交換機基礎：局域網交換機的基本功能

1交換機基礎概念

局域網交換機是一種工作在數據鏈路層的網絡設備。

交換機根據進入端口數據幀中的MAC地址，過濾、轉發數據幀。它是基于MAC地址識別，完成轉發數據幀功能的一種網絡連接設備。

交換機作為匯聚中心，可將多臺數據終端設備連接在一起，構成星狀結構的網絡。使用交換機組建出的是一個交換式局域網。

2局域網交換機的功能

局域網交換機有三個基本功能：

①建立和維護一個表示MAC地址與交換機端口對應關系的交換表；

②在發送結點和接收結點之間建立一條虛連接；（源端口到目的端口之間的虛連接）

③完成數據幀的轉發或過濾。

交換機就在源端口和目的端口之間建立一條虛連接，在這條專用的虛通道上完成數據幀的交換。交換機還具有幀過濾，數據幀傳輸控制，虛擬網等其它功能。

交換機基礎：局域網交換機的工作原理

交換機通過一種自學習的方法，自動地建立和維護一個記錄著目的MAC地址與設備端口映射關系的地址查詢表。

轉發幀的具體操作是，在查詢保存在交換機高速緩存中的交換表之后，交換機根據表中給出的目的端口號，決定是否轉發和往哪里轉發。如果數據幀的目的地址和源地址處于交換機的同一個端口，即源端口和目的端口相同，基于某種安全控制，數據幀被拒絕轉發，交換機直接丟棄。否則按與目的MAC地址相符的交換表表項中指出的目的端口號轉發該幀。在轉發數據幀之前，在源端口和目的端口之間建立一條虛連接，形成一條專用的傳輸通道。再利用這條通道將幀從源端口轉發到目的端口，完成幀的轉發。

丟棄幀的原因：

①數據幀的目的地址和源地址處于交換機的同一個端口，即源端口和目的端口相同；

②某種安全控制。

交換機基礎：交換表內容的建立和維護

建立和維護交換表是交換機的重要工作任務。

1交換表的內容

交換表的內容包括：目的MAC地址、對應的交換機模塊號端口號、所在的虛擬子網。虛擬子網用VLANID號表示。

例1.大型核心交換機的交換表：

VLANDestMAC/RouteDes[COS]DestinationPortsorVCs/[protocolType]

11800-e0-4c-73-51-4e3/6[ALL]

例1.小型接入交換機的交換表：

DestinationaddressAddressTypeVLANDestinationPorts

0004.234e.0ddcDynamic148FastEthernet0/2

例1表示MAC地址為00-e0-4c-73-51-4e的用戶，連接在交換機的第3模塊第6端口。該用戶被劃分在VLANID為118的虛擬子網中。

FastEthernet0/6包含兩部分內容，一個是端口類型，一個是端口號。端口號0/2中，0是模塊號，2是端口號。

FastEthernet表示快速以太網；（FE）

Ethernet表示以太網；（E）

GigabitEthernet表示千兆以太網。（GE）

2交換表的建立

在交換機剛開機時，交換表的內容是空白的。

每一個幀進來，就分析幀中的MAC目的地址，查詢交換表。

①如果已經存在在交換表中，就按照給出的路徑轉發。

②在交換表沒有此項目，就發出一個廣播幀，把數據包發送給除源端口以外的所有交換機端口。擁有該MAC地址的站點在接收到廣播幀后，就會立即做出應答，從而使交換機得到目的MAC地址與其相關聯的交換機端口的信息。隨后交換機建立一個新的表項進行記錄。

3交換表的維護

交換表保存在交換機的一個高速緩存中，高速緩存的空間有限，且位于高速緩存的表項也有時間限制（時間戳）。

4交換表的保存

交換表保存在可編址內容存儲器CAM中。CAM是保存交換表的一個高速緩存。可以通過交換機的一條命令，在屏幕顯示出保存在CAM中的交換表內容。

(大中型交換機)showcamdynamic

(小型交換機)showmac-address-table；

交換機基礎：交換機的交換結構

交換機存在四種交換結構，它們是軟件執行交換結構、矩陣交換結構、總線交換結構和共享存儲器結構。

1軟件執行交換結構

軟件執行交換結構是借助CPU和RAM硬件環境，由特定的軟件來完成數據幀交換的一種交換結構。

特點：軟件執行交換結構的交換機具有結構靈活、交換速度慢、交換機堆疊困難、交換機端口較多導致交換機性能下降的特點。因此，軟件執行交換結構主要在早期的交換器產品中應用。

