【网络设备】交换机的概念、工作原理、功能以及以太网帧格式
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目录
一、认识交换机
二、交换机的主要功能
1、数据的转发
2、端口隔离
3、负载均衡和带宽控制
三、以太网帧格式
四、交换机的工作原理
1、接收数据帧
2、学习MAC地址
3、广播未知数据帧
4、记录MAC地址表
5、交换机实现单播通信
前言
在计算机网络中，交换机是较为常用的设备，本文将谈谈交换机的概念、主要功能、工作原理以及以太网帧格式。
一、认识交换机
交换机（Switch）全名叫做以太网交换机。是一种较为常见的网络设备，它的作用是在计算机网络中交换数据。目前最常用的交换机就是以太网交换机，除此之外，还有电话语音交换机、光纤交换机等等。如下图就是交换机：
二、交换机的主要功能
交换机的主要功能包括以下几个方面：
1、数据的转发
交换机在接收到数据包后，会根据目标地址判断并将其转发到对应的端口，从而实现不同设备之间的通信。这种可以保证数据传输的高效性和稳定性。
2、端口隔离
交换机具有端口隔离的功能，能够将不同用户或者不同网络之间的数据进行隔离，防止出现数据泄露和信息安全问题。值得注意的是采用端口隔离会浪费有限的VLAN资源。
小知识：交换机还支持VLAN技术，通过划分VLAN，能够进一步加强网络的安全性和管理性。
3、负载均衡和带宽控制
当多台设备使用同一个交换机时，交换机可以实现负载均衡和带宽控制的功能。通过智能路由和流量控制，可以为不同设备提供不同的网络带宽和速度，从而达到更加高效的数据传输。
三、以太网帧格式
802.3/802.2是以太网的最常见帧格式，它包含以下字段：
- 前导码：用于与接收设备同步的7字节字段。
- 帧起始定界符：这是一个特殊的字节，用于指示帧的开始。
- 目的地址：这是一个6字节的字段，用于标识帧的目标设备。
- 源地址：这也是一个6字节的字段，用于标识发送该帧的设备。
- 类别：这个字段用于表示上层协议的类型。
- 数据：这是帧的主要部分，包含实际传输的数据。
- 帧校验序列（FCS）：这是一个包含32位循环冗余校验（CRC）的字段，用于验证数据是否在传输过程中出现损坏。
四、交换机的工作原理
交换机的工作流程主要包括以下几个步骤：
1、接收数据帧
当交换机接收到一个数据帧时，会先检查帧的目的MAC地址，然后根据目的MAC地址和自己的MAC地址表来判断应该将数据帧发送到哪个端口。
2、学习MAC地址
如果交换机的MAC地址表中没有对应的表项，它会将接收到的数据帧的源MAC地址和接收端口的映射关系添加到MAC地址表中。
小知识：如果在老化时间内再次收到该MAC地址的数据帧，交换机会刷新对应的MAC地址和端口的映射关系。
3、广播未知数据帧
如果数据帧的目的MAC地址不在MAC地址表中，或者目的MAC地址为广播地址，交换机会泛洪该帧，将该帧发送到除接收端口以外的所有端口。
名词解释：泛洪（Flooding）是交换机使用的一种数据流传递技术。当交换机从某个接口收到数据帧后，它会从除该接口之外的所有其他接口发送该数据帧。
4、记录MAC地址表
当交换机的MAC地址表中已经存在目的MAC地址的表项时，交换机会将接收到的数据帧的目的MAC地址和接收端口的映射关系记录到MAC地址表中。
5、交换机实现单播通信
当交换机需要发送数据给一个已知的目的MAC地址时，它会直接将数据帧发送到对应的端口。