數(shù)據(jù)包將僅送往其對應(yīng)的端口，而不是所有的端口。因此，交換機可用于劃分?jǐn)?shù)據(jù)鏈路層廣播，即沖突域；但它不能劃分網(wǎng)絡(luò)層廣播，即廣播域。

交換機擁有一條很高帶寬的背部總線和內(nèi)部交換矩陣。交換機的所有的端口都掛接在這條背部總線上，控制電路收到數(shù)據(jù)包以后，處理端口會查找內(nèi)存中的地址對照表以確定目的MAC（網(wǎng)卡的硬件地址）的NIC（網(wǎng)卡）掛接在哪個端口上，通過內(nèi)部交換矩陣迅速將數(shù)據(jù)包傳送到目的端口，目的MAC若不存在，廣播到所有的端口，接收端口回應(yīng)后交換機會“學(xué)習(xí)”新的MAC地址，并把它添加入內(nèi)部MAC地址表中。使用交換機也可以把網(wǎng)絡(luò)“分段”，通過對照IP地址表，交換機只允許必要的網(wǎng)絡(luò)流量通過交換機。通過交換機的過濾和轉(zhuǎn)發(fā)，可以有效的減少沖突域，但它不能劃分網(wǎng)絡(luò)層廣播，即廣播域。

交換機在同一時刻可進(jìn)行多個端口對之間的數(shù)據(jù)傳輸。每一端口都可視為獨立的物理網(wǎng)段（注：非IP網(wǎng)段），連接在其上的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備獨自享有全部的帶寬，無須同其他設(shè)備競爭使用。當(dāng)節(jié)點A向節(jié)點D發(fā)送數(shù)據(jù)時，節(jié)點B可同時向節(jié)點C發(fā)送數(shù)據(jù)，而且這兩個傳輸都享有網(wǎng)絡(luò)的全部帶寬，都有著自己的虛擬連接。假使這里使用的是10Mbps的以太網(wǎng)交換機，那么該交換機這時的總流通量就等于2×10Mbps=20Mbps，而使用10Mbps的共享式HUB時，一個HUB的總流通量也不會超出10Mbps?？傊粨Q機是一種基于MAC地址識別，能完成封裝轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀功能的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。交換機可以“學(xué)習(xí)”MAC地址，并把其存放在內(nèi)部地址表中，通過在數(shù)據(jù)幀的始發(fā)者和目標(biāo)接收者之間建立臨時的交換路徑，使數(shù)據(jù)幀直接由源地址到達(dá)目的地址。

交換機的任意節(jié)點收到數(shù)據(jù)傳輸指令后，即對于存儲在內(nèi)存里的地址表進(jìn)行快速查找，從而對于MAC地址的網(wǎng)卡連接位置進(jìn)行確認(rèn)，然后再將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆摴?jié)點上。如果在地址表中找到相應(yīng)的位置，則進(jìn)行傳輸；如果沒有，交換機就會將該地址進(jìn)行記錄，以利于下次尋找和使用。交換機一般只需要將幀發(fā)送到相應(yīng)的點，而無需如集線器發(fā)送到所有節(jié)點，從而節(jié)省了資源和時間，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾省?/p>

通過交換的方式進(jìn)行的數(shù)據(jù)傳輸，其實就是交換機的數(shù)據(jù)傳送的方式。之前的集線器，更多是利用共享的方式，來對數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，沒有辦法從通訊的速度上進(jìn)行要求。集線器的共享方式，也就是常說的共享式網(wǎng)絡(luò)，以集線器作為連接設(shè)備并且只 有一個方向的數(shù)據(jù)流，因而網(wǎng)絡(luò)共享的效率非常低。相對而言，交換機能夠?qū)B接到自身的各臺電腦進(jìn)行相應(yīng)的識別，通過每臺電腦網(wǎng)卡的物理地址也就是常說的MAC地址，來進(jìn)行記憶和識別。在這樣的前提之下，就不用再進(jìn)行廣播尋找，而能夠直接將記憶的MAC地址找到相應(yīng)的地點并且通過一個臨時性專用的數(shù)據(jù)傳輸通道，來完成兩個節(jié)點之間不受外來干擾的數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ?。由于交換機還具有全雙工傳輸的方式，所以也可以對于多對節(jié)點間通過同時建立臨時的專用通道，來形成一個立體且交叉的數(shù)據(jù)傳輸通道結(jié)構(gòu)。

交換機的主要功能包括物理編址、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、錯誤校驗、幀序列以及流控。交換機還具備了一些新的功能，如對VLAN（虛擬局域網(wǎng)）的支持、對鏈路匯聚的支持，甚至有的還具有防火墻的功能。

