1.4.2交换机

　　在计算机网络系统中，“交换”是在对共享工作模式改进的基础上提出的交换机也叫多端口网桥，工作在数据链路层，能够识别帧的内容。

　　1.交换机的内部结构

　　交换机拥有一条很髙带宽的背部总线和内部交换矩阵。交换机在同一时刻可进行多个端口对之间的数据传输。每一端口都可视为独立的网段，连接在其上的网络设备独自享有全部的带宽，无需同其他设备竞争使用。其内部结构如图1-46所示。

　　2.交换机的功能

　　交换机主要有以下三个功能。

　　•学习：交换机对每一端口相连设备的MAC地址进行识别，并将这些设备的MAC 地址同相应端口的映射关系存放在自己缓存中的MAC地址表中。

　　•转发/过滤：当一个数据帧的目的地址在MAC地址表中有映射关系存在时，它被 转发到响应的端口而不是所有端口（如该数据帧为广播/组播帧则转发至所有 端口）。

　　•消除回路：当交换机包括一个冗余回路时，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。

　　使用交换机也可以把网络“分段”,通过对照地址表，交换机只允许必要的网络流量 通过交换机。通过交换机的过滤和转发，可以有效的隔离广播风暴，减少误包和错包的 出现，避免共享冲突。

　　3.交换机的工作原理

　　交换机是依赖于一张MAC地址与端口的映射表（Context Address Map, CAM）来 进行工作的，如图1-47所示。

　　交换机是一种基于MAC地址识别，能完成封装转发数据帧功能的网络设备。交换 机可以“学习” MAC地址，并把其存放在内部地址表中，通过在数据帧的始发者和目 标接收者之间建立临时的交换路径，使数据帧直接由源地址到达目的地址。

　　如图1-47所示，数据帧中包含了目的MAC和源MAC,源MAC就是发送数据帧的 计算机的网卡地址，目的MAC就是接收数据帧的计算机的网卡地址。交换机刚开机时， 这张MAC地址与端口的映射表是空的；但计算机A想发送数据给B时，数据帧的目的 MAC为B的MAC,源MAC为A的MAC,交换机并不知道B是接在哪个端口上，所 以数据会从2,3, 4,发送出去以保证计算机B能够接收到；然而由于交换机是从端口 1收到A发送的数据，即在帧中的源MAC是A的MAC地址，所以交换机就把A的 MAC记录在端口 1上；但其他计算机（例如计算机B）要发送数据给A时，数据帧的 目的MAC为A的MAC,源MAC为B的MAC,交换机己经知道A的MAC在端口 1 了，所以这时数据只会从端口 1发送出去，而不会从端口 3, 4发送出去；同时由于交换 机是从端口 2收到B发送的数据，交换机也会往表中添加一条记录，指明B的MAC在 端口 2上，下次计算机A发送给B时，数据只会从端口 2发送出去了，而不是像以前一 样从其他所有的端口发送出去。

　　交换机的工作原理：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关系并将其写入MAC地址表中。当一台计算机发送过一次数据帧时，就被交换机记录下来；如果有其他的计算机向这台计算机发送数据时，数据只会从特定端口 转发出去，而不会从其他端口转发。如果交换机收到的数据帧中的目的MAC地址不在 MAC地址表中，则向所有端口转发。另外，广播帧和组播帧也向所有的端口转发。

　　从以上的分析可知，如果交换机己经完成了 MAC地址与端口映射表的建立，计算机A发送数据给B时，端口 3, 4并无数据存在，这就意味着计算机C可以同时发送数 据给D.A和C不会因为同时发送数据而产生冲突，即它们不在同一冲突域。这一点 和集线器有着很大的不同，交换机所连接的计算机可以独占端口的带宽。交换机的这个特性可以概括为：交换机可以隔离冲突域，交换机的每个端口就是一个小的冲突域。

　　交换机能够分析计算机所发送的数据帧中包含的源MAC （即发送者）和目的MAC （即接收者），并用来建立和更新映射表。交换机中MAC地址与端口的映射表中的记录实际上有一定的时效性，通常为300s,如果一条记录在300s内没有得到更新，记录就 会被删除。这样的好处是防止CAM表被迅速占满，同时也是为了使得计算机从一个端 口移动到另一端口上后还可以正常工作。