交换机的工作原理是什么?

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这里以常见的二层交换机为例,更高层次的交换机不在本次套路内容。

  • 交换机工作于OSI七层模型中的第二层,数据链路层;

  • 交换机依靠MAC地址进行寻址,内部维护着一张MAC地址表。

一起来看看交换机的工作原理和使用场景吧。


工作原理

1.MAC地址表

交换机内部维护着一张动态MAC地址表,动态是关键,考试要考,哈哈;

交换机建立MAC地址表以及转发数据过程:

  • 首次,给局域网某台计算机发送信息,会以广播包的形式在链路上进行转发,交换机内部的MAC地址会登记发送源计算机的MAC地址信息;

  • 其次,收到广播包的目标计算机,会回复源计算机信息,交换机MAC地址表登记目标计算机的MAC地址信息;

  • 最后,再有数据传输时,会根据交换机内部的MAC地址表中的信息进行单点发送,不在发送广播包。


2.端口工作模式

  • 端口从传输速率上可以分为:单工、半双工、全双工三种;

  • 端口从数据交换方式上分为:直通交换方式、存储专访方式、碎片隔离;

  • 端口从使用功能上分为:普通数据端口、POE供电端口;

  • 端口从传输模式上分为:access、trunk、hybird。


使用场景

二层交换机一般用来作为用户端的接入设备进行使用;

主要用来解决用户数据的快速传输,路由器端口不足的问题。

  • 常见的有8口、16口、24口交换机;

  • 从是否可以配置分为傻瓜交换机、智能交换机;

  • 从交换机的端口类型又分为光口交换机、电口交换机。


关于交换机的相关知识和问题;

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看到这个问题的时候我是拒绝回答的,毕竟已经好多年没有做过了,可是当我看了下答案顺便把问答中关于交换机的问题都看了一遍后发现,我还是有必要回答一下的,因为当前的答案中,连入门的都基本没有。

首先,来看下TCP/I七层模型:

我们上网过程中所有的硬件、软件都是对应的模型中的一层或几层,交换机也一样,而各个层级通过不同的职能分工最终完成网络中信息的流转,模型从1到7分别是:物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。

按照TCP/IP模型的分裂,交换机主要有以下几种:

1.一层交换机:就是集线器,现在已经退出了历史舞台;

2.二层交换机:通过MAC地址转发信息,是我们最常接触到的交换机,一般在接入层使用的较多,接入层的主要作用就是将终端设备大量接入的接入网络,通常在一幢大楼中,所有入户的网口,都是与接入层交换机进行对接的,所以每层楼都会有多个接入层设备;

3.三层交换机:具有二层和三层的功能,可以通过IP地址和MAC地址进行寻址访问,一般在汇聚层使用的较多,汇聚层的主要作用是将接入层的设备进行链接,并将数据与核心层设备进行传输,通常一幢大楼中,汇聚层设备将多个接入层设备进行链接,并与核心层设备进行传输;

4.多层交换机:具有二层到七层的功能,常用的为四层交换机,可以通过IP地址、MAC地址、协议等进行寻址访问,核心层使用的较多,但是对于大部分小型网络而已,核心层也可以采用三层交换机进行传输,核心层的主要作用是将汇聚层的数据传输到互联网中,通常在一幢大楼中,核心层设备不会太多;

接下来说下不同层级交换机的工作原理:

1.二层交换机:通过设备的MAC地址将数据传输到对方,MAC地址就是我们计算机中的物理地址,这里要注意的是二层交换机传输的不是IP地址,因为工作在协议的第二层,所以这一层的交换机是没办法识别IP地址的;

2.三层交换机:既可以通过IP地址寻址,也可以通过MAC地址进行传输,三层交换机具有路由器的部分功能,为什么会有这样的设计,因为路由器在处理路由协议时具有高效快速的特点,但是在处理二层数据时,采用路由器+交换器的方式是远远没有三层交换机的处理效率高的。

3.四层交换机:即可以通过IP地址寻址,也可以通过MAC地址进行传输,更重要的是可以通过telnet、FTP、HTTP等协议进行控制,也就是说不但具有了路由器的部分功能,同时也具有了防火墙的部分功能,最常见的场景是在多设备做负载均衡时使用;

结束语:

总体来说知道二层交换机的原理、配置、排错算是入门,知道三层的使用算是一个合格的网络管理员了,知道四层怎么用那么恭喜你,一条不归路在向你招手啦,开个玩笑,其实大部分我们生活中最多能接触到二层,三层已经是企业级的设备了,四层设备除非专业的运营人员,否则应该极少可以见到。

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首先,你要知道,交换机的工作层次;通常来说,大多数交换机都工作在二层;二层是什么东西,你自行参考ISO/OSI模型,接下来,你会接触到一个名为MAC的地址,这个地址,在Windows下,你使用IPCONFIG /all可以看到,你可以把MAC地址暂时理解成二层网络中的IP地址。我们先来说说一个实例:两台电脑(A B)接到一个交换机,当电脑A访问电脑B时,会发生什么事情:首先,两台电脑的IP地址必须处于相同网段,假设A为192.168.1.1/24,B为192.168.1.2/24,其次,假设A的MAC地址为AAAA.AAAA.AAAA;B的MAC地址为BBBB.BBBB.BBBB;A接在交换机的FA0/1口,B接在交换机Fa0/2口;A Ping B时,A会先查ARP表(ARP表是记录IP与MAC对应关系的表,A知悉B的IP,因此能查得B的MAC,若查不到,A会发ARP请求以获得B的MAC地址),找到B的MAC(BBBB.BBBB.BBBB)地址,并以B的MAC为目的地址,A的MAC 为源地址发包给交换机。交换机第一次收到A发过来的包,会学习:FA0/1口接的主机,其MAC是AAAA.AAAA.AAAA;并形成一张CAM表,这张表是记录接口与主机MAC的对应关系的表,加表完成后,交换机会关于目的MAC BBBB.BBBB.BBBB查CAM表,看看这个MAC应该从哪个口转发出去,但查不到。怎么办?交换机此时会泛洪,这相当于交换机询问所有接入的主机:你的MAC地址是BBBB.BBBB.BBBB吗?主机B听到后会回应交换机,交换机同样会学习:FA0/2接的主机,其MAC地址是BBBB.BBBB.BBBB;加表,然后把A的包从FA0/2转发给主机B。B收到A的包后,会返回一个ICMP的包给A,原理与上述无异。关于交换机的功能及原理,还有很多,我只是简单说了一下交换机的传输原理。若有疑问或不正确的地方,请指出,谢谢。--CCIE R&S


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