學(xué)習(xí)：

以太網(wǎng)交換機了解每一端口相連設(shè)備的MAC地址，并將地址同相應(yīng)的端口映射起來存放在交換機緩存中的MAC地址表中。

轉(zhuǎn)發(fā)/過濾：

當(dāng)一個數(shù)據(jù)幀的目的地址在MAC地址表中有映射時，它被轉(zhuǎn)發(fā)到連接目的節(jié)點的端口而不是所有端口（如該數(shù)據(jù)幀為廣播/組播幀則轉(zhuǎn)發(fā)至所有端口）

消除回路：

當(dāng)交換機包括一個冗余回路時，以太網(wǎng)交換機通過生成樹協(xié)議避免回路的產(chǎn)生，同時允許存在后備路徑。

交換機除了能夠連接同種類型的網(wǎng)絡(luò)之外，還可以在不同類型的網(wǎng)絡(luò)（如以太網(wǎng)和快速以太網(wǎng)）之間起到互連作用。如今許多交換機都能夠提供支持快速以太網(wǎng)或FDDI等的高速連接端口，用于連接網(wǎng)絡(luò)中的其它交換機或者為帶寬占用量大的關(guān)鍵服務(wù)器提供附加帶寬。

一般來說，交換機的每個端口都用來連接一個獨立的網(wǎng)段，但是有時為了提供更快的接入速度，我們可以把一些重要的網(wǎng)絡(luò)計算機直接連接到交換機的端口上。這樣，網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵服務(wù)器和重要用戶就擁有更快的接入速度，支持更大的信息流量。

最后簡略的概括一下交換機的基本功能：

1． 像集線器一樣，交換機提供了大量可供線纜連接的端口，這樣可以采用星型拓?fù)洳季€。

2． 像中繼器、集線器和網(wǎng)橋那樣，當(dāng)它轉(zhuǎn)發(fā)幀時，交換機會重新產(chǎn)生一個不失真的方形電信號。

3． 像網(wǎng)橋那樣，交換機在每個端口上都使用相同的轉(zhuǎn)發(fā)或過濾邏輯。

4． 像網(wǎng)橋那樣，交換機將局域網(wǎng)分為多個沖突域，每個沖突域都是有獨立的寬帶，因此大大提高了局域網(wǎng)的帶寬。

5． 除了具有網(wǎng)橋、集線器和中繼器的功能以外，交換機還提供了更先進(jìn)的功能，如虛擬局域網(wǎng)（VLAN）和更高的性能。

傳統(tǒng)交換機從網(wǎng)橋發(fā)展而來，屬于OSI第二層即數(shù)據(jù)鏈路層設(shè)備。它根據(jù)MAC地址尋址，通過站表選擇路由，站表的建立和維護(hù)由交換機自動進(jìn)行。路由器屬于OSI第三層即網(wǎng)絡(luò)層設(shè)備，它根據(jù)IP地址進(jìn)行尋址，通過路由表路由協(xié)議產(chǎn)生。交換機最大的好處是快速，由于交換機只須識別幀中MAC地址，直接根據(jù)MAC地址產(chǎn)生選擇轉(zhuǎn)發(fā)端口算法簡單，便于ASIC實現(xiàn)，因此轉(zhuǎn)發(fā)速度極高。但交換機的工作機制也帶來一些問題。

1．回路：根據(jù)交換機地址學(xué)習(xí)和站表建立算法，交換機之間不允許存在回路。一旦存在回路，必須啟動生成樹算法，阻塞掉產(chǎn)生回路的端口。而路由器的路由協(xié)議沒有這個問題，路由器之間可以有多條通路來平衡負(fù)載，提高可靠性。

2．負(fù)載集中：交換機之間只能有一條通路，使得信息集中在一條通信鏈路上，不能進(jìn)行動態(tài)分配，以平衡負(fù)載。而路由器的路由協(xié)議算法可以避免這一點，OSPF路由協(xié)議算法不但能產(chǎn)生多條路由，而且能為不同的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用選擇各自不同的最佳路由。

3．廣播控制：交換機只能縮小沖突域，而不能縮小廣播域。整個交換式網(wǎng)絡(luò)就是一個大的廣播域，廣播報文散到整個交換式網(wǎng)絡(luò)。而路由器可以隔離廣播域，廣播報文不能通過路由器繼續(xù)進(jìn)行廣播。

