交换机(Switch)意为“开关”是一种用于电(光)信号转发的网络设备。它可以为接入交换机的任意两个网络节点提供独享的电信号通路。***常见的交换机是以太网交换机。其他常见的还有电话语音交换机、光纤交换机等。
一、工作原理:
交换机工作于OSI参考模型的第二层,即数据链路层。交换机内部的CPU会在每个端口成功连接时,通过将MAC地址和端口对应,形成一张MAC表。在今后的通讯中,发往该MAC地址的数据包将仅送往其对应的端口,而不是所有的端口。因此,交换机可用于划分数据链路层广播,即冲突域;但它不能划分网络层广播,即广播域。
1、端口
交换机在同一时刻可进行多个端口对之间的数据传输。每一端口都可视为独立的物理网段(注:非IP网段),连接在其上的网络设备独自享有全部的带宽,无须同其他设备竞争使用。当节点A向节点D发送数据时,节点B可同时向节点C发送数据,而且这两个传输都享有网络的全部带宽,都有着自己的虚拟连接。假使这里使用的是10Mbps的以太网交换机,那么该交换机这时的总流通量就等于2×10Mbps=20Mbps,而使用10Mbps的共享式HUB时,一个HUB的总流通量也不会超出10Mbps。
总之,交换机是一种基于MAC地址识别,能完成封装转发数据帧功能的网络设备。交换机可以“学习”MAC地址,并把其存放在内部地址表中,通过在数据帧的始发者和目标接收者之间建立临时的交换路径,使数据帧直接由源地址到达目的地址。
2、数据传送的工作原理
交换机的任意节点收到数据传输指令后,即对于存储在内存里的地址表进行快速查找,从而对于MAC地址的网卡连接位置进行确认,然后再将数据传输到该节点上。如果在地址表中找到相应的位置,则进行传输;如果没有,交换机就会将该地址进行记录,以利于下次寻找和使用。交换机一般只需要将帧发送到相应的点,而无需如集线器发送到所有节点,从而节省了资源和时间,提高了数据传输的速率。
3、数据传送方式
通过交换的方式进行的数据传输,其实就是交换机的数据传送的方式。之前的集线器,更多是利用共享的方式,来对数据进行传输,没有办法从通讯的速度上进行要求。集线器的共享方式,也就是常说的共享式网络,以集线器作为连接设备并且只 有一个方向的数据流,因而网络共享的效率非常低。相对而言,交换机能够对连接到自身的各台电脑进行相应的识别,通过每台电脑网卡的物理地址也就是常说的MAC地址,来进行记忆和识别。
在这样的前提之下,就不用再进行广播寻找,而能够直接将记忆的MAC地址找到相应的地点并且通过一个临时性专用的数据传输通道,来完成两个节点之间不受外来干扰的数据传输的通信。由于交换机还具有全双工传输的方式,所以也可以对于多对节点间通过同时建立临时的专用通道,来形成一个立体且交叉的数据传输通道结构。
二、分类
二、分类
网络交换机分为两种:广域网交换机和局域网交换机。广域网交换机主要应用于电信领域,提供通信用的基础平台。而局域网交换机则应用于局域网络,用于连接终端设备,如PC机及网络打印机等。从传输介质和传输速度上可分为以太网交换机、快速以太网交换机、千兆以太网交换机、FDDI交换机、ATM交换机和令牌环交换机等。
可分为企业级交换机、部门级交换机和工作组交换机等。各厂商划分的尺度并不是完全一致的,一般来讲,企业级交换机都是机架式,部门级交换机可以是机架式(插槽数较少),也可以是固定配置式,而工作组级交换机为固定配置式(功能较为简单)。另一方面,从应用的规模来看,作为骨干交换机时,支持500个信息点以上大型企业应用的交换机为企业级交换机,支持300个信息点以下中型企业的交换机为部门级交换机,而支持100个信息点以内的交换机为工作组级交换机。
1、以太网交换机:
1)可提供网络接口实现互联:在网络系统中以太网交换机主要作用是为网络设备提供网络接口从而实现设备间的互联。
2)可扩充网络接口:一般以太网交换机***多具备48个端口,当网络需求较大时,以太网交换机可以进行堆叠满足网络需求。
3)可扩展网络范围:以太网交换机与网络设备连接是依靠着传输介质,而以太网交换机根据采用网络技术的不同,每种传输介质的传输距离是不同的且有限,当网络覆盖面积较大时,以太网交换机会进行中继,成倍扩展传输距离,增加网络范围。
4)以太网交换机学习功能:以太网交换机能了解每一端口相连设备的MAC地址,并将MAC地址与相应的端口映射,存放在交换机缓存的MAC地址表中。
5)以太网交换机的转发/过滤功能:当一个数据帧的目的地址在MAC地址表中有映射时,它会被转发到连接目的的端口。
6)以太网交换机的消除回路功能:当以太网交换机包括一个冗余回路时,它能通过生成树协议避免产生回路并且允许存在后备路径。
2、光纤交换机:
光纤交换机是一种高速的网络传输中继设备,它较普通交换机而言,采用了光纤电缆作为传输介质。光纤传输的优点是速度快、抗干扰能力强。光纤交换机主要有两种,一是用来连接存储的FC交换机。另一种是以太网交换机,端口是光纤接口的,和普通的电接口的外观一样,但接口类型不同。
光纤通道交换机即与光纤通道协议兼容的网络设备,并在光纤通道结构中具有高性能、低延时和无损传输的功能。光纤通道交换机被称为SAN。