以太網交換機 又名：EthernetSwitch

概念

       1990 年問世的交換式集線器(switching hub)，可明顯地提高局域網的性能。交換式集線器常稱為以太網交換機（Ethernet Switch）或第二層交換機（表明此交換機工作在數據鏈路層）。
需要說明的是，這里所指的“以太網交換機”是指傳輸帶寬在100Mbps以下的交換機，下面我們還會要講到一種“快速以太網交換機”、“千兆以太網交換機”和“萬兆以太網交換機”其實也是以太網交換機，只不過它們所采用的協議標準、或者傳輸介質不一樣，當然其接口形式也可能不一樣。
 

接口

        以太網包括三種網絡接口：

RJ-45接口

        這種接口應用最為普遍。因其適配線纜\傳輸介質制作簡單，傳輸速率快。支持的雙工工作方式齊全。
 

BNC

        所用的傳輸介質為細同軸電纜，當前已不常見。不要以為一講以太網就都是RJ-45接口的，只不過雙絞線類型的RJ-45接口在網絡設備中非常普遍而已。
 

AUI

        所用的傳輸介質為粗同軸電纜。當前多是廣電寬帶采用同軸電纜作為網絡傳輸介質，范圍不廣。為了在RJ-45接口的基礎上兼顧同軸電纜介質的網絡連接，配上BNC或AUI接口。
 

應用

        以太網交換機應用最為普遍，價格也較便宜，檔次齊全。因此，應用領域非常廣泛，在大大小小的局域網都可以見到它們的蹤影。以太網交換機通常都有幾個到幾十個端口，實質上就是一個多端口的網橋。另外，它的端口速率可以不同，工作方式也可以不同，如可以提供10M、100M的帶寬、提供半雙工、全雙工、自適應的工作方式等。
 

特點
 

1、以太網交換機的每個端口都直接與主機相連，并且一般都工作在全雙工方式。
2、交換機能同時連通許多對的端口，使每一對相互通信的主機都能像獨占通信媒體那樣，進行無沖突地傳輸數據。
3、共享傳輸媒體的帶寬，對于普通10 Mb/s 的共享式以太網，若共有N個用戶，則每個用戶占有的平均帶寬只有總帶寬（10 Mb/s）的N分之一。
 

涉及概念

Broadcast（廣播）
        遞送報文分組的一種方式，按這種方式送出的報文分組將送到與發(fā)送系統(tǒng)連通的廣播地址所覆蓋的所有計算機系統(tǒng)。
 

Collision（沖突）
        多個事件同時請求一個服務，而這個服務又不能區(qū)分和應付多個請求所出現的現象。以太網交換機使用CSMA/CD 處理沖突和協調重新傳輸。
 

Full-duplex（全雙工）
        全雙工是在通道中同時雙向數據傳輸的能力。
 

Half-duplex（半雙工）
        在通道中同時只能沿著一個方向傳輸數據。
 

Stackable（堆疊）
        堆疊是通過集線器的背板或是通過專用堆疊線纜連接起來的。堆疊后的數臺集線器或交換機在邏輯上是一個被網管的設備。
 

Spanning tree（生成樹）
        遵循IEEE803.1d 標準。當網絡中出現環(huán)路時，該協議可以采用生成樹的算法從邏輯上斷開其中一條連接，使其成為備份線路。當網絡出現斷路時，該協議會自動啟動上述備份線路，確保網絡正常工作。一種用于在網絡中檢測環(huán)路并邏輯地阻塞冗余路徑，以確保在任意兩個節(jié)點之間只存在一條路徑的技術。為提高可靠性，網絡中的設備間常需建立冗余連接。但是以太網的邏輯拓撲結構是星型或總線型的，因此鏈路中不允許出現環(huán)路。Spanning Tree 可以解決上述矛盾。
 

Uplink（級聯）
        級聯是通過集線器（或交換機）的某個端口與其它集線器或交換機相連的，級聯后每臺集線器或交換機在邏輯上仍是多個被網管的設備。通過級聯端口相連的設備不需要Cross-over 電纜。
 

