交換機到底是什麼?

胡俊


交換機到底是什麼?簡單看就是種工作在數據鏈路層的網絡設備,能實現光電信號的轉發,能為接入交換機的網絡節點提供獨享帶寬。

交換機的一些特點

交換機的每個端口連接的網絡段都是一個獨立的衝突域。

交換機的轉發工作是以幀頭信息而進行的。

交換機所連接的設備仍然屬於同一個廣播域內。

交換機的工作原理

交換機存在MAC地址有映射關係,那麼第二次就直接刷新MAC地址即可,然後從交換機的其它接口發送出去。反之,交換機從某個接口接受到數據禎。此時,交換機會根據該數據禎源MAC地址與接受到的這個數據禎做個映射,再記錄到交換機的MAC地址表。


交換機的數據禎的轉發,有單播、廣播、組播、未知單播四種方式。交換機的作用,一是,交換機連接多個以太網的物理段且能隔離衝突域。二是,交換機能夠對以太網禎進行高速且透明的交換與轉發。


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交換機的功能和路由器不同,並不能提供內外網的上網功能:

  • 從是否能夠配置,可以分為傻瓜型交換機和智能交換機;

  • 從交換機的工作模式上,可以分為二層交換機、三層以及四層交換機。

那麼,究竟什麼是交換機,交換機的功能以及使用場景分別是什麼呢?


什麼是交換機

這裡以傳統的二層交換機為例進行講解,暫不討論更高層次的交換機。

  • 交換機工作在網絡七層模型的數據鏈路層,用於轉發數據幀,基於MAC地址表進行尋址;

  • 主要用於連接用戶終端設備,通過數據配置,可以優化局域網性能,進行數據的快速轉發。


工作原理

1.尋址方式

路由器內部依靠IP地址表進行數據轉發,交換機內部依靠MAC地址表進行數據轉發。

  • 首次,尋找局域網某臺機器的MAC地址,以廣播包進行轉發,交換機中登記發送端MAC地址;

  • 目標地址接收到該信息後,回覆自身MAC地址,交換機對其MAC地址進行登記;

  • 再次轉發信息,交換機直接根據MAC地址表中記錄的信息進行轉發。


2.端口工作模式

  • 支持單工、半雙工、全雙工三種工作模式,現在基本使用全雙工模式;

  • 支持數據直接轉發、存儲轉發、碎片隔離等三種方式;

  • POE交換機,端口還支持網線供電;

  • 端口可以作為普通的數據端口,也可以當做主幹端口使用。


3.優化設置

  • 常見的配置有劃分VLAN,通過不同的VLAN隔離廣播域;

  • 設置端口MAC地址綁定,僅允許固定的MAC地址設備接入到網絡;

  • 設置dhcp snooping,僅信任該端口的DHCP服務器,避免局域網私接寬帶路由器。


使用場景

  • 一般交換機上端接入路由器設備,下端接入用戶終端設備;

  • 作為承上啟下的連接設備,提供數據快速轉發。


交換機是否還有其他更多的功能?

歡迎大家留言討論,喜歡的點點關注。



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交換機、路由器、防火牆幾乎是現代局域網絡都要使用的網絡設備,其中,交換機負責連接網絡設備(如交換機、路由器、防火牆、無線AP等)和終端設備(如計算機、服務器、攝像頭、網絡打印機等);路由器實現局域網與局域網的互聯,局域網與Internet的互聯;而防火牆作為一個安全網絡設備,作用於內部網絡與內部網絡之間,或者內部網絡與Internet之間。總的來說,交換機負責連接設備,路由器負責連接網絡,防火牆負責網絡訪問限制。

交換機連接圖:

1.交換機的功能

交換機的功能是連接計算機、服務器、網絡打印機、網絡攝像頭、IP電話等終端設備,並實現與其它交換機、無線接入點、路由器、網絡防火牆等網絡設備的互聯,從而構建局域網絡,實現所有設備之間的通信。

