交换机原理及实用技术

1.交换机的基本功能

交换机工作在OSI模型的数据链路层。第2层交换机有3种不同的功能：地址学习、转发/过滤决定和避免环路。

（1）地址学习（Address Learning）

交换机能够记住在一个接口上所收到的每个帧的源设备硬件地址，而且会将这个硬件地址信息输入到被称为转发/过滤表的MAC表中。

（2）转发/过滤决定（Forward/Filter Decisions）

当在某个接口上收到帧时，交换机就检查其硬件地址，并在MAC表中找到其外出的接口。帧只被转发到指定的目的端口。

（3）避免环路

如果为了提供冗余而在交换机之间创建多个连接，网络中就可能产生环路。在提供冗余的同时，可使用生成树协议来防止产生网络环路。

2.交换机的工作模式(www.xing528.com)

交换机在转发数据帧的时候，可以有3种模式：存储转发（Store and Forward）模式、直通模式（Cut Through）、无碎片（Fragment Free）模式。

（1）存储转发模式

在存储转发模式中，交换机在转发数据之前必须完整地接受整个数据帧，读取数据帧的源MAC地址和目的MAC地址，应用相关过滤器，并且对该数据帧进行循环冗余校验。在校验时发现该数据帧出现错误，则丢弃该数据帧。由于在转发数据帧之前要进行校验，使得错误的数据帧被发现并且丢弃，减少了网络传输中错误数据帧的数量，保证了数据的正确性。因为要等到数据帧完全被接收才能被处理，所以存储转发模式是所有模式中最慢的，它的网络延迟最长。一般情况下，高端交换机都使用这种转发模式。

（2）直通模式

在直通模式中，交换机不等到数据帧完全进入，而是当帧头刚刚进入交换机时，就读取其中的目的MAC地址并且将数据帧转发。这种模式大大减少了交换机延迟，因为它可以不等到数据帧完全进入交换机就转发该数据帧。但是交换机无法为数据帧进行循环冗余校验，错误的数据帧也被转发。直通模式是交换机速率最快但是出错率最高的模式。

（3）无碎片模式

无碎片模式是对存储转发模式和直通模式的折中。无碎片模式可以在转发数据帧之前过滤出冲突碎片。冲突碎片是一种主要的数据帧错误。一般来说，冲突碎片都小于64 B，大于64 B的帧通常被认为是没有错误的。在无碎片模式中，交换机等待数据帧进入交换机达到64 B时就读取帧头中的目的MAC地址并转发该数据帧。这种操作方式可以有效避免转发冲突碎片数据帧，但它依然没有对数据帧进行循环冗余校验。所以这种数据帧转发模式不能完全防止错误数据帧的转发。无碎片模式的工作速率不如直通式，但是比直通模式发送的错误数据帧少，同时又比存储转发模式快。