工作原理

        以太網交換機工作于OSI網絡參考模型的第二層（即數據鏈路層），是一種基于MAC（Media Access Control，介質訪問控制）地址識別、完成以太網數據幀轉發(fā)的網絡設備。
 

        交換機上用于鏈接計算機或其他設備的插口稱作端口。計算機借助網卡通過網線連接到交換機的端口上。網卡、交換機和路由器的每個端口都具有一個MAC地址，由設備生產廠商固化在設備的EPROM中。MAC由IEEE負責分配，每個MAC地址都是全球唯一的。MAC地址是長度為48位的二進制，前24位由設備生產廠商標識符，后24位由生產廠商自行分配的序列號。
 

        交換機在端口上接受計算機發(fā)送過來的數據幀，根據幀頭的目的MAC地址查找MAC地址表然后將該數據幀從對應端口上轉發(fā)出去，從而實現數據交換。
 

        交換機的工作過程可以概括為“學習、記憶、接收、查表、轉發(fā)”等幾個方面：通過“學習”可以了解到每個端口上所連接設備的MAC地址；將MAC地址與端口編號的對應關系“記憶”在內存中，生產MAC地址表；從一個端口“接收”到數據幀后，在MAC地址表中“查找”與幀頭中目的MAC地址相對應的端口編號，然后，將數據幀從查到的端口上“轉發(fā)”出去。
 

        交換機分割沖突域，每個端口獨立成一個沖突域。每個端口如果有大量數據發(fā)送，則端口會先將收到的等待發(fā)送的數據存儲到寄存器中，在輪到發(fā)送時再發(fā)送出去。
 

轉發(fā)方式
 

1. 直通轉發(fā)（cut-through switching ）
2. 存儲轉發(fā)（Store-and-Forward switching）
3. 無碎片轉發(fā)（segment-free switching）
 

        直通式交換，也就是交換機在收到幀后，只要查看到此幀的目的MAC地址，馬上憑借MAC地址表向相應的端口轉發(fā)；這種方式的好處是速度快，轉發(fā)所需時間短，但問題是可能同時把一些錯誤的、無用的幀也同時轉發(fā)向目地端。存儲轉發(fā)機制就是交換機的每個端口被分配到一定的緩沖區(qū)（內存空間，一般為64 k），數據在進入交換機后讀取完目標MAC地址，憑借MAC地址表了解到轉發(fā)關系后，數據會一直在此端口的緩沖區(qū)內存儲，直到數據填滿緩沖區(qū)然后一次把所有數據轉發(fā)到目的地。在數據存儲在緩沖區(qū)期間，交換機會對數據作出簡單效驗，如果此時發(fā)現錯誤的數據，就不會轉發(fā)到目地端，而是在這里直接丟棄掉了。當然這種方式可以提供更好的數據轉發(fā)質量，但是相對的轉發(fā)所需時間就會比直通交換要長一點。碎片隔離式也叫改進型直通式交換，利用到直通式的優(yōu)勢就是轉發(fā)遲延小，同時會檢查每個數據幀的長度。因為原理上，每個以太網幀不可能小于64字節(jié)，大于1518字節(jié)。如果交換機檢查到有小過64字節(jié)或大于1518字節(jié)的幀，它都會認為這些幀是“殘缺幀”或“超長幀”，那么也會在轉發(fā)前丟棄掉。這種方式綜合了直通交換和存儲轉發(fā)的優(yōu)勢，很多高速交換機會采用，但是并沒有存儲轉發(fā)方式來的普及。
 

        無論是直通轉發(fā)還是存儲轉發(fā)都是一種二層的轉發(fā)方式，而且它們的轉發(fā)策略都是基于 目的MAC（DMAC）的，在這一點上這兩種轉發(fā)方式沒有區(qū)別。第三種方法主要是第一種“直通轉發(fā)”的變形。
 

        它們之間的最大區(qū)別在于，它們何時去處理轉發(fā)，也就是交換機怎樣去處理數據包的接收進程和轉發(fā)進程的關系。