2.交換機的工作原理

交換機位於OSI參考模型中的第二層(數據鏈路層),交換機的工作依賴於對MAC地址的識別(所有的網絡設備都有一個唯一的MAC地址,通常是由廠商直接燒錄進網卡中)。

當交換機從其某個端口收到一個數據包時,先讀取包頭中的源MAC地址(即發送該數據包的設備網卡的MAC地址),將該MAC地址和端口對應起來添加到交換機內存裡的地址表中;然後再讀取包頭中的目的MAC地址,對照內存裡的地址表看該MAC地址與哪個端口對應,如果地址表中有該MAC地址的對應端口,則將該數據包直接複製到對應的端口上,如果沒有找到,則將該數據幀作為一個廣播幀發送到所有的端口,對應的MAC地址設備會自動接受該幀數據,同時,交換機將接受該幀數據的端口與這個目的MAC地址對應起來放入內存中的地址表中。

結語

不管是交換機,路由器還是防火牆,這些網絡設備的功能實現都需要網絡工程師預先對設備進行配置(比如VLAN虛擬網端口的劃分,防火牆安全策略的配置,路由器默認網關的設定等),其實從某種層面來說,這些網絡設備都是計算機,都有cpu和內存,都是通過cpu對機器語言的“翻譯”來實現硬件功能的實現。


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傳統的交換機和路由器的區分主要是二層和三層的區分,現在的交換機和路由器的界限已經很模糊了,三層交換機也都有路由器的特性,可以三層轉發,建路由表。

本質上交換機和路由器的區別可以概括為,交換求快,路由求短。

交換機二層轉發可以查mac表來直接通過交換芯片硬件轉發,完全不需要經過cpu。

一些高端的路由器也可以通過硬件ip轉發,但是路由的目的主要還是通過路由協議來建立路由表選取最短的轉發路徑來進行轉發。

交換機可以已更低的價格來獲取更大的轉發速度,在一些內部網絡使用交換機更為合適。例如園區網,數據中心,企業網,校園網等


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交換機簡單可以理解為對一條網線擴展成為N條網線的功能,交換機機的作用就是對節點加以擴充。

以下所有說明力求為非專業人士解說,並沒有專業術語,以打比方的理解方式來說。


交換機分為2層和3層:

2層交換機: 就是平常的把一條進線分成多條出線的功能,當然這裡沒有用專業術語;

3層交換機: 帶有弱路由功能的交換機, 有部分路由器的功能。


路由器的功能:將局域網內非法IP地址轉換成合法IP地址用來上網。 可以理解為邏輯上將一個節點擴展為多個節點。


交換機和路由器對比:

交換機物理上對節點進行擴展; 網卡端口很多

路由器邏輯上對網絡進行擴展; 網卡端口一般有少數wan口和少數lan口;設備性能要求高;

路由器的幾個lan口可以當交換機用。


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交換機,最早是為了實現多個電話的相互通訊的機器。在網絡中顧名思義就是給多個計算機交換數據的一臺特定計算機,在網絡專業術語裡也叫多端口網橋。橋嘛,讓數據從河這邊去那邊哦。它們溝通是通過公司內部的一張短號通訊錄(mac地址表)。而路由器本質上也是交換機,只是第三層交換,就像一個快遞員到公司收發個快遞,先到郵政編碼表(路由表)裡去找是不是北京市010的,不是的話看是哪個編碼,是不是廣州020?是就發出去廣東,假如京廣線修路,那就走京九鐵路,只要有收件人地址一樣會送走,至於到了廣州人在不在家簽收就是另外一回事。


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比如,你家兩層樓,現在只有一個路由器,那麼網絡是無法滿足全覆蓋的,那麼這個時候,你就需要買交換機,把路由器的與交換機相連,把網絡分到二樓去,這樣你不管是接有限路由還是無線路由都可以,兩層樓都可以全覆蓋。


快樂的小雪碧呀


這是個複雜的問題。路由跟交換不是一回事。路由器的數據交換功能稍微差點。也就是岔路口跟門衛的區別吧。路由器就是門衛。交換機就是岔路口的路牌。能不能進門衛說了算。


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