4．子網(wǎng)劃分：交換機只能識別MAC地址。MAC地址是物理地址，而且采用平坦的地址結(jié)構(gòu)，因此不能根據(jù)MAC地址來劃分子網(wǎng)。而路由器識別IP地址，IP地址由網(wǎng)絡(luò)管理員分配，是邏輯地址且IP地址具有層次結(jié)構(gòu)，被劃分成網(wǎng)絡(luò)號和主機號，可以非常方便地用于劃分子網(wǎng)，路由器的主要功能就是用于連接不同的網(wǎng)絡(luò)。

5．保密問題：雖說交換機也可以根據(jù)幀的源MAC地址、目的MAC地址和其他幀中內(nèi)容對幀實施過濾，但路由器根據(jù)報文的源IP地址、目的IP地址、TCP端口地址等內(nèi)容對報文實施過濾，更加直觀方便。

交換機通過以下三種方式進(jìn)行交換：

端口交換

端口交換技術(shù)最早出現(xiàn)在插槽式的集線器中，這類集線器的背板通常劃分有多條以太網(wǎng)段（每條網(wǎng)段為一個廣播域），不用網(wǎng)橋或路由連接，網(wǎng)絡(luò)之間是互不相通的。以太主模塊插入后通常被分配到某個背板的網(wǎng)段上，端口交換用于將以太模塊的端口在背板的多個網(wǎng)段之間進(jìn)行分配、平衡。根據(jù)支持的程度，端口交換還可細(xì)分為：

·模塊交換：將整個模塊進(jìn)行網(wǎng)段遷移。

·端口組交換：通常模塊上的端口被劃分為若干組，每組端口允許進(jìn)行網(wǎng)段遷移。

·端口級交換：支持每個端口在不同網(wǎng)段之間進(jìn)行遷移。這種交換技術(shù)是基于OSI第一層上完成的，具有靈活性和負(fù)載平衡能力等優(yōu)點。如果配置得當(dāng)，那么還可以在一定程度進(jìn)行容錯，但沒有改變共享傳輸介質(zhì)的特點，自而未能稱之為真正的交換。

幀交換

幀交換是應(yīng)用最廣的局域網(wǎng)交換技術(shù)，它通過對傳統(tǒng)傳輸媒介進(jìn)行微分段，提供并行傳送的機制，以減小沖突域，獲得高的帶寬。一般來講每個公司的產(chǎn)品的實現(xiàn)技術(shù)均會有差異，但對網(wǎng)絡(luò)幀的處理方式一般有以下幾種：

直通交換：提供線速處理能力，交換機只讀出網(wǎng)絡(luò)幀的前14個字節(jié)，便將網(wǎng)絡(luò)幀傳送到相應(yīng)的端口上。

存儲轉(zhuǎn)發(fā)：通過對網(wǎng)絡(luò)幀的讀取進(jìn)行驗錯和控制。

前一種方法的交換速度非?？欤狈W(wǎng)絡(luò)幀進(jìn)行更高級的控制，缺乏智能性和安全性，同時也無法支持具有不同速率的端口的交換。因此，各廠商把后一種技術(shù)作為重點。

有的廠商甚至對網(wǎng)絡(luò)幀進(jìn)行分解，將幀分解成固定大小的信元，該信元處理極易用硬件實現(xiàn)，處理速度快，同時能夠完成高級控制功能（如美國MADGE公司的LET集線器）如優(yōu)先級控制。

信元交換

ATM技術(shù)采用固定長度53個字節(jié)的信元交換。由于長度固定，因而便于用硬件實現(xiàn)。ATM采用專用的非差別連接，并行運行，可以通過一個交換機同時建立多個節(jié)點，但并不會影響每個節(jié)點之間的通信能力。ATM還容許在源節(jié)點和目標(biāo)、節(jié)點建立多個虛擬鏈接，以保障足夠的帶寬和容錯能力。ATM采用了統(tǒng)計時分電路進(jìn)行復(fù)用，因而能大大提高通道的利用率。ATM的帶寬可以達(dá)到25M、155M、622M甚至數(shù)Gb的傳輸能力。但隨著萬兆以太網(wǎng)的出現(xiàn)，曾經(jīng)代表網(wǎng)絡(luò)和通訊技術(shù)發(fā)展的未來方向的ATM技術(shù)，開始逐漸失去存在的意義。

二層交換機，三層交換機及四層交換機的區(qū)別

二層交換

二層交換技術(shù)的發(fā)展比較成熟，二層交換機屬數(shù)據(jù)鏈路層設(shè)備，可以識別數(shù)據(jù)包中的MAC地址信息，根據(jù)MAC地址進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，并將這些MAC地址與對應(yīng)的端口記錄在自己內(nèi)部的一個地址表中。

