什么是交換機(jī)

交換機(jī)（Switch）意為“開(kāi)關(guān)”是一種用于電（光）信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。它可以為接入交換機(jī)的任意兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)提供獨(dú)享的電信號(hào)通路。最常見(jiàn)的交換機(jī)是以太網(wǎng)交換機(jī)。其他常見(jiàn)的還有電話語(yǔ)音交換機(jī)、光纖交換機(jī)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(dòng)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(chēng)。交換機(jī)根據(jù)工作位置的不同，可以分為廣域網(wǎng)交換機(jī)和局域網(wǎng)交換機(jī)。廣域的交換機(jī)（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(jī)有多個(gè)端口，每個(gè)端口都具有橋接功能，可以連接一個(gè)局域網(wǎng)或一臺(tái)高性能服務(wù)器或工作站。實(shí)際上，交換機(jī)有時(shí)被稱(chēng)為多端口網(wǎng)橋。

交換機(jī)啟動(dòng)過(guò)程

交換機(jī)的通常啟動(dòng)過(guò)程包括啟動(dòng)裝載軟件的操作，完成以下任務(wù)：

完成低級(jí)交換機(jī)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(cè)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(rèn)操作系統(tǒng)軟件映象到內(nèi)存，啟動(dòng)交換機(jī)。

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

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

交換機(jī)的工作原理

當(dāng)交換機(jī)收到數(shù)據(jù)時(shí)，它會(huì)檢查它的目的MAC地址，然后把數(shù)據(jù)從目的主機(jī)所在的接口轉(zhuǎn)發(fā)出去。交換機(jī)之所以能實(shí)現(xiàn)這一功能，是因?yàn)榻粨Q機(jī)內(nèi)部有一個(gè)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(jī)各端口的對(duì)應(yīng)信息。某一數(shù)據(jù)幀需要轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)，交換機(jī)根據(jù)該數(shù)據(jù)幀的目的MAC地址來(lái)查找MAC地址表，從而得到該地址對(duì)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(jī)的哪個(gè)端口上，然后交換機(jī)把數(shù)據(jù)幀從該端口轉(zhuǎn)發(fā)出去。

1.交換機(jī)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(jī)端口的映射，并將其寫(xiě)入MAC地址表中。

2.交換機(jī)將數(shù)據(jù)幀中的目的MAC地址同已建立的MAC地址表進(jìn)行比較，以決定由哪個(gè)端口進(jìn)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(guò)程稱(chēng)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(jī)pc1向主機(jī)pc7發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)幀，該數(shù)據(jù)幀被送到交換機(jī)后，交換機(jī)首先查MAC地址表，發(fā)現(xiàn)主機(jī)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(guò)程

為快速轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文，以太網(wǎng)交換機(jī)需要建立和維護(hù)MAC地址表。交換機(jī)采用源MAC地址學(xué)習(xí)的方法建立MAC地址表。

（1）交換機(jī)初始狀態(tài)

交換機(jī)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(xué)習(xí)

當(dāng)計(jì)算機(jī)PC1要發(fā)送數(shù)據(jù)幀給計(jì)算機(jī)PC6時(shí)，因此時(shí)地址表是空的，交換機(jī)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(jī)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(duì)應(yīng)。

（3）計(jì)算機(jī)PC6接收數(shù)據(jù)幀

計(jì)算機(jī)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(jī)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(jì)算機(jī)丟棄數(shù)據(jù)幀。

計(jì)算機(jī)PC6回復(fù)PC1時(shí)，交換機(jī)直接從端口E0/1轉(zhuǎn)發(fā)，并學(xué)習(xí)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(jī)的其他端口利用源MAC地址學(xué)習(xí)的方法在MAC地址表中不斷添加新的MAC地址與端口號(hào)的對(duì)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(shí)地反映網(wǎng)絡(luò)情況，每個(gè)學(xué)習(xí)到的記錄都有一個(gè)老化時(shí)間，如果在老化時(shí)間內(nèi)收到地址信息則刷新記錄。對(duì)沒(méi)有收到相應(yīng)的地址信息的則刪除該記錄。例如，計(jì)算機(jī)PC6停止了和交換機(jī)通信，達(dá)到老化時(shí)間后，交換機(jī)會(huì)將其對(duì)應(yīng)的記錄從MAC地址表中刪除。

也可以手工添加交換機(jī)的MAC地址表的靜態(tài)記錄，手工配置的靜態(tài)記錄沒(méi)有老化時(shí)間的限制。由于MAC地址表中對(duì)于同一個(gè)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(hào)對(duì)應(yīng)關(guān)系后，交換機(jī)就不再動(dòng)態(tài)學(xué)習(xí)這臺(tái)計(jì)算機(jī)的MAC地址了。