交換機是什麼-交換機的用途

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交換機是什麼_交換機的用途

交換機是什麼

交換(switching)是按照通信兩端傳輸信息的需要，用人工或設備自動完成的方法，把要傳輸的信息送到符合要求的相應路由上的技術的統稱。交換機根據工作位置的不同，可以分爲廣域網交換機和局域網交換機。廣域的交換機(switch)就是一種在通信系統中完成信息交換功能的設備，它應用在數據鏈路層。交換機有多個端口，每個端口都具有橋接功能，可以連接一個局域網或一臺高性能服務器或工作站。實際上，交換機有時被稱爲多端口網橋。

在計算機網絡系統中，交換概念的提出改進了共享工作模式。而HUB集線器就是一種物理層共享設備，HUB本身不能識別MAC 地址和IP地址，當同一局域網內的A主機給B主機傳輸數據時，數據包在以HUB爲架構的網絡上是以廣播方式傳輸的，由每一臺終端通過驗證數據報頭的MAC地址來確定是否接收。也就是說，在這種工作方式下，同一時刻網絡上只能傳輸一組數據幀的通訊，如果發生碰撞還得重試。這種方式就是共享網絡帶寬。通俗的說，普通交換機是不帶管理功能的，一根進線，其他接口接到電腦上就可以了。

在今天，交換機以更多的卻是以應用需求爲導向，在選擇方案和產品時用戶還非常關心如何有效保證投資收益。在用戶提出需求後，由系統集成商或廠商來爲其需求來提供相應的服務，然後再去選擇相應的技術。這點是在網絡方面表現尤其明顯，廣大用戶，不論是重點行業用戶還是一般的企業用戶，在應用IT技術方面更加明智，也更加穩健。此外，寬帶的廣泛應用、大容量視頻文件的不斷涌現等等都對網絡傳輸的中樞--交換機的性能提出了新的要求。

據《2013-2018年中國交換機市場競爭格局及投資前景評估報告》中顯示：隨着網絡的發展從技術驅動應用，轉爲從應用選擇技術;網絡的融合也從理論走向實踐;網絡的安全越來越受到重視。而交換網絡的智能化提供瞭解決這些問題的方法。網絡將在綜合應用、速度和覆蓋範圍等方面繼續發展。

交換機的用途

交換機的主要功能包括物理編址、網絡拓撲結構、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(虛擬局域網)的支持、對鏈路匯聚的支持，甚至有的還具有防火牆的功能。

學習：

以太網交換機瞭解每一端口相連設備的MAC地址，並將地址同相應的端口映射起來存放在交換機緩存中的MAC地址表中。

轉發/過濾：

當一個數據幀的目的地址在MAC地址表中有映射時，它被轉發到連接目的節點的端口而不是所有端口(如該數據幀爲廣播/組播幀則轉發至所有端口)

消除迴路：

當交換機包括一個冗餘迴路時，以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。

交換機除了能夠連接同種類型的網絡之外，還可以在不同類型的網絡(如以太網和快速以太網)之間起到互連作用。如今許多交換機都能夠提供支持快速以太網或FDDI等的高速連接端口，用於連接網絡中的其它交換機或者爲帶寬佔用量大的關鍵服務器提供附加帶寬。

一般來說，交換機的每個端口都用來連接一個獨立的網段，但是有時爲了提供更快的接入速度，我們可以把一些重要的網絡計算機直接連接到交換機的端口上。這樣，網絡的關鍵服務器和重要用戶就擁有更快的接入速度，支持更大的信息流量。

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接的端口，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信號。

3. 像網橋那樣，交換機在每個端口上都使用相同的轉發或過濾邏輯。

4. 像網橋那樣，交換機將局域網分爲多個衝突域，每個衝突域都是有獨立的寬帶，因此大大提高了局域網的帶寬。

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，如虛擬局域網(VLAN)和更高的性能。

傳統交換機從網橋發展而來，屬於OSI第二層即數據鏈路層設備。它根據MAC地址尋址，通過站表選擇路由，站表的建立和維護由交換機自動進行。路由器屬於OSI第三層即網絡層設備，它根據IP地址進行尋址，通過路由表路由協議產生。交換機最大的好處是快速，由於交換機只須識別幀中MAC地址，直接根據MAC地址產生選擇轉發端口算法簡單，便於ASIC實現，因此轉發速度極高。但交換機的工作機制也帶來一些問題。