具體的工作流程如下：

1) 當(dāng)交換機從某個端口收到一個數(shù)據(jù)包，它先讀取包頭中的源MAC地址，這樣它就知道源MAC地址的機器是連在哪個端口上的；

2) 再去讀取包頭中的目的MAC地址，并在地址表中查找相應(yīng)的端口；

3) 如表中有與這目的MAC地址對應(yīng)的端口，把數(shù)據(jù)包直接復(fù)制到這端口上；

4) 如表中找不到相應(yīng)的端口則把數(shù)據(jù)包廣播到所有端口上，當(dāng)目的機器對源機器回應(yīng)時，交換機又可以記錄這一目的MAC地址與哪個端口對應(yīng)，在下次傳送數(shù)據(jù)時就不再需要對所有端口進(jìn)行廣播了。不斷的循環(huán)這個過程，對于全網(wǎng)的MAC地址信息都可以學(xué)習(xí)到，二層交換機就是這樣建立和維護(hù)它自己的地址表。

從二層交換機的工作原理可以推知以下三點：

1) 由于交換機對多數(shù)端口的數(shù)據(jù)進(jìn)行同時交換，這就要求具有很寬的交換總線帶寬，如果二層交換機有N個端口，每個端口的帶寬是M，交換機總線帶寬超過N×M，那么這交換機就可以實現(xiàn)線速交換

2) 學(xué)習(xí)端口連接的機器的MAC地址，寫入地址表，地址表的大小（一般兩種表示方式：一為BEFFER RAM，一為MAC表項數(shù)值），地址表大小影響交換機的接入容量

3) 還有一個就是二層交換機一般都含有專門用于處理數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)的ASIC（Application specific Integrated Circuit，專用集成電路）芯片，因此轉(zhuǎn)發(fā)速度可以做到非常快。由于各個廠家采用ASIC不同，直接影響產(chǎn)品性能。

以上三點也是評判二、三層交換機性能優(yōu)劣的主要技術(shù)參數(shù)，這一點請大家在考慮設(shè)備選型時注意比較。

三層交換

下面先來通過一個簡單的網(wǎng)絡(luò)來看看三層交換機的工作過程。

使用IP的設(shè)備A------------------------三層交換機------------------------使用IP的設(shè)備B

比如A要給B發(fā)送數(shù)據(jù)，已知目的IP，那么A就用子網(wǎng)掩碼取得網(wǎng)絡(luò)地址，判斷目的IP是否與自己在同一網(wǎng)段。如果在同一網(wǎng)段，但不知道轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)所需的MAC地址，A就發(fā)送一個ARP請求，B返回其MAC地址，A用此MAC封裝數(shù)據(jù)包并發(fā)送給交換機，交換機起用二層交換模塊，查找MAC地址表，將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)的端口。

如果目的IP地址顯示不是同一網(wǎng)段的，那么A要實現(xiàn)和B的通訊，在流緩存條目中沒有對應(yīng)MAC地址條目，就將第一個正常數(shù)據(jù)包發(fā)送向一個缺省網(wǎng)關(guān)，這個缺省網(wǎng)關(guān)一般在操作系統(tǒng)中已經(jīng)設(shè)好，這個缺省網(wǎng)關(guān)的IP對應(yīng)第三層路由模塊，所以對于不是同一子網(wǎng)的數(shù)據(jù)，最先在MAC表中放的是缺省網(wǎng)關(guān)的MAC地址（由源主機A完成）；然后就由三層模塊接收到此數(shù)據(jù)包，查詢路由表以確定到達(dá)B的路由，將構(gòu)造一個新的幀頭，其中以缺省網(wǎng)關(guān)的MAC地址為源MAC地址，以主機B的MAC地址為目的MAC地址。通過一定的識別觸發(fā)機制，確立主機A與B的MAC地址及轉(zhuǎn)發(fā)端口的對應(yīng)關(guān)系，并記錄進(jìn)流緩存條目表，以后的A到B的數(shù)據(jù)（三層交換機要確認(rèn)是由A到B而不是到C的數(shù)據(jù)，還要讀取幀中的IP地址。），就直接交由二層交換模塊完成。這就通常所說的一次路由多次轉(zhuǎn)發(fā)。

以上就是三層交換機工作過程的簡單概括，可以看出三層交換的特點：

1）由硬件結(jié)合實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速轉(zhuǎn)發(fā)。這就不是簡單的二層交換機和路由器的疊加，三層路由模塊直接疊加在二層交換的高速背板總線上，突破了傳統(tǒng)路由器的接口速率限制，速率可達(dá)幾十Gbit/s。算上背板帶寬，這些是三層交換機性能的兩個重要參數(shù)。

