經常有朋友問：“以太網交換機是什么？它的作用與功能呢？和如何選擇適合的交換機呢？本期武漢海翎光電的小編將詳細為大家介紹關于交換機的基礎知識。

    交換（switching）是按照通信兩端傳輸信息的需要，用人工或設備自動完成的方法，把要傳輸的信息送到符合要求的相應路由上的技術的統稱。

    廣義的交換機（switch）就是一種在通信系統中完成信息交換功能的設備。在計算機網絡系統中，交換概念的提出改進了共享工作模式。我們以前介紹過的HUB集線器就是一種共享設備，HUB本身不能識別目的地址，當同一局域網內的A主機給B主機傳輸數據時，數據包在以HUB為架構的網絡上是以廣播方式傳輸的，由每一臺終端通過驗證數據包頭的地址信息來確定是否接收。也就是說，在這種工作方式下，同一時刻網絡上只能傳輸一組數據幀的通訊，如果發生碰撞還得重試。這種方式就是共享網絡帶寬。

　　交換機工作原理

    工作在數據鏈路層。交換機擁有一條很高帶寬的背部總線和內部交換矩陣。交換機的所有的端口都掛接在這條背部總線上，控制電路收到數據包以后，處理端口會查找內存中的地址對照表以確定目的MAC（網卡的硬件地址）的NIC（網卡）掛接在哪個端口上，通過內部交換矩陣迅速將數據包傳送到目的端口，目的MAC若不存在，廣播到所有的端口，接收端口回應后交換機會“學習”新的地址，并把它添加入內部MAC地址表中。

    使用交換機也可以把網絡“分段”，通過對照MAC地址表，交換機只允許必要的網絡流量通過交換機。通過交換機的過濾和轉發，可以有效的減少沖突域，但它不能劃分網絡層廣播，即廣播域。交換機在同一時刻可進行多個端口對之間的數據傳輸。每一端口都可視為獨立的網段，連接在其上的網絡設備獨自享有全部的帶寬，無須同其他設備競爭使用。當節點A向節點D發送數據時，節點B可同時向節點C發送數據，而且這兩個傳輸都享有網絡的全部帶寬，都有著自己的虛擬連接。

    假使這里使用的是10Mbps的以太網交換機，那么該交換機這時的總流通量就等于2×10Mbps=20Mbps，而使用10Mbps的共享式HUB時，一個HUB的總流通量也不會超出10Mbps。總之，交換機是一種基于MAC地址識別，能完成封裝轉發數據包功能的網絡設備。交換機可以“學習”MAC地址，并把其存放在內部地址表中，通過在數據幀的始發者和目標接收者之間建立臨時的交換路徑，使數據幀直接由源地址到達目的地址。

　　交換機的作用與功能

　　交換機的主要功能包括物理編址、網絡拓撲結構、錯誤校驗、幀序列以及流控。目前交換機還具備了一些新的功能，如對VLAN（虛擬局域網）的支持、對鏈路匯聚的支持，甚至有的還具有防火墻的功能。

　　學習：以太網交換機了解每一端口相連設備的MAC地址，并將地址同相應的端口映射起來存放在交換機緩存中的MAC地址表中。

　　轉發/過濾：當一個數據幀的目的地址在MAC地址表中有映射時，它被轉發到連接目的節點的端口而不是所有端口（如該數據幀為廣播/組播幀則轉發至所有端口）。

　　消除回路：當交換機包括一個冗余回路時，以太網交換機通過生成樹協議避免回路的產生，同時允許存在后備路徑。

    海翎光電的小編介紹到這里相信大家對交換機有了一個比較清晰的理解，同時對交換機的作用與功能也有了一個概念性的了解。那么如何進行交換機的選型號？首先咱們先了解一下交換機的類型：

    從應用區域劃分：廣域網交換機和局域網交換機。廣域網交換機: 主要應用于電信領域，提供通信基礎平臺。局域網交換機則: 應用于局域網絡，用于連接終端設備，如PC機及網絡打印機等。

    根據傳輸介質、傳輸速度以及發展歷史上看，局域網交換機有：以太網交換機、快速以太網交換機、千兆以太網交換機、萬兆以太網交換機、FDDI交換機、ATM交換機、令牌環交換機。

