交换机的工作原理有哪些

二层交换机工作在数据链路层，主要用于转发数据帧，基于MAC地址表进行寻址，具体工作过程如下：

（1）首次寻找局域网某台计算机MAC地址，会以广播包的形式在链路上转发；该广播包中包含发送端的MAC地址。

（2）接收端收到该信息后，记录发送端MAC地址，并回复自身MAC地址信息；

（3）交换机记录MAC地址，再次发送同样MAC地址时查询MAC地址表，匹配到信息后发送单播包。

三层交换机工作在网络层，其技术原理包含：二层交换技术＋三层转发技术，具体工作过程如下：

（1）假设两个使用IP协议的站点A、B通过三层交换机进行通信，发送站点A在数据发送前，将自己的IP地址与B站的IP地址进行比较，判断B站是否与自己在同一子网内。

（2）若目的站B与发送站A在同一子网内，则进行二层的转发。若两个站点不在同一子网内，如发送站A要与目的站B通信，发送站A就需要向三层交换模块发出ARP请求，当发送站A对三层交换模块广播出一个ARP请求时,如果三层交换模块在以前的通信过程中已经知道B站的MAC地址,则向发送站A回复B的MAC地址；否则三层交换模块会根据路由信息向B站广播一个ARP请求，B站得到ARP请求后向三层交换模块回复其MAC地址，三层交换模块保存地址并回复给发送站A，同时将B站的MAC地址发送到二层引擎的MAC地址表中。此后，A向B发送的数据包便全部交给二层交换处理，能够更好地实现信息高速转发。

1：路由器与交换机，本质上，一个是三层设备，一个是二层设备。路由器是三层，交换机是二层。

2：所谓三层，就是路由器数据交换的时候，需要携带IP头，根据IP地址来进行寻找转发路径。而交换机，数据交换的时候，根据二层MAC地址来转发的。

3：路由器本质上是起到连接网络的作用，连接一个网络跟另一个网络。而交换机，是一个网络内所有电脑通信用。

4：路由器成本比较贵，交换机较便宜。

交换机的工作原理和功能如下：

工作原理：

1、交换机通过收到数据帧中的源MAC地址建立该地址同交换机端口的映射，再将其写入MAC地址表中。

2、交换机可以同数据帧中的目的MAC地址同已建立好的MAC地址表进行比较，以决定和哪个端口进行转发。

3、要是数据帧的目的MAC地址不在MAC地址表中，则向所有端口转发。

4、广播帧和组播帧向所有的端口转发。

功能：

1、通过以太网交换机了解每个端口相连设备的MAC地址，再通过地址同相应的端口映射起来存放在交换机缓存中的MAC地址表中。

2、转发/过滤：当一个数据帧的目的地址在MAC地址表中有映射时，它被转发到连接目的节点的端口而不是所有端口。

3、消除回路：当交换机包括一个冗余回路时，以太网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。

交换机的分类

1、存储转发：交换机在转发之前必须接收整个帧，并进行错误校检，要是没有错误再将这一帧发往目的地址。帧通过交换机的转发时延随帧长度的不同而变化。

2、直通式：交换机只要检查到帧头中所包含的目的地址就立即转发该帧，而无需等待帧全部被接收，也不进行错误校验。由于以太网帧头的长度总是固定的，因此帧通过交换机的转发时延也保持不变。

二层交换机工作原理：

1、当交换机从某个端口收到一个数据包，它先读取包头中的源MAC地址，这样它就知道源MAC地址的机器是连在哪个端口上的。

2、再去读取包头中的目的MAC地址，并在地址表中查找相应的端口。

3、如表中有与这目的MAC地址对应的端口，把数据包直接复制到这端口上。

4、如表中找不到相应的端口则把数据包广播到所有端口上，当目的机器对源机器回应时，交换机又可以学习目的MAC地址与哪个端口对应，在下次传送数据时就不再需要对所有端口进行广播了。不断的循环这个过程，对于全网的MAC地址信息都可以学习到，二层交换机就是这样建立和维护它自己的地址表。

扩展资料：

交换机和HUB组成的网络是一个广播域。路由器的一个接口下的网络是一个广播域。所以路由器可以隔离广播域。

每个交换器将它到其周围邻居的链路状态向全网的其他交换器进行广播。

这样，一个路由器收到从网络中其他路由器发送过来的路由信息后，它对这些链路状态进行拼装，最终生成一个全网的拓扑视图，近而可以通过最短路径算法来计算它到别的路由器的最短路径。

交换机的任意节点收到数据传输指令后，即对于存储在内存里的地址表进行快速查找，从而对于MAC地址的网卡连接位置进行确认，然后再将数据传输到该节点上。

如果在地址表中找到相应的位置，则进行传输；如果没有，交换机就会将该地址进行记录，以利于下次寻找和使用。交换机一般只需要将帧发送到相应的点，而无需如集线器发送到所有节点，从而节省了资源和时间，提高了数据传输的速率。

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。

相关说明

交换机（Switch）意为“开关”是一种用于电（光）信号转发的网络设备。它可以为接入交换机的任意两个网络节点提供独享的电信号通路。最常见的交换机是以太网交换机。其他常见的还有电话语音交换机、光纤交换机等。

网络交换机，是一个扩大网络的器材，能为子网络中提供更多的连接端口，以便连接更多的计算机。随着通信业的发展以及国民经济信息化的推进，网络交换机市场呈稳步上升态势。它具有性价比高、高度灵活、相对简单和易于实现等特点。以太网技术已成为当今最重要的一种局域网组网技术，网络交换机也就成为了最普及的交换机。

百度百科-交换机

基本工作原理：交换式局域网的核心设备是局域网交换机，局域网交换机可以在它的多个端口之间建立多个并发连接，其中局域网交换机的二层交换是执行桥接功能，根据MAC地址转发数据，交换速度快，但控制功能弱，没有路由选择功能。三层交换根据IP地址转发数据，具有路由功能。

低交换延迟是局域网交换机的主要特点。从传输延迟的量级来看，如果交换机为几十微秒，则网桥为几百微秒，路由器为几千微秒；支持不同的传输速率和工作模式；高传输宽带；支持虚拟局域网服务。交换局域网是虚拟局域网的基础，当前的交换机基本上都只持虚拟局域网。

扩展资料：

交换机的内部结构

1、共享式存储器结构，这种方式容易实现，但需要很大的内存容量，很高的管理费用。且由于访问储存器需要时间，不可能在较大的端口数之间实现线速交换，因此比较适合于小系统交换机。

2、交叉总线结构，这种结构适合单点传输，对于多点传输存在一定的问题。

3、混合交叉总线结构，将一体的交叉总线矩阵划分成小的交叉矩阵，中间通过一条高性能的总线连接。优点是减少了交叉总线数，降低了成本，还减少了总线争用。

4、环形总线结构，用于搜集总线状态、处理路由、流量控制和清理数据总线。环形总线结构的最大优点是扩展能力强，成本低，因为采用环形结构，很容易聚集带宽，当端口数增加的时候，带宽就相应增加。

参考资料来源：百度百科-局域网交换机

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