交換機發展歷史

“交換機”是一個舶來詞，源自英文“Switch”，原意是“開關”，中國技術界在引入這個詞匯時，翻譯為“交換”。在英文中，動詞“交換”和名詞“交換機”是同一個詞（注意這里的“交換”特指電信技術中的信號交換，與物品交換不是同一個概念）。

1993年，局域網交換設備出現，1994年，國內掀起了交換網絡技術的熱潮。其實，交換技術是一個具有簡化、較高的性能和較高的端口密集特點的交換產品，體現了橋接技術的復雜交換技術在OSI參考模型的第二層操作。與橋接器一樣，交換機按每一個包中的MAC地址相對簡單地決策信息轉發。而這種轉發決策一般不考慮包中隱藏的更深的其他信息。與橋接器不同的是交換機轉發延遲很小，操作接近單個局域網性能，遠遠超過了普通橋接互聯網網絡之間的轉發性能。

交換技術允許共享型的局域網段進行帶寬調整，以減輕局域網之間信息流通出現的瓶頸問題。已有以太網、快速以太網、FDDI和ATM技術的交換產品。

類似傳統的橋接器，交換機提供了許多網絡互聯功能。交換機能經濟地將網絡分成小的沖突網域，為每個工作站提供更高的帶寬。協議的透明性使得交換機在軟件配置簡單的情況下直接安裝在多協議網絡中；交換機使用現有的電纜、中繼器、集線器和工作站的網卡，不必作高層的硬件升級；交換機對工作站是透明的，這樣管理開銷低廉，簡化了網絡節點的增加、移動和網絡變化的操作。

利用專門設計的集成電路可使交換機以線路速率在所有的端口并行轉發信息，提供了比傳統橋接器高得多的操作性能。專門集成電路技術使得交換器在更多端口的情況下得以實現上述性能，其端口造價低于傳統型橋接器。

交換機的的工作原理

交換機在接收到數據時，會先檢查數據中包含的MAC地址，再將數據從目的主機所在的端口轉發出去。交換機之所以能實現這一功能，是因為交換機內存有一張MAC地址表，該表記錄了網絡中所有MAC地址與該交換機各端口的對應信息。當有數據幀需要通過該交換機進行轉發時，交換機根據內部存儲的MAC地址表獲取目的設備所對應的端口，通過找到的端口轉發數據，如下圖所示。

交換機工作原理

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里的地址表中；然后再讀取包頭中的目的MAC地址，對照內存里的地址表看該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，則將該數據包直接拷貝到對應的端口上，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。

交換機工作方式

當一臺交換機安裝配置好之后，其工作過程如下：

1、收到某網段（設為A）MAC地址為X的計算機發給MAC地址為Y的計算機的數據包。交換機從而記下了MAC地址X在網段A。這稱為學習（learning）。

2、交換機還不知道MAC地址Y在哪個網段上，于是向除了A以外的所有網段轉發該數據包。這稱為泛洪（flooding）。

3、MAC地址Y的計算機收到該數據包，向MAC地址X發出確認包。交換機收到該包后，從而記錄下MAC地址Y所在的網段。

4、交換機向MAC地址X轉發確認包。這稱為轉發（forwarding）。

5、交換機收到一個數據包，查表后發現該數據包的來源地址與目的地址屬于同一網段。交換機將不處理該數據包。這稱為過濾（filtering）。

6、交換機內部的MAC地址-網段查詢表的每條記錄采用時間戳記錄后一次訪問的時間。早于某個閾值（用戶可配置）的記錄被清除。這稱為老化（aging）。