2）簡潔的路由軟件使路由過程簡化。大部分的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，除了必要的路由選擇交由路由軟件處理，都是由二層模塊高速轉(zhuǎn)發(fā)，路由軟件大多都是經(jīng)過處理的高效優(yōu)化軟件，并不是簡單照搬路由器中的軟件。

二層和三層交換機的選擇

二層交換機用于小型的局域網(wǎng)絡(luò)。這個就不用多言了，在小型局域網(wǎng)中，廣播包影響不大，二層交換機的快速交換功能、多個接入端口和低廉價格為小型網(wǎng)絡(luò)用戶提供了很完善的解決方案。

三層交換機的優(yōu)點在于接口類型豐富，支持的三層功能強大，路由能力強大，適合用于大型的網(wǎng)絡(luò)間的路由，它的優(yōu)勢在于選擇最佳路由，負(fù)荷分擔(dān)，鏈路備份及和其他網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行路由信息的交換等等路由器所具有功能。

三層交換機的最重要的功能是加快大型局域網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的數(shù)據(jù)的快速轉(zhuǎn)發(fā)，加入路由功能也是為這個目的服務(wù)的。如果把大型網(wǎng)絡(luò)按照部門、地域等等因素劃分成一個個小局域網(wǎng)，這將導(dǎo)致大量的網(wǎng)際互訪，單純的使用二層交換機不能實現(xiàn)網(wǎng)際互訪；如單純的使用路由器，由于接口數(shù)量有限和路由轉(zhuǎn)發(fā)速度慢，將限制網(wǎng)絡(luò)的速度和網(wǎng)絡(luò)規(guī)模，采用具有路由功能的快速轉(zhuǎn)發(fā)的三層交換機就成為首選。

一般來說，在內(nèi)網(wǎng)數(shù)據(jù)流量大，要求快速轉(zhuǎn)發(fā)響應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)中，如全部由三層交換機來做這個工作，會造成三層交換機負(fù)擔(dān)過重，響應(yīng)速度受影響，將網(wǎng)間的路由交由路由器去完成，充分發(fā)揮不同設(shè)備的優(yōu)點，不失為一種好的組網(wǎng)策略，當(dāng)然，前提是客戶的腰包很鼓，不然就退而求其次，讓三層交換機也兼為網(wǎng)際互連。

四層交換

第四層交換的一個簡單定義是：它是一種功能，它決定傳輸不僅僅依據(jù)MAC地址(第二層網(wǎng)橋)或源/目標(biāo)IP地址（第三層路由），而且依據(jù)TCP/UDP(第四層) 應(yīng)用端口號。第四層交換功能就象是虛IP，指向物理服務(wù)器。它所傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)服從各種各樣的協(xié)議，有HTTP、FTP、NFS、Telnet或其他協(xié)議。這些業(yè)務(wù)在物理服務(wù)器基礎(chǔ)上，需要復(fù)雜的載量平衡算法。

在IP世界，業(yè)務(wù)類型由終端TCP或UDP端口地址來決定，在第四層交換中的應(yīng)用區(qū)間則由源端和終端IP地址、TCP和UDP端口共同決定。在第四層交換中為每個供搜尋使用的服務(wù)器組設(shè)立虛IP地址（VIP），每組服務(wù)器支持某種應(yīng)用。在域名服務(wù)器（DNS）中存儲的每個應(yīng)用服務(wù)器地址是VIP，而不是真實的服務(wù)器地址。當(dāng)某用戶申請應(yīng)用時，一個帶有目標(biāo)服務(wù)器組的VIP連接請求（例如一個TCP SYN包）發(fā)給服務(wù)器交換機。服務(wù)器交換機在組中選取最好的服務(wù)器，將終端地址中的VIP用實際服務(wù)器的IP取代，并將連接請求傳給服務(wù)器。這樣，同一區(qū)間所有的包由服務(wù)器交換機進(jìn)行映射，在用戶和同一服務(wù)器間進(jìn)行傳輸。

特點：

OSI模型的第四層是傳輸層。傳輸層負(fù)責(zé)端對端通信，即在網(wǎng)絡(luò)源和目標(biāo)系統(tǒng)之間協(xié)調(diào)通信。在IP協(xié)議棧中這是TCP（一種傳輸協(xié)議）和UDP（用戶數(shù)據(jù)包協(xié)議）所在的協(xié)議層。

