交換機(jī)發(fā)展歷史

“交換機(jī)”是一個(gè)舶來(lái)詞，源自英文“Switch”，原意是“開(kāi)關(guān)”，中國(guó)技術(shù)界在引入這個(gè)詞匯時(shí)，翻譯為“交換”。在英文中，動(dòng)詞“交換”和名詞“交換機(jī)”是同一個(gè)詞（注意這里的“交換”特指電信技術(shù)中的信號(hào)交換，與物品交換不是同一個(gè)概念）。

1993年，局域網(wǎng)交換設(shè)備出現(xiàn)，1994年，國(guó)內(nèi)掀起了交換網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的熱潮。其實(shí)，交換技術(shù)是一個(gè)具有簡(jiǎn)化、較高的性能和較高的端口密集特點(diǎn)的交換產(chǎn)品，體現(xiàn)了橋接技術(shù)的復(fù)雜交換技術(shù)在OSI參考模型的第二層操作。與橋接器一樣，交換機(jī)按每一個(gè)包中的MAC地址相對(duì)簡(jiǎn)單地決策信息轉(zhuǎn)發(fā)。而這種轉(zhuǎn)發(fā)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(jī)轉(zhuǎn)發(fā)延遲很小，操作接近單個(gè)局域網(wǎng)性能，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了普通橋接互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)之間的轉(zhuǎn)發(fā)性能。

交換技術(shù)允許共享型的局域網(wǎng)段進(jìn)行帶寬調(diào)整，以減輕局域網(wǎng)之間信息流通出現(xiàn)的瓶頸問(wèn)題。已有以太網(wǎng)、快速以太網(wǎng)、FDDI和ATM技術(shù)的交換產(chǎn)品。

類似傳統(tǒng)的橋接器，交換機(jī)提供了許多網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)功能。交換機(jī)能經(jīng)濟(jì)地將網(wǎng)絡(luò)分成小的沖突網(wǎng)域，為每個(gè)工作站提供更高的帶寬。協(xié)議的透明性使得交換機(jī)在軟件配置簡(jiǎn)單的情況下直接安裝在多協(xié)議網(wǎng)絡(luò)中；交換機(jī)使用現(xiàn)有的電纜、中繼器、集線器和工作站的網(wǎng)卡，不必作高層的硬件升級(jí)；交換機(jī)對(duì)工作站是透明的，這樣管理開(kāi)銷低廉，簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的增加、移動(dòng)和網(wǎng)絡(luò)變化的操作。

利用專門設(shè)計(jì)的集成電路可使交換機(jī)以線路速率在所有的端口并行轉(zhuǎn)發(fā)信息，提供了比傳統(tǒng)橋接器高得多的操作性能。專門集成電路技術(shù)使得交換器在更多端口的情況下得以實(shí)現(xiàn)上述性能，其端口造價(jià)低于傳統(tǒng)型橋接器。

交換機(jī)的的工作原理

交換機(jī)在接收到數(shù)據(jù)時(shí)，會(huì)先檢查數(shù)據(jù)中包含的MAC地址，再將數(shù)據(jù)從目的主機(jī)所在的端口轉(zhuǎn)發(fā)出去。交換機(jī)之所以能實(shí)現(xiàn)這一功能，是因?yàn)榻粨Q機(jī)內(nèi)存有一張MAC地址表，該表記錄了網(wǎng)絡(luò)中所有MAC地址與該交換機(jī)各端口的對(duì)應(yīng)信息。當(dāng)有數(shù)據(jù)幀需要通過(guò)該交換機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)，交換機(jī)根據(jù)內(nèi)部存儲(chǔ)的MAC地址表獲取目的設(shè)備所對(duì)應(yīng)的端口，通過(guò)找到的端口轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，如下圖所示。

交換機(jī)工作原理

當(dāng)交換機(jī)從其某個(gè)端口收到一個(gè)數(shù)據(jù)包時(shí)，先讀取包頭中的源MAC地址（即發(fā)送該數(shù)據(jù)包的設(shè)備網(wǎng)卡的MAC地址），將該MAC地址和端口對(duì)應(yīng)起來(lái)添加到交換機(jī)內(nèi)存里的地址表中；然后再讀取包頭中的目的MAC地址，對(duì)照內(nèi)存里的地址表看該MAC地址與哪個(gè)端口對(duì)應(yīng)，如果地址表中有該MAC地址的對(duì)應(yīng)端口，則將該數(shù)據(jù)包直接拷貝到對(duì)應(yīng)的端口上，如果沒(méi)有找到，則將該數(shù)據(jù)幀作為一個(gè)廣播幀發(fā)送到所有的端口，對(duì)應(yīng)的MAC地址設(shè)備會(huì)自動(dòng)接受該幀數(shù)據(jù)，同時(shí)，交換機(jī)將接受該幀數(shù)據(jù)的端口與這個(gè)目的MAC地址對(duì)應(yīng)起來(lái)放入內(nèi)存中的地址表中。

交換機(jī)工作方式

當(dāng)一臺(tái)交換機(jī)安裝配置好之后，其工作過(guò)程如下：

1、收到某網(wǎng)段（設(shè)為A）MAC地址為X的計(jì)算機(jī)發(fā)給MAC地址為Y的計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)包。交換機(jī)從而記下了MAC地址X在網(wǎng)段A。這稱為學(xué)習(xí)（learning）。

2、交換機(jī)還不知道MAC地址Y在哪個(gè)網(wǎng)段上，于是向除了A以外的所有網(wǎng)段轉(zhuǎn)發(fā)該數(shù)據(jù)包。這稱為泛洪（flooding）。

3、MAC地址Y的計(jì)算機(jī)收到該數(shù)據(jù)包，向MAC地址X發(fā)出確認(rèn)包。交換機(jī)收到該包后，從而記錄下MAC地址Y所在的網(wǎng)段。

4、交換機(jī)向MAC地址X轉(zhuǎn)發(fā)確認(rèn)包。這稱為轉(zhuǎn)發(fā)（forwarding）。

5、交換機(jī)收到一個(gè)數(shù)據(jù)包，查表后發(fā)現(xiàn)該數(shù)據(jù)包的來(lái)源地址與目的地址屬于同一網(wǎng)段。交換機(jī)將不處理該數(shù)據(jù)包。這稱為過(guò)濾（filtering）。

6、交換機(jī)內(nèi)部的MAC地址-網(wǎng)段查詢表的每條記錄采用時(shí)間戳記錄后一次訪問(wèn)的時(shí)間。早于某個(gè)閾值（用戶可配置）的記錄被清除。這稱為老化（aging）。