什么是交換機

交換機（Switch）意為“開關(guān)”是一種用于電（光）信號轉(zhuǎn)發(fā)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。它可以為接入交換機的任意兩個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點提供獨享的電信號通路。最常見的交換機是以太網(wǎng)交換機。其他常見的還有電話語音交換機、光纖交換機等。

交換（switching）是按照通信兩端傳輸信息的需要，用人工或設(shè)備自動完成的方法，把要傳輸?shù)男畔⑺偷椒弦蟮南鄳?yīng)路由上的技術(shù)的統(tǒng)稱。交換機根據(jù)工作位置的不同，可以分為廣域網(wǎng)交換機和局域網(wǎng)交換機。廣域的交換機（switch）就是一種在通信系統(tǒng)中完成信息交換功能的設(shè)備，它應(yīng)用在數(shù)據(jù)鏈路層。交換機有多個端口，每個端口都具有橋接功能，可以連接一個局域網(wǎng)或一臺高性能服務(wù)器或工作站。實際上，交換機有時被稱為多端口網(wǎng)橋。

交換機啟動過程

交換機的通常啟動過程包括啟動裝載軟件的操作，完成以下任務(wù)：

完成低級交換機CPU初始化。它將初始化控制映象的物理內(nèi)存、CPU寄存器，包括數(shù)量、速度等參數(shù)。

為CPU子系統(tǒng)完成加電自檢（POST）。它將檢測CPUDRAM和生存閃存文件系統(tǒng)的閃存設(shè)備。

初始化系統(tǒng)主板上的閃存系統(tǒng)。

裝載默認操作系統(tǒng)軟件映象到內(nèi)存，啟動交換機。

這個啟動裝載提供程序是在操作系統(tǒng)裝載前訪問閃存文件系統(tǒng)的。通常情況下，啟動裝載程序僅用于裝載、解壓和登錄操作系統(tǒng)。在啟動裝載程序移交CPU控制權(quán)限到操作系統(tǒng)后，這個啟動裝載程序就處于非活動狀態(tài)，直到下次系統(tǒng)重啟或重新開啟電源。

在可以為交換機分配信息前，確保交換機控制臺接口已連接到PC機或者終端上，并為交換機控制臺接口配置好了PC機或者終端仿真軟件連接速率和字符格式。連接速率默認為9600b/s，數(shù)據(jù)位默為8位。

交換機的工作原理

當交換機收到數(shù)據(jù)時，它會檢查它的目的MAC地址，然后把數(shù)據(jù)從目的主機所在的接口轉(zhuǎn)發(fā)出去。交換機之所以能實現(xiàn)這一功能，是因為交換機內(nèi)部有一個MAC地址表，MAC地址表記錄了網(wǎng)絡(luò)中所有MAC地址與該交換機各端口的對應(yīng)信息。某一數(shù)據(jù)幀需要轉(zhuǎn)發(fā)時，交換機根據(jù)該數(shù)據(jù)幀的目的MAC地址來查找MAC地址表，從而得到該地址對應(yīng)的端口，即知道具有該MAC地址的設(shè)備是連接在交換機的哪個端口上，然后交換機把數(shù)據(jù)幀從該端口轉(zhuǎn)發(fā)出去。

1.交換機根據(jù)收到數(shù)據(jù)幀中的源MAC地址建立該地址同交換機端口的映射，并將其寫入MAC地址表中。

2.交換機將數(shù)據(jù)幀中的目的MAC地址同已建立的MAC地址表進行比較，以決定由哪個端口進行轉(zhuǎn)發(fā)。

3.如數(shù)據(jù)幀中的目的MAC地址不在MAC地址表中，則向所有端口轉(zhuǎn)發(fā)。這一過程稱為泛洪（flood）。

4.廣播幀和組播幀向所有的端口轉(zhuǎn)發(fā)。

例：某網(wǎng)絡(luò)如圖1所示。

表1端口/MAC地址映射表

MAC地址端口

00-10-B5-4B-30-85E0/1

00-10-B5-4B-30-90E0/2

00-10-B5-4B-30-65E0/24

假設(shè)主機pc1向主機pc7發(fā)送一個數(shù)據(jù)幀，該數(shù)據(jù)幀被送到交換機后，交換機首先查MAC地址表，發(fā)現(xiàn)主機pc7連接在E0/24接口上，就將數(shù)據(jù)幀從E0/24接口轉(zhuǎn)發(fā)出去。

二、MAC地址表的構(gòu)建過程

為快速轉(zhuǎn)發(fā)報文，以太網(wǎng)交換機需要建立和維護MAC地址表。交換機采用源MAC地址學習的方法建立MAC地址表。

（1）交換機初始狀態(tài)

交換機的初始狀態(tài)MAC地址表為空，如圖2所示。

（2）地址表源MAC地址學習

當計算機PC1要發(fā)送數(shù)據(jù)幀給計算機PC6時，因此時地址表是空的，交換機將向除PC1連接端口E0/1以外的其他所有端口轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀。在轉(zhuǎn)發(fā)之前，首先檢查該數(shù)據(jù)幀的源MAC地址（00-10-B5-4B-30-85），并在交換機的MAC地址表中添加一條記錄（00-10-B5-4B-30-85，E0/1）使之和端口E0/1相對應(yīng)。

（3）計算機PC6接收數(shù)據(jù)幀

計算機PC6收到發(fā)送的數(shù)據(jù)幀后，用該數(shù)據(jù)幀的目的MAC地址和本機的MAC地址比較，發(fā)現(xiàn)PC1找的正是它，則接收該數(shù)據(jù)幀，其他計算機丟棄數(shù)據(jù)幀。

計算機PC6回復PC1時，交換機直接從端口E0/1轉(zhuǎn)發(fā)，并學習到（00-10-B5-4B-30-65）為PC6連接的端口，將其添加到地址表中，如圖3所示。

交換機的其他端口利用源MAC地址學習的方法在MAC地址表中不斷添加新的MAC地址與端口號的對應(yīng)信息。直到MAC地址表添加完整為止。

為了保證MAC地址表中的信息能夠?qū)崟r地反映網(wǎng)絡(luò)情況，每個學習到的記錄都有一個老化時間，如果在老化時間內(nèi)收到地址信息則刷新記錄。對沒有收到相應(yīng)的地址信息的則刪除該記錄。例如，計算機PC6停止了和交換機通信，達到老化時間后，交換機會將其對應(yīng)的記錄從MAC地址表中刪除。

也可以手工添加交換機的MAC地址表的靜態(tài)記錄，手工配置的靜態(tài)記錄沒有老化時間的限制。由于MAC地址表中對于同一個MAC地址只能有一條記錄，所以如果手工配置了MAC地址和端口號對應(yīng)關(guān)系后，交換機就不再動態(tài)學習這臺計算機的MAC地址了。