一、交换机概念

交换（switching）是按照通信两端传输信息的需要，用人工或设备自动完成的方法，把要传输的信息送到符合要求的相应路由上的技术统称。广义的交换机（switch）就是一种在通信系统中完成信息交换功能的设备。在计算机网络系统中，交换概念的提出是对于共享工作模式的改进。我们以前介绍过的HUB集线器就是一种共享设备，HUB本身不能识别目的地址，当同一局域网内的A主机给B主机传输数据时，数据包在以HUB为架构的网络上是以广播方式传输的，由每一台终端通过验证数据包头的地址信息来确定是否接收。也就是说，在这种工作方式下，同一时刻网络上只能传输一组数据帧的通讯，如果发生碰撞还得重试。这种方式就是共享网络带宽。

交换机拥有一条很高带宽的背部总线和内部交换矩阵。交换机的所有的端口都挂接在这条背部总线上，控制电路收到数据包以后，处理端口会查找内存中的地址对照表以确定目的MAC（网卡的硬件地址）的NIC（网卡）挂接在哪个端口上，通过内部交换矩阵迅速将数据包传送到目的端口，目的MAC若不存在才广播到所有的端口，接收端口回应后交换机会“学习”新的地址，并把它添加入内部MAC地址表中。使用交换机也可以把网络“分段”，通过对照MAC地址表，交换机只允许必要的网络流量通过交换机。通过交换机的过滤和转发，可以有效的隔离广播风暴，减少误包和错包的出现，避免共享冲突。

交换机在同一时刻可进行多个端口对之间的数据传输。每一端口都可视为独立的网段，连接在其上的网络设备独自享有全部的带宽，无须同其他设备竞争使用。当节点A向节点D发送数据时，节点B可同时向节点C发送数据，而且这两个传输都享有网络的全部带宽，都有着自己的虚拟连接。假使这里使用的是10Mbps的以太网交换机，那么该交换机这时的总流通量就等于2×10Mbps＝20Mbps，而使用10Mbps的共享式HUB时，一个HUB的总流通量也不会超出 10Mbps。总之，交换机是一种基于MAC地址识别，能完成封装转发数据包功能的网络设备。交换机可以“学习”MAC地址，并把其存放在内部地址表中，通过在数据帧的始发者和目标接收者之间建立临时的交换路径，使数据帧直接由源地址到达目的地址。

二、交换机的工作原理

交换机 (英文Switch，意为“ 开关 ”)是一种用于电信号转发的网络设备。它可为接入交换机的任意两个网络节点提供独享电信号通路。最常见交换机是以太网交换机,其他常见的还有电话语音交换机、光纤交换机等。那么交换机工作原理是什么呢?交换机作用有哪些呢?

1.交换机根据收到数据帧中的源MAC地址建立该地址同交换机端口的映射，并将其写入MAC地址表中。2.交换机将数据帧中的目的MAC地址同已建立的MAC地址表进行比较，以决定由哪个端口进行转发。3.如数据帧中的目的MAC地址不在MAC地址表中，则向所有端口转发。这一过程称为泛洪(flood)。4.广播帧和组播帧向所有的端口转发。

二、交换机的作用

1.学习/获取：交换机会学习收到的数据帧的源MAC地址; 1>当交换机从某个端口收到数据帧时，会读取帧的源MAC地址并在MAC表中填入该MAC地址及其对应的端口。

2.过期：通过学习过程学习到的MAC条目具有时间戮，此时间戮用于从MAC表中删除旧条目。

1>当某个条目在MAC表中创建之后，就会使用其时间戮作为起始值开始递减计数。计数值到0后，条目被删除;

2>如果在条目被删除之前，交换机从相同端口收到同一源MAC的帧时，将会刷新表中的该条目;

3>在时间戮计数值到0后，仍未从该端口收到该源MAC的帧时，条目将被删除。

3.泛洪：交换机将帧发送到除接收端口以外的其它所有端口的过程称为泛洪。

1>当收到目的MAC地址不在MAC表中的数据帧时，交换机不知道该往哪一个端口发送该帧，此时会泛洪;

2>当收到目的MAC地址为广播地址的帧时，会泛洪;

3>当收到目的MAC地址为组播(多播)地址的帧时，会泛洪。

4.选择性转发：检查帧的MAC地址后，将帧从适当的端口转发出去的过程称为选择性转发。1>交换机收到数据帧后，如果该帧的MAC地址在MAC表中，则将帧转发到相应端口，而不是泛洪到所有端口。

5.过滤：在某些情况下，帧不会被转发。

1>交换机不会将帧转发到接收帧的端口;

2>交换机会丢弃损坏的帧而不转发，如没有通过CRC校验的帧等;

3>由于某些安全设置帧不会被交换机转发，如基于MAC地址的ACL、VLAN等。