什么是交换机？

交换机(Switch)意为“开关”是一种用于电(光)信号转发的网络设备。交换机可以为接入它的任意两个网络节点提供独享的电信号通路。

交换机三种主要功能

交换机具有三种主要的功能：地址学习、转发/过滤、回环避免。

地址学习

交换机了解每一个端口相连设备的MAC地址，并将地址同相应的端口映射，存放在交换机缓存的MAC地址表中。

转发/过滤

当一个数据帧的目的地址在MAC地址表中有映射时，它被转发到连接目的地址的端口而不是所有端口，但如果该数据帧为广播/组播帧则转发至所有端口。

回路避免

当交换机包括一个冗余的回路时，以太网交换机通过生成树协议避免回路的产生，同时允许存在后备路径。

MAC地址表

MAC地址表是交换机工作的基础，它记录了各设备MAC地址和交换机端口的映射关系，为通讯提供依据。MAC地址表的地址学习过程如下：

交换机初始状态

交换机的初始状态MAC地址表为空，如下图所示：

地址表源MAC地址学习

当计算机PC1要发送数据帧给计算机PC6时，因此时地址表是空的，交换机将向除PC1连接端口E0/1以外的其他所有端口转发数据帧。在转发之前，首先检查该数据帧的源MAC地址(00-10-B5-4B-30-85)，并在交换机的MAC地址表中添加一条记录(00-10-B5-4B-30-85，E0/1)使之和端口E0/1相对应。

计算机PC6接收数据帧

计算机PC6收到发送的数据帧后，用该数据帧的目的MAC地址和本机的MAC地址比较，发现PC1找的正是它，则接收该数据帧，其他计算机丢弃数据帧。

计算机PC6回复PC1时，交换机直接从端口E0/1转发，并学习到(00-10-B5-4B-30-65)为PC6连接的端口，将其添加到地址表中，如下图所示：

交换机的其他端口利用源MAC地址学习的方法在MAC地址表中不断添加新的MAC地址与端口号的对应信息。直到MAC地址表添加完整为止。

为了保证MAC地址表中的信息能够实时地反映网络情况，每个学习到的记录都有一个老化时间，如果在老化时间内收到地址信息则刷新记录。对没有收到相应的地址信息的则删除该记录。例如，计算机PC6停止了和交换机通信，达到老化时间后，交换机会将其对应的记录从MAC地址表中删除。

也可以手工添加交换机的MAC地址表的静态记录，手工配置的静态记录没有老化时间的限制。由于MAC地址表中对于同一个MAC地址只能有一条记录，所以如果手工配置了MAC地址和端口号对应关系后，交换机就不再动态学习这台计算机的MAC地址了。

交换机的工作原理

我们通过一个实例来说明交换机的工作原理，某网络如下图所示：

MAC地址表如下所示：

假设主机pc1向主机pc7发送一个数据帧，该数据帧被送到交换机后，交换机首先查MAC地址表，发现主机pc7连接在E0/24接口上，就将数据帧从E0/24接口转发出去。

简单说，可以总结为如下几点：

• 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；
• 交换机将收到数据帧中的目的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；
• 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)；
• 广播帧和组播帧向所有端口转发。

交换机的分类

交换机的分类标准多种多样，常见的有以下几种：

1.根据处理帧时不同的操作模式划分为：存储转发交换机和直通式交换机；

2.根据网络覆盖范围分：局域网交换机和广域网交换机；

3.根据传输介质和传输速度划分：以太网交换机、快速以太网交换机、千兆以太网交换机、10千兆以太网交换机、ATM交换机、FDDI交换机和令牌环交换机；

4.根据交换机应用网络层次划分：企业级交换机、校园网交换机、部门级交换机和工作组交换机、桌机型交换机；

5.根据交换机端口结构划分：固定端口交换机和模块化交换机；

6.根据工作协议层划分：第二层交换机、第三层交换机和第四层交换机；

7.根据是否支持网管功能划分：网管型交换机和非网管理型交换机。

其中，根据工作协议层划分是比较常见的划分方式。

交换机的价值

交换机是一个扩大网络的设备，能为子网中提供更多的连接端口，以便连接更多的电脑。

通俗来说其起到的作用就是把一个网络端口分成多个网络端口，就像从一根水管里流出的水，你用多根水管同时去分流。