交换机的工作原理图解（交换机的原理和作用）

我们常见的以太网交换机是工作于OSI网络模型的第二层数据链路层之上，它基于网卡独一无二的MAC地址进行表格记录和端口识别，然后通过内部交换矩阵将数据转发给指定的端口。

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交换机的全名叫交换式集线器(switching hub)。从类别上，分为校园网交换机、智能交换机、企业级交换机、路由交换机、快速以太网交换机、万兆以太网交换机、千兆以太网交换机、以太网交换机、光纤交换机、SOHO交换机、POE交换机、网管交换机。

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我们最常见的以太网交换机，是基于以太网传输数据的交换机，使用在共享总线型传输媒体的局域网中。其每个端口都分别直接与主机终端相连，并且都工作在全双工方式。交换机可以同时连通多个端口，而每一对相互通信的主机都能进行无冲突地传输数据。

下面简单介绍下：

一、MAC地址（物理地址）：

以太网分层说明图

首先，以太网交换机工作于OSI参考模型的第二层的数据链路层之上。它基于MAC地址识别，然后再完成以太网数据帧转发。

物理地址

大家知道，世界上每一片网卡都会有一个唯一的MAC地址，它被生产厂家烧录在网卡的EPROM芯片中，它并不能像网卡IP一样随时被更改，所以大家习惯上叫它物理地址。

MAC地址有48位，共六个字段构成，用12个16进制数表示，如：01-27-EB-CE-7C-10。

前三个字节01-27-EB，由IEEE的RA负责给不同厂家分配的代码，称为“编制上唯一的标识符”（OUI），后三个字节CE-7C-10，由厂家自己指派，称为扩展标识符（唯一性）。

二、交换机原理：

交换机拥有一条很高带宽的背部总线和内部交换矩阵。交换机的每个网线接口我们叫它port。而所有的port都挂在这条背部总线上。

交换机示意图

当port收到网络上发送的数据包后，交换机的单片机就会查找其存储的地址对照表，是否有终端MAC地址。

如果有，那么通过交换矩阵迅速将数据包传送到port。如果目的MAC不存在，交换机就会发生广播到所有的port，而终端接收口回应后，交换机就会再记录这个新的MAC地址，并把它添加入内部MAC地址表中，以便下次使用。在带网管功能的交换机上，可以输入命令查看这个MAC地址表。

当然这个MAC地址表记录是有时限的，当交换机关机或者300s内未发生通信，它就会清空记录表。

MAC地址表

举一个例子，A机准备传数据给B机。通过交换机的话，交换机但不知道转发数据所需的MAC地址，A机就发送一个ARP请求，B收到后返回其MAC地址，A用此MAC封装数据包并发送给交换机，交换机就开始查找这个MAC地址表，将该数据包转发到B相应的端口。

这种基于MAC的数据链路层交换机，我们通称为二层交换机，只做转发，不能自己去设置IP地址,一般都是用于网络接入层和汇聚层。

而带有路由功能，可以自己设置IP的网络层的交换机，我们叫它三层交换机，一般用于网络的核心层。

三、交换机指标

一般交换机我们只看两个指标，背板带宽和包转发率。

1、背板带宽：指交换机里的单片机和数据总线间所能吞吐的最大数据量。

一台24口千兆交换机，它的背宽应该为48Gbps，当然越宽越好。

背板带宽=端口数量×端口速率×2。

背板带宽=24X1000X2/1000=48Gbps。

2、包转发速率(吞吐量)：是指在不丢包的情况下，单位时间内通过的数据包数量。

还是拿24口千兆交换机为例，满配时，它的吞吐量应达到24×1.488 Mpps=35.71 Mpps，保在所有端口全部线速工作时，数据包不会丢失。

不过，一分价钱一分货，同样是千兆交换机，随着端口多少，及上述这两个指标的不同，价格千差万别。

例如：24口二层千兆交换机CISCO C1000-24P-4X-L，包转发率是41.67Mpps，价格只需6400元，而它的 WS-C3750X-24P-L二层千兆交换机，背宽为160Gbps，包转发率是65.5Mpps，它的价格就要到1.4万元。