1.迴路：根據交換機地址學習和站表建立算法，交換機之間不允許存在迴路。一旦存在迴路，必須啓動生成樹算法，阻塞掉產生迴路的端口。而路由器的路由協議沒有這個問題，路由器之間可以有多條通路來平衡負載，提高可靠性。

2.負載集中：交換機之間只能有一條通路，使得信息集中在一條通信鏈路上，不能進行動態分配，以平衡負載。而路由器的路由協議算法可以避免這一點，OSPF路由協議算法不但能產生多條路由，而且能爲不同的網絡應用選擇各自不同的最佳路由。

3.廣播控制：交換機只能縮小衝突域，而不能縮小廣播域。整個交換式網絡就是一個大的廣播域，廣播報文散到整個交換式網絡。而路由器可以隔離廣播域，廣播報文不能通過路由器繼續進行廣播.

4.子網劃分：交換機只能識別MAC地址。MAC地址是物理地址，而且採用平坦的地址結構，因此不能根據MAC地址來劃分子網。而路由器識別IP地址，IP地址由網絡管理員分配，是邏輯地址且IP地址具有層次結構，被劃分成網絡號和主機號，可以非常方便地用於劃分子網，路由器的主要功能就是用於連接不同的網絡。

5.保密問題：雖說交換機也可以根據幀的源MAC地址、目的MAC地址和其他幀中內容對幀實施過濾，但路由器根據報文的源IP地址、目的IP地址、TCP端口地址等內容對報文實施過濾，更加直觀方便。

人工交換

電信號交換的`歷史應當追溯到電話出現的初期。當電話被髮明後，只需要一根足夠長的導線，加上末端的兩臺電話，就可以使相距很遠的兩個人進行語音交談。

電話增多後，要使每個擁有電話的人都能相互通信，我們不可能每兩臺電話機之間都拉上一根線。於是人們設立了電話局，每個電話用戶都接一根線到電話局的一個大電路板上。當A希望和B通話時，就請求電話局的接線員接通B的電話。接線員用一根導線，一頭插在A接到電路板上的孔，另一頭插到B的孔，這就是“接續”，相當於臨時給A和B拉了一條電話線，這時雙方就可以通話了。當通話完畢後，接線員將電線拆下，這就是“拆線”。整個過程就是“人工交換”，它實際上就是一個“合上開關”和“斷開開關”的過程。因此，把“交換”譯爲“開關”從技術上講更容易讓人理解。

電路程控

人工交換的效率太低，不能滿足大規模部署電話的需要。隨着半導體技術的發展和開關電路技術的成熟，人們發現可以利用電子技術替代人工交換。電話終端用戶只要向電子設備發送一串電信號，電子設備就可以根據預先設定的程序，將請求方和被請求方的電路接通，並且獨佔此電路，不會與第三方共享(當然，由於設計缺陷的緣故，可能會出現多人共享電路的情況，也就是俗稱的“串線”)。這種交換方式被稱爲“程控交換”。而這種設備也就是“程控交換機”。

由於程控交換的技術長期被髮達國家壟斷，設備昂貴，我國的電話普及率一直不高。隨着當年華爲、中興通訊等企業陸續自主研製出程控交換機，電話在我國得到迅速地普及。

語音程控交換機普遍使用的通信協議爲七號信令(Signalling System No.7)

集線比較

1.從OSI體系結構來看，集線器屬於第一層物理層設備，而交換機屬於OSI的第二層數據鏈路層設備。也就是說集線器只是對數據的傳輸起到同步、放大和整形的作用，對於數據傳輸中的短幀=碎片等無法進行有效的處理，不能保證數據傳輸的完整性和正確性;而交換機不但可以對數據的傳輸做到同步、放大和整形，而且可以過濾短幀、碎片等。

2.從工作方式看，集線器是一種廣播模式，也就是說集線器的某個端口工作的時候，其它所有端口都能夠收聽到信息，容易產生廣播風暴，當網絡較大時網絡性能會受到很大影響;而交換機就能夠避免這種現象，當交換機工作的時候，只有發出請求的端口與目的端口之間相互響應而不影響其它端口，因此交換機就能夠隔離衝突域並有效地抑制廣播風暴的產生。

3.從帶寬來看，集線器不管有多少個端口，所有端口都共享一條帶寬，在同一時刻只能有兩個端口傳送數據，其它端口只能等待，同時集線器只能工作 在半雙工模式下;而對於交換機而言，每個端口都有一條獨佔的帶寬，當兩個端口工作時不影響其它端口的工作，同時交換機不但可以工作 在半雙工模式下而且可以工作在全雙工模式下。