在第四層中，TCP和UDP標(biāo)題包含端口號（port number），它們可以唯一區(qū)分每個數(shù)據(jù)包包含哪些應(yīng)用協(xié)議（例如HTTP、FTP等）。端點系統(tǒng)利用這種信息來區(qū)分包中的數(shù)據(jù)，尤其是端口號使一個接收端計算機系統(tǒng)能夠確定它所收到的IP包類型，并把它交給合適的高層軟件。端口號和設(shè)備IP地址的組合通常稱作"插口（socket）"。1和255之間的端口號被保留，他們稱為"熟知"端口，也就是說，在所有主機TCP/I P協(xié)議棧實現(xiàn)中，這些端口號是相同的。除了"熟知"端口外，標(biāo)準(zhǔn)UNIX服務(wù)分配在256到1024端口范圍，定制的應(yīng)用一般在1024以上分配端口號。分配端口號的清單可以在RFC1700 "Assigned Numbers"上找到。

TCP/UDP端口號提供的附加信息可以為網(wǎng)絡(luò)交換機所利用，這是第四層交換的基礎(chǔ)。具有第四層功能的交換機能夠起到與服務(wù)器相連接的"虛擬IP"(VIP)前端的作用。每臺服務(wù)器和支持單一或通用應(yīng)用的服務(wù)器組都配置一個VIP地址。這個VIP地址被發(fā)送出去并在域名系統(tǒng)上注冊。在發(fā)出一個服務(wù)請求時，第四層交換機通過判定TCP開始，來識別一次會話的開始。然后它利用復(fù)雜的算法來確定處理這個請求的最佳服務(wù)器。一旦做出這種決定，交換機就將會話與一個具體的IP地址聯(lián)系在一起，并用該服務(wù)器真正的IP地址來代替服務(wù)器上的VIP地址。

每臺第四層交換機都保存一個與被選擇的服務(wù)器相配的源IP地址以及源TCP端口相關(guān)聯(lián)的連接表。然后第四層交換機向這臺服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)連接請求。所有后續(xù)包在客戶機與服務(wù)器之間重新影射和轉(zhuǎn)發(fā)，直到交換機發(fā)現(xiàn)會話為止。在使用第四層交換的情況下，接入可以與真正的服務(wù)器連接在一起來滿足用戶制定的規(guī)則，諸如使每臺服務(wù)器上有相等數(shù)量的接入或根據(jù)不同服務(wù)器的容量來分配傳輸流。

1) 速度

為了在企業(yè)網(wǎng)中行之有效，第四層交換必須提供與第三層線速路由器可比擬的性能。也就是說，第四層交換必須在所有端口以全介質(zhì)速度操作，即使在多個千兆以太網(wǎng)連接上亦如此。千兆以太網(wǎng)速度等于以每秒1488000 個數(shù)據(jù)包的最大速度路由(假定最壞的情形，即所有包為以及網(wǎng)定義的最小尺寸，長64字節(jié))。

2)服務(wù)器容量平衡算法

依據(jù)所希望的容量平衡間隔尺寸，第四層交換機將應(yīng)用分配給服務(wù)器的算法有很多種，有簡單的檢測環(huán)路最近的連接、檢測環(huán)路時延或檢測服務(wù)器本身的閉環(huán)反饋。在所有的預(yù)測中，閉環(huán)反饋提供反映服務(wù)器現(xiàn)有業(yè)務(wù)量的最精確的檢測。

3) 表容量

應(yīng)注意的是，進(jìn)行第四層交換的交換機需要有區(qū)分和存貯大量發(fā)送表項的能力。交換機在一個企業(yè)網(wǎng)的核心時尤其如此。許多第二/三層交換機傾向發(fā)送表的大小與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的數(shù)量成正比。對第四層交換機，這個數(shù)量必須乘以網(wǎng)絡(luò)中使用的不同應(yīng)用協(xié)議和會話的數(shù)量。因而發(fā)送表的大小隨端點設(shè)備和應(yīng)用類型數(shù)量的增長而迅速增長。第四層交換機設(shè)計者在設(shè)計其產(chǎn)品時需要考慮表的這種增長。大的表容量對制造支持線速發(fā)送第四層流量的高性能交換機至關(guān)重要。

4) 冗余

第四層交換機內(nèi)部有支持冗余拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的功能。在具有雙鏈路的網(wǎng)卡容錯連接時，就可能建立從一個服務(wù)器到網(wǎng)卡，鏈路和服務(wù)器交換器的完全冗余系統(tǒng)。

交換器

可網(wǎng)管交換機可以通過以下幾種途徑進(jìn)行管理：通過RS-232串行口（或并行口）管理、通過網(wǎng)絡(luò)瀏覽器管理和通過網(wǎng)絡(luò)管理軟件管理。