    按網絡規模分類:

     (1) 企業級交換機：一般采用模塊配置，屬于第三層或第四層千兆位（或以上）交換機，通常能支持500個信息點以上。

    (2) 部門級交換機：一般為千兆位第三層交換機，固定配置或模塊配置，通常能支持300～500個信息點。

    (3) 工作組級交換機：一般為固定配置，10/100Mbps自適應，通常支持的信息點少于100個。

    按組建園區網的網絡拓撲結構層次，可劃分為：接入層交換機、匯聚層交換機和核心層交換機。

    (1)核心層交換機: 一般采用機箱式模塊化設計，機箱中可承載管理模塊、光端口模塊、高速電口模塊、電源等，具有很高的背板容量；

    (2)匯聚層交換機: 可以是機箱式模塊化交換機，也可以是固定配置的交換機，具有較高的接入能力和帶寬，一般會包含光端口、高速電口等端口；

    (3)接入層交換機: 一般是固定配置的交換機，端口密度較大，具有較高的接入能力，以10/100M端口為主，以固定端口或擴展槽方式提供1000Mbps的上聯端口

    接下來和海翎光電的小編一起了解一下交換機的性能指標：

    (1) 轉發速率：轉發速率通常以“Mpps”來表示，即每秒能夠處理的數據包的數量。轉發速率體現了交換引擎的轉發功能，該值越大，交換機的性能越強勁。

    (2) 端口吞吐量：端口吞吐量反映交換機端口的分組轉發能力，通常可以通過兩個相同速率的端口進行測試，吞吐量是指在沒有幀丟失的情況下，設備能夠接受的最大速率。

    (3)背板帶寬：背板帶寬是交換機接口處理器或接口卡和數據總線間所能吞吐的最大數據量。背板帶寬體現了交換機總的數據交換能力，單位為Gbps，也叫交換帶寬。

在全雙工模式下，實現無阻塞數據交換，需要：背板帶寬 >= 端口數×端口速率×2。

舉個例子：一臺固定式24口百兆交換機，其背板帶寬應至少達到4.8Gb/s，才會不阻塞進行數據轉發：24×2×100Mb/s=4.8Gb/s。   

     (4) 吞吐量(包轉發率)

    吞吐量：指交換機所能線速處理的數據包的速度，單位為pps,表示每一秒鐘內發送64字節的數據包個數。

    1、以能夠處理最小包長來衡量，對于以太網最小包為64byte，加上幀開銷20byte。因此最小包為84byte。

    2、對于一個全雙工千兆接口達到線速時要求：端口的包轉發率=1000Mbps/（84*8）=1.488Mpps。

    84Byte=64（最小幀長）+8（前導碼）+12幀間隙

    3、交換機的包轉發速率千兆端口數×1.488Mpps+百兆端口數量×0.1488Mpps+其余類型端口數×相應速率值，

交換機標稱的包轉發速率高于這個速率，那么交換機可以達到線速交換

    (5) 端口種類

    交換機按其所提供的端口種類不同主要包括三種類型的產品，它們分別是純百兆端口交換機、百兆和千兆端口混和交換機、純千兆端口交換機。

    每一種產品所應用的網絡環境各不相同，核心骨干網絡上最好選擇千兆產品，上連骨干網絡一般選擇百兆/千兆混和交換機，邊緣接入一般選擇純百兆交換機。

　　最后簡略的概括一下交換機的基本功能：

　　1. 像集線器一樣，交換機提供了大量可供線纜連接的端口，這樣可以采用星型拓撲布線。

　　2. 像中繼器、集線器和網橋那樣，當它轉發幀時，交換機會重新產生一個不失真的方形電信號。

　　3. 像網橋那樣，交換機在每個端口上都使用相同的轉發或過濾邏輯。

　　4. 像網橋那樣，交換機將局域網分為多個沖突域，每個沖突域都是有獨立的寬帶，因此大大提高了局域網的帶寬。

　　5. 除了具有網橋、集線器和中繼器的功能以外，交換機還提供了更先進的功能，如虛擬局域網（VLAN）和更高的性能。