交换机简介

一、 集线器的替代品---交换机

使用集线器的缺点,因此就设计出了交换机来代替集线器,交换机常见端口数量一般有4、8、16、24、32等数量。

华为交换机:S5720-HI系列

仅从实物图上来看,交换机和集线器非常的像,但是它们的各自的工作原理完全不同。

二、交换机构建局域网,以及交换机之间的级联

交换机不仅只用于构建局域网,在城域网和广域网中同样需要使用交换机,事实上城域网和广域网就是大号的局域网,局域网内部的通信都是通过交换机转的,在城域网和广域网中,交换机上连接不再是普通的计算机,而是局域网那个局域网、城域网路由器,如果需要访问外网的话,同样必须连接路由器。

一台交换机的端口数量往往有限,因此一台交换机构建局域网时,能够来连接的计算机的数量有限,为了能够连接更多的计算机和路由器,会将多台交换机串联在一起,级联的结果等效于一台端口数量翻倍的大号的交换机。

三、集线器与交换机异同

(1)相同点:都可以用于构建局域网。

(2)不同点

1)集线器是以广播形式来工作的,但是交换机不是。

2)集线器工作在物理层,交际机工作于链路层

集线器:纯粹工作与物理层上,进行信号的广播即可,不需要使用协议对数据进行拆包封包,修改数据包内容。

交换机:交换机需要TCP/IP协议中的链路层协议控制下工作,链路层会对分组数据包进行拆包,取得MAC地址,以实现"物理端口"查找工作。

四、交换机工作原理

交换机工作原理主要涉及其如何连接、管理和转发网络中的数据。以下是交换机工作原理的详细解释:

帧转发

  • 当交换机通过物理端口接收到数据帧时,首先会检查帧头中的目的MAC地址。
  • 交换机会查询其内部的转发表(也称为MAC地址表),查找与目的MAC地址相关联的端口。
  • 如果在转发表中找到匹配项,交换机会将帧直接转发到相应的端口。
  • 如果没有找到匹配项,交换机会将帧广播到所有端口(除了接收到该帧的端口)。

地址学习

  • 交换机会持续监视每个物理端口接收到的帧,并提取帧头中的源MAC地址。
  • 它会将源MAC地址与接收到该帧的端口相关联,并将这些信息添加到转发表中。
  • 通过这种方式,交换机能够逐渐完善其转发表,提高转发效率。

广播和多播

  • 对于广播帧,交换机会将其转发到所有端口,以确保所有设备都能接收到广播消息。
  • 对于多播帧,交换机会根据多播组的信息,将其转发到相关联的端口。

虚拟局域网(VLAN)

  • 交换机支持VLAN功能,可以将局域网划分为多个逻辑上的子网。
  • 每个VLAN都有独立的广播域,可以实现不同VLAN之间的隔离。
  • 通过将端口与特定的VLAN关联,交换机可以实现数据的隔离和转发。

转发表的更新与维护

  • 当交换机接收到一个新的数据帧时,它会根据数据帧中的源MAC地址更新转发表。
  • 这个过程是学习过程的一部分,通过不断学习,交换机能够逐渐完善转发表的内容。
  • 同时,交换机会定期检查连接状态,并尝试重新建立任何出现问题的连接,以确保网络通信的可靠性和稳定性。

其他高级功能

  • 现代交换机还具备一些高级功能,如流量控制、链路聚合和安全策略等。
  • 流量控制可以帮助交换机在网络拥塞时进行流量的管理和调整。
  • 链路聚合允许多个物理链路组成一个逻辑链路,提高网络的可靠性和带宽。
  • 安全策略可以帮助交换机实现访问控制、防止未经授权的访问等安全功能。

综上所述,交换机通过帧转发、地址学习、广播和多播、VLAN以及高级功能等原理,实现了局域网中不同设备之间的高效通信。

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