可網(wǎng)管交換機附帶了一條串口電纜，供交換機管理使用。先把串口電纜的一端插在交換機背面的串口里，另一端插在普通電腦的串口里。然后接通交換機和電腦電源。在Windows 98和Windows 2000里都提供了“超級終端”程序。打開“超級終端”，在設(shè)定好連接參數(shù)后，就可以通過串口電纜與交換機交互了，如圖1所示。這種方式并不占用交換機的帶寬，因此稱為“帶外管理”（Out of band）。

在這種管理方式下，交換機提供了一個菜單驅(qū)動的控制臺界面或命令行界面。你可以使用“Tab”鍵或箭頭鍵在菜單和子菜單里移動，按回車鍵執(zhí)行相應(yīng)的命令，或者使用專用的交換機管理命令集管理交換機。不同品牌的交換機命令集是不同的，甚至同一品牌的交換機，其命令也不同。使用菜單命令在操作上更加方便一些。

可網(wǎng)管交換機可以通過Web（網(wǎng)絡(luò)瀏覽器）管理，但是必須給交換機指定一個IP地址。這個IP地址除了供管理交換機使用之外，并沒有其他用途。在默認(rèn)狀態(tài)下，交換機沒有IP地址，必須通過串口或其他方式指定一個IP地址之后，才能啟用這種管理方式。

使用網(wǎng)絡(luò)瀏覽器管理交換機時，交換機相當(dāng)于一臺Web服務(wù)器，只是網(wǎng)頁并不儲存在硬盤里面，而是在交換機的NVRAM里面，通過程序可以把NVRAM里面的Web程序升級。當(dāng)管理員在瀏覽器中輸入交換機的IP地址時，交換機就像一臺服務(wù)器一樣把網(wǎng)頁傳遞給電腦，此時給你的感覺就像在訪問一個網(wǎng)站一樣，如圖2所示。這種方式占用交換機的帶寬，因此稱為“帶內(nèi)管理”（In band）。

如果你想管理交換機，只要點擊網(wǎng)頁中相應(yīng)的功能項，在文本框或下拉列表中改變交換機的參數(shù)就可以了。Web管理這種方式可以在局域網(wǎng)上進(jìn)行，所以可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程管理。

可網(wǎng)管交換機均遵循SNMP協(xié)議（簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議），SNMP協(xié)議是一整套的符合國際標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備管理規(guī)范。凡是遵循SNMP協(xié)議的設(shè)備，均可以通過網(wǎng)管軟件來管理。你只需要在一臺網(wǎng)管工作站上安裝一套SNMP網(wǎng)絡(luò)管理軟件，通過局域網(wǎng)就可以很方便地管理網(wǎng)絡(luò)上的交換機、路由器、服務(wù)器等。通過SNMP網(wǎng)絡(luò)管理軟件的界面如圖3所示，它也是一種帶內(nèi)管理方式。

可網(wǎng)管交換機的管理可以通過以上三種方式來管理。究竟采用哪一種方式呢？在交換機初始設(shè)置的時候，往往得通過帶外管理；在設(shè)定好IP地址之后，就可以使用帶內(nèi)管理方式了。帶內(nèi)管理因為管理數(shù)據(jù)是通過公共使用的局域網(wǎng)傳遞的，可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程管理，然而安全性不強。帶外管理是通過串口通信的，數(shù)據(jù)只在交換機和管理用機之間傳遞，因此安全性很強；然而由于串口電纜長度的限制，不能實現(xiàn)遠(yuǎn)程管理。所以采用哪種方式得看你對安全性和可管理性的要求了。

交換機故障一般可以分為硬件故障和軟件故障兩大類。硬件故障主要指交換機電源、背板、模塊和端口等部件的故 障，具體可以分為以下幾類。

由于外部供電不穩(wěn)定，或者電源線路老化或者雷擊等原因?qū)е码娫磽p壞或者風(fēng)扇停止，從而不能正常廠作。

由于電源緣故而導(dǎo)致機內(nèi)其他部件損壞的事情也經(jīng)常發(fā)生。如果面板上的PowER指示燈是綠色的，就表示是正常的：如果該指示燈滅了，則說明交換機沒有正常供電。這類問題很容易發(fā)現(xiàn)，也很容易解決，同時也是最容易預(yù)防的。針對這類故障，首先應(yīng)該做好外部電源的供應(yīng)工作，一般通過引入獨立的電力線來提供獨立的電源，并添加穩(wěn)壓器來避免瞬間高壓或低壓現(xiàn)象。如果條件允許，可以添加不間斷電源來保證交換機的正常供電，有的提供穩(wěn)壓功能，而有的沒有，選擇時要注意。在機房內(nèi)設(shè)置專業(yè)的避雷措施，用來避免雷電對交換機的傷害。現(xiàn)在有很多做避雷工程的專業(yè)公司，實施網(wǎng)絡(luò)布線時可以考慮。

