眾所周知，以太網(wǎng)交換機(jī)有很多種類型。比如電話語言交換機(jī)、光纖交換機(jī)、以太網(wǎng)交換機(jī)等等，其中，以太網(wǎng)交換機(jī)是最為常見的。關(guān)于以太網(wǎng)交換機(jī)大家有多少了解呢?今天，我們就來詳細(xì)了解下以太網(wǎng)交換機(jī)的工作原理。

共享式以太網(wǎng)與交換以太網(wǎng)的區(qū)別

在早期的共享式的以太網(wǎng)中，各個(gè)主機(jī)之間用的是同軸電纜進(jìn)行通信，并且是共用一條同軸電纜，共用一條同軸電纜也就意味著這些主機(jī)都處在同一個(gè)沖突域中，何為沖突域?現(xiàn)在把同軸電纜比作一條車道，把終端比作車輛，但這條車道同時(shí)只能允許一臺(tái)車輛通過，兩臺(tái)車輛同時(shí)上路是不是會(huì)撞車?是不是只能等這臺(tái)車輛通過了才讓下一輛車輛通過，上路的車輛越多通行的速度越慢，這就是為什么在沖突域網(wǎng)絡(luò)中接入的主機(jī)越多速度也就越慢，因?yàn)榫钟蚓W(wǎng)中所有的接入終端都共享總線的帶寬，接入的終端越多每臺(tái)終端的帶寬也就越少，比如一條總線帶寬的速率是100Mbps，這一條線路接入了兩臺(tái)主機(jī)，那么每臺(tái)主機(jī)的速率是50Mbps，如果接入10臺(tái)呢?那么每臺(tái)主機(jī)能用的帶寬是不是只有10Mbps了，是不是接入的主機(jī)越多速度越來越慢，局域網(wǎng)中的所有主機(jī)共享總線的帶寬，這個(gè)時(shí)候的接入設(shè)備一般是HUB和集線器之類的物理層設(shè)備

到了后來的交換式以太網(wǎng)中的，交換機(jī)的各個(gè)端口隔離了沖突域保證了各個(gè)端口的獨(dú)立帶寬，就好比單車道升級(jí)多車道，各走各的互不影響，接入再多的終端也不會(huì)導(dǎo)致速率變慢，這個(gè)時(shí)候的接入設(shè)備一般是二層交換機(jī)和三層交換機(jī)

交換機(jī)的MAC地址學(xué)習(xí)過程

前面我們知道了交換機(jī)可以隔離沖突域，保證了各個(gè)終端的帶寬互不影響，也就是說交換機(jī)進(jìn)行了一個(gè)邏輯的轉(zhuǎn)發(fā)過程，轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀進(jìn)行了有選擇性的轉(zhuǎn)發(fā)，而轉(zhuǎn)發(fā)的依據(jù)就是MAC地址，何為MAC地址?MAC地址就是一臺(tái)設(shè)備的物理地址，并且是固化在網(wǎng)卡的ROM芯片中不易修改的，并且每臺(tái)設(shè)備的物理地址是該網(wǎng)絡(luò)中獨(dú)一無二的地址;然后在交換機(jī)中都有一個(gè)表，叫MAC地址表，這個(gè)表記錄了MAC地址對(duì)應(yīng)的出接口，就好像我可以查地圖知道去你家的路怎么走;但是在交換機(jī)剛啟動(dòng)的時(shí)候這個(gè)表是空的，是空的怎么辦?是不是得學(xué)?就好比人剛出生什么東西都不會(huì)，是不是得后天進(jìn)行學(xué)習(xí)?交換機(jī)也是，在交換機(jī)啟動(dòng)后會(huì)有一個(gè)MAC地址學(xué)習(xí)的過程

圖中的PCA發(fā)出一個(gè)數(shù)據(jù)幀，交換機(jī)收到這個(gè)數(shù)據(jù)幀的時(shí)候，會(huì)把PCA發(fā)出的數(shù)據(jù)幀中的源MAC地址與收到這個(gè)幀的端口關(guān)聯(lián)起來記錄到MAC地址表里面去，然后交換機(jī)把該數(shù)據(jù)幀從除了收到該數(shù)據(jù)幀的其它所有接口發(fā)送出去;同理，當(dāng)PCB發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)幀的時(shí)候，以太網(wǎng)交換機(jī)會(huì)把接收到的數(shù)據(jù)幀中的源MAC地址與收到該數(shù)據(jù)幀的接口綁定起來，然后記錄到MAC地址表里面去，形成了一個(gè)MAC地址表。

