交换机的作用及工作原理是什么?
交换机负责连接网络设备(如交换机、路由器、防火墙、无线AP等)和终端设备(如计算机、服务器、摄像头、网络打印机等);路由器实现局域网与局域网的互联,局域网与Internet的互联;而防火墙作为一个安全网络设备,作用于内部网络与内部网络之间,或者内部网络与Internet之间。总的来说,交换机负责连接设备,路由器负责连接网络,防火墙负责网络访问限制。
1.交换机的功能
交换机的功能是连接计算机、服务器、网络打印机、网络摄像头、IP电话等终端设备,并实现与其它交换机、无线接入点、路由器、网络防火墙等网络设备的互联,从而构建局域网络,实现所有设备之间的通信。
2.交换机的工作原理
交换机位于OSI参考模型中的第二层(数据链路层),交换机的工作依赖于对MAC地址的识别(所有的网络设备都有一个唯一的MAC地址,通常是由厂商直接烧录进网卡中)。
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,则将该数据包直接复制到对应的端口上,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。
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功能:
1、像集线器一样,交换机提供了大量可供线缆连接的端口,这样可以采用星型拓扑布线。
2、像中继器、集线器和网桥那样,当它转发帧时,交换机会重新产生一个不失真的方形电信号。
3、像网桥那样,交换机在每个端口上都使用相同的转发或过滤逻辑。
4、像网桥那样,交换机将局域网分为多个冲突域,每个冲突域都是有独立的宽带,因此大大提高了局域网的带宽。
5、除了具有网桥、集线器和中继器的功能以外,交换机还提供了更先进的功能,如虚拟局域网(VLAN)和更高的性能。
原理
交换机工作于OSI参考模型的第二层,即数据链路层。交换机内部的CPU会在每个端口成功连接时,通过将MAC地址和端口对应,形成一张MAC表。
在今后的通讯中,发往该MAC地址的数据包将仅送往其对应的端口,而不是所有的端口。因此,交换机可用于划分数据链路层广播,即冲突域;但它不能划分网络层广播,即广播域。
交换机拥有一条很高带宽的背部总线和内部交换矩阵。交换机的所有的端口都挂接在这条背部总线上,控制电路收到数据包以后,处理端口会查找内存中的地址对照表以确定目的MAC(网卡的硬件地址)的NIC(网卡)挂接在哪个端口上;
通过内部交换矩阵迅速将数据包传送到目的端口,目的MAC若不存在,广播到所有的端口,接收端口回应后交换机会“学习”新的MAC地址,并把它添加入内部MAC地址表中。
使用交换机也可以把网络“分段”,通过对照IP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,可以有效的减少冲突域。
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最后一次访问的时间。早于某个阈值(用户可配置)的记录被清除。这称为老化(aging)。
以上内容参考 百度百科-交换机
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