這是最常見的硬件故障，無論是光纖端口還是雙絞線的RJ一45端口，在插拔接頭時一定要小心。如果不小心把光纖插頭弄臟，可能導(dǎo)致光纖端口污染而不能正常通信。我們經(jīng)?？吹胶芏嗳讼矚g帶電插拔接頭，理論上講是可以的，但是這樣也無意中增加了端口的故障發(fā)生率。

另外在搬運時不小心，也可能導(dǎo)致端口物理損壞。如果購買的水晶頭尺寸偏大，插入交換機時，電容易破壞端口。此外，如果接在端口的雙絞線有一段暴露在室外，萬一這根電纜被雷電擊中，就會導(dǎo)致所連交換機端口被擊壞，或者造成更加 不可預(yù)料的損傷。一般情況下，端口故障是某一個或者幾個端口損壞。所以，在排除了端口所連計算機的故障后，可以通過更換所連端口，來判斷其是否損壞。遇到此類故障，可以嘗試在電源關(guān)閉后，用酒精棉球清洗端口，如果端口確實被損壞，那就只能更換端口了。

交換機是由很多模塊組成，比如：堆疊模塊、管理模塊(控制模塊)和擴展模塊等。這些模塊發(fā)生故障的機率很小，不過一旦出現(xiàn)問題，就會遭受巨大的經(jīng)濟損失。如果插拔模塊時不小心，或者搬運交換機時受到碰撞，或者電源不穩(wěn)定等情況，都可能導(dǎo)致此類故障的發(fā)生。

交換機的各個模塊都是接插在背板上的。如果環(huán)境潮濕，電路板受潮短路，或者元器件因高溫、雷擊等因素而受損都會造成電路板不能正常工作。比如：散熱性能不好或環(huán)境溫度太高導(dǎo)致機內(nèi)溫度升高，致使元器件燒壞。在外部電源正常供電的情況下，如果交換機的各個內(nèi)部模塊都不能正常工作，那就可能是背板壞了，遇到這種情況即使是電器維修工程師，恐怕也無計可施，惟一的辦法就是更換背板了。

其實這類故障從理論上講，不屬于交換機本身的故障，但在實際使用中，電纜故障經(jīng)常導(dǎo)致交換機系統(tǒng)或端口不能正常工作，所以這里也把這類故障歸入交換機硬件故障。比如接頭接插不緊，線纜制作時順序排列錯誤或者不規(guī)范，線纜連接時應(yīng)該用交叉線卻使用了直連線，光纜中的兩根光纖交錯連接，錯誤的線路連接導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)環(huán)路等。

隨著云計算和虛擬化技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)的融合，對交換機的性能、功能、可靠性等提出了更高的要求。但由于數(shù)據(jù)中心交換機能夠承載各種業(yè)務(wù)，對數(shù)據(jù)的傳輸提供較 好的保障。而數(shù)據(jù)中心交換機將來還會承載未來更多的業(yè)務(wù)，對未來網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展有很好的擴展性。所以相信對于未來數(shù)據(jù)中心的建立，數(shù)據(jù)中心交換機會隨著時代發(fā)展，針對網(wǎng)絡(luò)中的需求研發(fā)出更高性能、穩(wěn)定和更新技術(shù)的交換機?，F(xiàn)在已經(jīng)步入數(shù)據(jù)時代，相信數(shù)據(jù)中心交換機必定會大展宏圖。

世界在進(jìn)步，科技在發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)也在不斷的提速。從第一塊網(wǎng)卡的問世，到現(xiàn)在通用的千兆以太網(wǎng)卡、萬兆網(wǎng)卡，甚至還有很多超萬兆的網(wǎng)卡出現(xiàn)。標(biāo)示著，世界正在發(fā)生翻天覆地的變化，數(shù)據(jù)流量正在不斷地增加，傳統(tǒng)的交換機已經(jīng)不能滿足現(xiàn)在日趨復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)和龐大的流量。為了能夠更好的承載視頻、語音、文件等各種服務(wù)。需要高速的硬件和新一代的交換系統(tǒng)來處理越來越大的數(shù)據(jù)流量。隨著云計算的發(fā)展越來越快，對于數(shù)據(jù)中心的建立將帶來更大的考驗，對交換機的性能、背板帶寬要求也更加高。數(shù)據(jù)中心交換機在此大環(huán)境下孕育而 生，接替了傳統(tǒng)的交換機工作在數(shù)據(jù)中心。提供了更高的可靠性，更穩(wěn)定的性能和更大的吞吐量。還有更新的技術(shù)解決復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)。