交換機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)與過濾

單播幀的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過程

圖中的PCA向PCD發(fā)送一個(gè)單播數(shù)據(jù)幀，當(dāng)交換機(jī)收到該數(shù)據(jù)幀的時(shí)候，交換機(jī)會(huì)根據(jù)數(shù)據(jù)幀中的目的MAC地址進(jìn)行一個(gè)查表過程，當(dāng)查到該MAC地址對(duì)應(yīng)的是端口是E1/0/4的時(shí)候只會(huì)從E1/0/4這個(gè)端口發(fā)送出去，不會(huì)再?gòu)钠渌丝诎l(fā)送出去

廣播幀與未知單播幀的轉(zhuǎn)發(fā)過程

PCA發(fā)出一個(gè)目的地址為FF:FF:FF:FF:FF:FF的廣播幀，交換機(jī)收到該廣播幀后會(huì)進(jìn)行一個(gè)洪泛的處理，何為洪泛?洪泛就是當(dāng)交換機(jī)收到一個(gè)目的地址為全F的數(shù)據(jù)幀時(shí)，交換機(jī)會(huì)把該數(shù)據(jù)幀從除了收到該數(shù)據(jù)幀的端口的其他端口都進(jìn)行發(fā)送

未知單播幀也一樣，PCA發(fā)送一個(gè)目的為該交換機(jī)中沒有的地址，以太網(wǎng)交換機(jī)收到該數(shù)據(jù)幀時(shí)，會(huì)根據(jù)目的地址進(jìn)行查表，但是MAC地址表中沒有，這個(gè)時(shí)候以太網(wǎng)交換機(jī)也會(huì)進(jìn)行洪泛的處理，交換機(jī)會(huì)把該數(shù)據(jù)幀從除了收到該數(shù)據(jù)幀的端口的其他端口都進(jìn)行發(fā)送

以太網(wǎng)交換機(jī)的MAC地址表的默認(rèn)老化時(shí)間是300S(5分鐘)可以修改，MAC地址表沒有確定數(shù)目，視交換機(jī)的MAC地址表容量而定，有8K的有16K的還有32K的

廣播域

廣播域就是說如果一臺(tái)終端發(fā)出一個(gè)廣播信號(hào)后能接收到這個(gè)信號(hào)的范圍，通常來說一個(gè)局域網(wǎng)就是一個(gè)廣播域。路由器或三層交換機(jī)的三層接口處于獨(dú)立的廣播域中，終端主機(jī)發(fā)出的廣播幀在三層接口被終止。二層交換機(jī)和HUB物理層設(shè)備默認(rèn)所有接口處于同一廣播域下。

綜上所述，我們知道了共享式以太網(wǎng)和交換式以太網(wǎng)的區(qū)別，我們知道共享式以太網(wǎng)中的所有終端共享總線帶寬，并且處于同一沖突域和廣播域中;交換式以太網(wǎng)各個(gè)終端帶寬獨(dú)立，并且各個(gè)終端處于獨(dú)立的沖突域，但是交換式網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)端口默認(rèn)處于同于=一廣播域中。

還有交換機(jī)收到一個(gè)數(shù)據(jù)幀的時(shí)候會(huì)把該數(shù)據(jù)幀中的源MAC地址與收到該數(shù)據(jù)幀的端口進(jìn)行綁定，然后會(huì)根據(jù)目的MAC地址進(jìn)行一個(gè)查表的過程，如果該數(shù)據(jù)幀中的目的MAC地址能在交換機(jī)的MAC地址表中找到，那么會(huì)從該目的MAC地址對(duì)應(yīng)的端口發(fā)送出去，如果目的地址是廣播地址或者是未知單播地址，那么交換機(jī)會(huì)進(jìn)行一個(gè)洪泛的過程，也就是以太網(wǎng)交換機(jī)會(huì)把該數(shù)據(jù)幀從除開收到該數(shù)據(jù)幀的端口以外所有的端口發(fā)送出去，這就是一個(gè)洪泛的過程;路由器或者三層交換機(jī)的三層接口屬于獨(dú)立的廣播域，會(huì)終結(jié)這種洪泛的傳播。推薦閱讀：以太網(wǎng)交換機(jī)在智慧軌道交通中的應(yīng)用分析