交換機是什麼基礎知識教程

　　交換機的主要功能包括物理編址、網路拓撲結構、錯誤校驗、幀序列以及流控。交換機還具備了一些新的功能，如對VLAN***虛擬區域網***的支援、對鏈路匯聚的支援，甚至有的還具有防火牆的功能。很多入門的網友表示很難，其實我們從定義，原理再到操作逐漸學習，就感覺很簡單了。本文將詳細為大家介紹交換機是什麼以及交換機的作用與功能基礎知識，希望大家認真閱讀學習!

　　交換機的定義：

　　網路節點上話務承載裝置、交換級、控制和信令裝置以及其他功能單元的集合體。交換機能把使用者線路、電信電路和***或***其他要互連的功能單元根據單個使用者的請求連線起來。

　　簡單的說，交換機***英文:Switch，意為“開關”***是一種用於電訊號轉發的網路裝置。它可以為接入交換機的任意兩個網路節點提供獨享的電訊號通路。最常見的交換機是乙太網交換機。其他常見的還有電話語音交換機、光纖交換機等。

　　交換***switching***是按照通訊兩端傳輸資訊的需要，用人工或裝置自動完成的方法，把要傳輸的資訊送到符合要求的相應路由上的技術的統稱。廣義的交換機***switch***就是一種在通訊系統中完成資訊交換功能的裝置。 　　在計算機網路系統中，交換概念的提出改進了共享工作模式。我們以前介紹過的HUB集線器就是一種共享裝置，HUB本身不能識別目的地址，當同一區域網內的A主機給B主機傳輸資料時，資料包在以HUB為架構的網路上是以廣播方式傳輸的，由每一臺終端通過驗證資料包頭的地址資訊來確定是否接收。也就是說，在這種工作方式下，同一時刻網路上只能傳輸一組資料幀的通訊，如果發生碰撞還得重試。這種方式就是共享網路頻寬。

　　交換機工作原理

　　工作在資料鏈路層。交換機擁有一條很高頻寬的背部匯流排和內部交換矩陣。交換機的所有的埠都掛接在這條背部總線上，控制電路收到資料包以後，處理埠會查詢記憶體中的地址對照表以確定目的MAC***網絡卡的硬體地址***的NIC***網絡卡***掛接在哪個埠上，通過內部交換矩陣迅速將資料包傳送到目的埠，目的MAC若不存在，廣播到所有的埠，接收埠迴應後交換機會“學習”***，並把它新增入內部MAC地址表中。使用交換機也可以把網路“分段”，通過對照MAC地址表，交換機只允許必要的網路流量通過交換機。通過交換機的過濾和轉發，可以有效的減少衝突域，但它不能劃分網路層廣播，即廣播域。交換機在同一時刻可進行多個埠對之間的資料傳輸。每一埠都可視為獨立的網段，連線在其上的網路裝置獨自享有全部的頻寬，無須同其他裝置競爭使用。當節點A向節點D傳送資料時，節點B可同時向節點C傳送資料，而且這兩個傳輸都享有網路的全部頻寬，都有著自己的虛擬連線。假使這裡使用的是10Mbps的乙太網交換機，那麼該交換機這時的總流通量就等於2×10Mbps=20Mbps，而使用10Mbps的共享式HUB時，一個HUB的總流通量也不會超出10Mbps。總之，交換機是一種基於MAC地址識別，能完成封裝轉發資料包功能的網路裝置。交換機可以“學習”MAC地址，並把其存放在內部地址表中，通過在資料幀的始發者和目標接收者之間建立臨時的交換路徑，使資料幀直接由源地址到達目的地址。

　　交換機的作用與功能

　　交換機的主要功能包括物理編址、網路拓撲結構、錯誤校驗、幀序列以及流控。目前交換機還具備了一些新的功能，如對VLAN***虛擬區域網***的支援、對鏈路匯聚的支援，甚至有的還具有防火牆的功能。

　　學習：乙太網交換機瞭解每一埠相連裝置的MAC地址，並將地址同相應的埠對映起來存放在交換機快取中的MAC地址表中。

　　轉發/過濾：當一個數據幀的目的地址在MAC地址表中有對映時，它被轉發到連線目的節點的埠而不是所有埠***如該資料幀為廣播/組播幀則轉發至所有埠***。

　　消除迴路：當交換機包括一個冗餘迴路時，乙太網交換機通過生成樹協議避免迴路的產生，同時允許存在後備路徑。

　　交換機除了能夠連線同種型別的網路之外，還可以在不同型別的網路***如乙太網和快速乙太網***之間起到互連作用。如今許多交換機都能夠提供支援快速乙太網或FDDI等的高速連線埠，用於連線網路中的其它交換機或者為頻寬佔用量大的關鍵伺服器提供附加頻寬。

　　一般來說，交換機的每個埠都用來連線一個獨立的網段，但是有時為了提供更快的接入速度，我們可以把一些重要的網路計算機直接連線到交換機的埠上。這樣，網路的關鍵伺服器和重要使用者就擁有更快的接入速度，支援更大的資訊流量。

　　最後簡略的概括一下交換機的基本功能：

　　1. 像集線器一樣，交換機提供了大量可供線纜連線的埠，這樣可以採用星型拓撲佈線。

　　2. 像中繼器、集線器和網橋那樣，當它轉發幀時，交換機會重新產生一個不失真的方形電訊號。

　　3. 像網橋那樣，交換機在每個埠上都使用相同的轉發或過濾邏輯。

　　4. 像網橋那樣，交換機將區域網分為多個衝突域，每個衝突域都是有獨立的寬頻，因此大大提高了區域網的頻寬。

　　5. 除了具有網橋、集線器和中繼器的功能以外，交換機還提供了更先進的功能，如虛擬區域網***VLAN***和更高的效能。

　　補充：交換機基本使用方法

　　作為基本核心交換機使用，連線多個有線裝置使用：網路結構如下圖，基本連線參考上面的【方法/步驟1：基本連線方式 】

　　作為網路隔離使用：對於一些功能好的交換機，可以通過模式選擇開關選擇網路隔離模式，實現網路隔離的作用，可以只允許普通埠和UPlink埠通訊，普通埠之間是相互隔離不可以通訊的

　　除了作為核心交換機***中心交換機***使用，還可以作為擴充套件交換機***接入交換機***來擴充套件網路

　　放在路由器上方，擴充套件網路供應商的網路線路***用於一條線路多個IP的網路***，連線之後不同的路由器用不同的IP連線至公網

　　相關閱讀：交換機硬體故障常見問題

　　電源故障：

　　由於外部供電不穩定，或者電源線路老化或者雷擊等原因導致電源損壞或者風扇停止，從而不能正常工作。

　　由於電源緣故而導致機內其他部件損壞的事情也經常發生。

　　如果面板上的POWER指示燈是綠色的，就表示是正常的;如果該指示燈滅了，則說明交換機沒有正常供電。

　　這類問題很容易發現，也很容易解決，同時也是最容易預防的。

　　針對這類故障，首先應該做好外部電源的供應工作，一般通過引入獨立的電力線來提供獨立的電源，並新增穩壓器來避免瞬間高壓或低壓現象。

　　如果條件允許，可以新增UPS***不間斷電源***來保證交換機的正常供電，有的UPS提供穩壓功能，而有的沒有，選擇時要注意。

　　在機房內設定專業的避雷措施，來避免雷電對交換機的傷害。現在有很多做避雷工程的專業公司，實施網路佈線時可以考慮。