2矩陣交換結構

在矩陣交換結構的交換機中，交換功能完全由硬件完成。

交換機在確定目的端口號之后，就會根據源端口號和目的端口號打開相應的交換矩陣開關，在源端口和目的端口之間建立連接，形成一條傳輸通道。

特點：具有交換速度快、延時小、結構緊湊、矩陣交換的實現相對比較簡單、不易擴展、不利于交換機性能的監控和運行管理等特點。目前有一些交換機產品采用這種結構。

3總線交換結構

在總線交換結構的交換機背板上都有一條公用總線，數據幀的交換都在總線上完成。通過時分多路復用TDM技術，將總線按時隙分成多條邏輯通道，可同時在總線上建立多對端口的連接。

特點：具有性能好、便于堆疊擴展、易實現幀的廣播、易監控管理、易實現多個輸入對一個輸出的幀傳送，但對帶寬要求比較高。

一般總線帶寬應為端口帶寬的總和。如果端口帶寬都相同，則總線帶寬應等于端口帶寬乘以端口數量。即S=B×N。其中S為總線帶寬，B是端口帶寬，N是端口數。

許多交換機產品都使用總線交換結構。

4共享存儲器交換結構

共享存儲器交換結構是總線交換結構的一種很變形，它用共享存儲器替代了公用總線。它不需要背板。

特點：交換機的結構簡單、易實現，但在交換機端口數量與存儲容量擴展到一定程度時，會產生延時。因此，比較適合小型交換機的采用。成本高。

交換機基礎：交換機的交換模式

1交換機交換模式的分類

交換機有靜態交換和動態交換兩種方式。

在采用靜態交換方式的交換機中，端口之間傳輸通道的建立是人工預先設定的，這些通道是固定不變的。

在采用動態交換方式的交換機中，傳輸通道的建立是依據目的MAC地址查詢交換表，根據表中給出的輸出端口臨時建立的，在一個數據幀傳送完成后，連接就會自動斷開。

動態交換模式有存儲轉發和直通兩種模式。

直通交換模式又有快速轉發交換和碎片丟棄交換兩種方式。

總結起來，交換機有存儲轉發、快速轉發和碎片丟棄三種交換模式。

2快速轉發交換模式（FastForward）

快速轉發交換模式，也叫直通模式，它是在交換機接收到幀中6個字節的目的地址后就立即轉發數據幀。

快速轉發交換模式不緩存整個數據幀。這種交換模式會在整個數據幀收到之前就開始轉發。不能提供檢錯糾錯，可靠性差，但是時延小、交換速度快。適合小型交換機采用。

3碎片丟棄交換模式（FragmentFree）

碎片丟棄模式又稱無分段交換模式。這種交換模式是在開始轉發數據幀前，先過濾掉造成大部分數據報錯誤的沖突片段。

先檢查數據包的長度是否夠64字節，如果小于64字節，直接丟棄，任何大于64字節的數據幀，都被交換機視為有效幀，進行轉發。

數據幀只是接收了64字節，也不保存整個數據幀，就開始轉發。

碎片丟棄交換模式的最大優點：在開始轉發數據幀前就過濾掉沖突碎片，確保沖突碎片不通過網絡傳播，從而提高了網絡的傳輸效率和帶寬利用率。

4存儲轉發交換模式（StoreandForward）

采用存儲轉發交換模式的交換機，在開始轉發數據幀之前先接收整個數據幀，并把整個數據幀存儲在緩沖區。

有差錯檢驗功能，但是時延大。

目前應用最廣泛。

交換機基礎知識就為大家介紹這么多，希望新入行的工程師們可以認真閱讀，因為想在網絡上發展，這些知識還是不能忽略的。