网络交换机是计算机网络中用于互连多个网络设备的核心设备。交换机在OSI模型的第二层(数据链路层)工作,并使用MAC地址来转发数据包在网络的不同段之间。理解交换机的工作原理对于局域网(LAN)操作有关键的启示。
交换机的核心是提供基于硬件的桥接功能。当交换机在其端口之一上收到一个数据帧时,它会检查该帧中的目标MAC地址,并检查其MAC地址表以确定哪个端口应该收到该帧。然后交换机会将帧转发到适当的端口。如果目标MAC地址不在表中,交换机会将帧泛洪到所有端口(接收端口除外)。
交换机通过检查每个收到的帧的源MAC地址来建立MAC地址表。源MAC与该帧到达的端口相关联。通过学习MAC的位置,交换机动态构建更新的地址表。这比旧的网络集线器有明显的优势,后者只是简单地将帧复制到所有连接的节点。
交换机操作中一个重要的要素是使用应用特定集成电路(ASIC)。ASIC通过专用硬件处理计算密集型任务,使数据包转发非常快速。在拥塞期间,数据包缓冲区用于临时存储帧。高速交换机通常包括多个ASIC和大容量数据包缓冲区以达到最大吞吐量。
交换机可能支持多种接口,包括双绞线铜缆(RJ45)、光纤和无线。用于交换机间汇聚的标准协议,如802.1Q VLAN标记。交换机之间使用共享数据总线、矩阵配置或其他内部交换机机制连接不同的接口。
VLAN支持:流量被分割成虚拟LAN以逻辑上隔离用户和资源。可以使用访问控制列表限制连接。
汇聚和链路聚合:可以将多个接口捆绑在一起以增加交换机之间的带宽。
生成树协议:在网状网络中使用循环防止来禁用冗余路径。
服务质量(QoS):为关键应用保留带宽的流量优先技术。
端口监控/镜像:专用的监控端口可以复制流量进行分析。
交换机还可以提供网络管理和安全功能,如SNMP监控、认证和加密。通过集成许多关键功能,网络交换机对构建可扩展高效的局域网至关重要。理解交换机如何转发帧、学习MAC地址以及处理拥塞,对排除故障和优化现代计算机网络具有关键见解。