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交换机发展历史

“交换机”是一个舶来词，源自英文“Switch”，原意是“开关”，中国技术界在引入这个词汇时，翻译为“交换”。在英文中，动词“交换”和名词“交换机”是同一个词（注意这里的“交换”特指电信技术中的信号交换，与物品交换不是同一个概念）。

1993年，局域网交换设备出现，1994年，国内掀起了交换网络技术的热潮。其实，交换技术是一个具有简化、较高的性能和较高的端口密集特点的交换产品，体现了桥接技术的复杂交换技术在OSI参考模型的第二层操作。与桥接器一样，交换机按每一个包中的MAC地址相对简单地决策信息转发。而这种转发决策一般不考虑包中隐藏的更深的其他信息。与桥接器不同的是交换机转发延迟很小，操作接近单个局域网性能，远远超过了普通桥接互联网网络之间的转发性能。

交换技术允许共享型的局域网段进行带宽调整，以减轻局域网之间信息流通出现的瓶颈问题。已有以太网、快速以太网、FDDI和ATM技术的交换产品。

类似传统的桥接器，交换机提供了许多网络互联功能。交换机能经济地将网络分成小的冲突网域，为每个工作站提供更高的带宽。协议的透明性使得交换机在软件配置简单的情况下直接安装在多协议网络中；交换机使用现有的电缆、中继器、集线器和工作站的网卡，不必作高层的硬件升级；交换机对工作站是透明的，这样管理开销低廉，简化了网络节点的增加、移动和网络变化的操作。

利用专门设计的集成电路可使交换机以线路速率在所有的端口并行转发信息，提供了比传统桥接器高得多的操作性能。专门集成电路技术使得交换器在更多端口的情况下得以实现上述性能，其端口造价低于传统型桥接器。

交换机的的工作原理

交换机在接收到数据时，会先检查数据中包含的MAC地址，再将数据从目的主机所在的端口转发出去。交换机之所以能实现这一功能，是因为交换机内存有一张MAC地址表，该表记录了网络中所有MAC地址与该交换机各端口的对应信息。当有数据帧需要通过该交换机进行转发时，交换机根据内部存储的MAC地址表获取目的设备所对应的端口，通过找到的端口转发数据，如下图所示。

交换机工作原理

当交换机从其某个端口收到一个数据包时，先读取包头中的源MAC地址（即发送该数据包的设备网卡的MAC地址），将该MAC地址和端口对应起来添加到交换机内存里的地址表中；然后再读取包头中的目的MAC地址，对照内存里的地址表看该MAC地址与哪个端口对应，如果地址表中有该MAC地址的对应端口，则将该数据包直接拷贝到对应的端口上，如果没有找到，则将该数据帧作为一个广播帧发送到所有的端口，对应的MAC地址设备会自动接受该帧数据，同时，交换机将接受该帧数据的端口与这个目的MAC地址对应起来放入内存中的地址表中。

交换机工作方式

当一台交换机安装配置好之后，其工作过程如下：

1、收到某网段（设为A）MAC地址为X的计算机发给MAC地址为Y的计算机的数据包。交换机从而记下了MAC地址X在网段A。这称为学习（learning）。

2、交换机还不知道MAC地址Y在哪个网段上，于是向除了A以外的所有网段转发该数据包。这称为泛洪（flooding）。

3、MAC地址Y的计算机收到该数据包，向MAC地址X发出确认包。交换机收到该包后，从而记录下MAC地址Y所在的网段。

4、交换机向MAC地址X转发确认包。这称为转发（forwarding）。

5、交换机收到一个数据包，查表后发现该数据包的来源地址与目的地址属于同一网段。交换机将不处理该数据包。这称为过滤（filtering）。

6、交换机内部的MAC地址-网段查询表的每条记录采用时间戳记录后一次访问的时间。早于某个阈值（用户可配置）的记录被清除。这称为老化（aging）。