什么是交换机？

交换机，英文名称为Switch，也称为交换式集线器，它是一种基于MAC地址(网卡的硬件地址)识别，能够在通信系统中完成信息交换功能的设备。

交换机的工作特点
拥有一条很高带宽的背板总线和内部交换矩阵
所有的端口都挂接在这条背板总线上
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地址的网卡（NIC）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若不存在才广播到所有的端口，接收端口回应后交换机会“学习”新的地址，并把它添加入内部MAC地址表中。
交换机的交换模式
交换机将数据从一个端口转发至到另一个端口的处理方式称为交换模式。

交换类型：

存储转发（Store and Forward ）——交换机接收到数据包后，首先将数据包存储到缓冲器中，进行CRC循环冗余校验,如果这个数据包有CRC错误，则该包将被丢弃；如果数据包完整，交换机查询地址映射表将其转发至相应的端口。
直通交换（Cut—Through ）——交换机只读出数据帧的前6个字节，即通过地址映射表中查找目标地址，将数据帧传送到相应的端口上。直通交换能够实现较少的延迟，因为在数据帧的目的地址被读出，确定了转发端口后马上开始转发这个数据帧。
碎片丢弃（Fragmentfree）——这是介于前两者之间的一种解决方案。它检查数据包的长度是否够64个字节，如果小于64字节，说明是假包，则丢弃该包；如果大于等于64字节，则发送该包。
转发速率：存储转发<碎片丢弃<直通交换

交换机、网桥、集线器（HUB）的区别

交换机与网桥的主要区别：

延迟小。交换机通过硬件实现，而网桥通过软件实现。网桥是通过运行于计算机系统上的桥接协议实现；交换机使用了专用集成电路（Application-Specific-Integrated Circuit，ASIC)，大大提高了网络转发速度。
端口多。交换机得端口密度远大于网桥。
功能强大。交换机除了转发/过滤的功能，还有诸多管理功能，如网络管理协议的支持、虚拟局域网的划分等。

交换机与集线器（HUB）的主要区别：

在OSI/RM网络体系结构中的工作层次不同——集线器工作在物理层，而交换机工作在数据链路层。更高级的交换机可以工作在第三层（网络层）、第四层（传输层）或更高层。
数据传输方式不同——集线器的数据传输方式是广播（broadcast）方式，即所有端口处在一个冲突域中；而交换机的数据传输一般只发生在源端口和目的端口之间，即交换机的每个端口处在不同的冲突域。
带宽占用方式不同——集线器所有端口共享集线器的总带宽，而交换机的每个端口都具有自己独立的带宽。
传输模式不同——集线器采用半双工方式进行数据传输；交换机采用全双工方式来传输数据。

交换机的工作原理

1.交换机根据收到数据帧中的源MAC地址建立该地址同交换机端口的映射，并将其写入MAC地址表中。

2.交换机将数据帧中的目的MAC地址同已建立的MAC地址表进行比较，以决定由哪个端口进行转发。

3.如数据帧中的目的MAC地址不在MAC地址表中，则向所有端口转发。这一过程称为泛洪(flood)。

4.广播帧和组播帧向所有的端口转发。

交换机的分类

从应用区域划分：

广域网交换机——主要应用于电信领域，提供通信基础平台。

局域网交换机——应用于局域网络，用于连接终端设备，如PC机及网络打印机等。

按网络拓扑结构层次划分：

核心层交换机—— 一般采用机箱式模块化设计，机箱中可承载管理模块、光端口模块、高速电口模块、电源等，具有很高的背板容量；

汇聚层交换机——可以是机箱式模块化交换机，也可以是固定配置的交换机，具有较高的接入能力和带宽，一般会包含光端口、高速电口等端口；

接入层交换机—— 一般是固定配置的交换机，端口密度较大，具有较高的接入能力，以1000M端口为主，以固定端口或扩展槽方式提供1000Mbps的上联端口。

根据传输介质、传输速度以及发展历史上看，局域网交换机有这样一些类型：

以太网交换机
快速以太网交换机
千兆以太网交换机
万兆以太网交换机
FDDI交换机
ATM交换机
令牌环交换机

交换机的主要性能指标

背板带宽与端口速率：

背板带宽——指通过交换机所有通信的最大值。

交换机的端口速率——每秒通过的比特数。10Mbps、100Mbps、1000Mbps、10000Mbps

模块化与固定配置：

模块化交换机——具有很强的可扩展性，可在机箱内提供一系列扩展模块。它的价格一般也比较昂贵。模块化交换机一般作为骨干交换机来使用。

固定配置交换机—— 一般具有固定端口配置。固定配置交换机的可扩充性显然不如模块化交换机，但是价格要低得多。

专用芯片与通用芯片：

X86——通用计算机芯片

ASIC——（Application-Specific-Integrated Circuit ）

NP——专用网络处理器

单/多MAC地址类型：

单MAC交换机——每个端口只有一个MAC地址

多MAC交换机——每个端口捆绑有多个MAC硬件地址

交换机常见指标

1、交换芯片（Switching chip）：交换机中的交换芯片是用于处理网络流量和实现内部交换核心功能的硬件组件。交换芯片通常由ASIC（Application Specific Integrated Circuit，应用特定集成电路）构成，具有高性能、低功耗和可编程性等优点。交换芯片是交换机的核心部件之一，决定了交换机的转发速度、容量和稳定性。目前市面上常见的交换芯片产品包括Broadcom Trident系列、Intel Ethernet Switch FM4000系列、Marvell Prestera-DX系列等。除了基础的交换功能以外，现代交换芯片还具备许多高级功能，例如虚拟化、QoS、安全策略、流量分析等。这些功能可以提高网络性能、加强网络安全和监控，满足不同场景下的业务需求。

2、包转发率（Packet Forwarding Rate）：表示交换机每秒钟能够处理和转发的数据包数量，通常以每秒转发的数据包数量（pps）或每秒转发的比特数（bps）来衡量。包转发率越高，交换机的处理能力就越强。

3、交换容量（Switching Capacity）：表示交换机支持的最大数据吞吐量，通常以Gbps（千兆位每秒）为单位来衡量。交换容量是交换机的重要性能指标之一，直接影响网络传输速度和质量。它取决于交换机的硬件配置，包括交换芯片、端口数、带宽等因素。

4、端口（Port）：交换机上的端口是链接设备和网络的物理接口，用于接收和发送数据。交换机的端口数量可以根据不同的厂商和型号而有所不同，一般情况下，一个交换机可以拥有数十个或者数百个端口。交换机上的端口通常分为两种类型：电口（Ethernet port）和光口（Fiber port）。其中，电口使用RJ45接口连接，可以直接和终端设备、服务器等设备进行通信；而光口则需要使用光纤对接收和发送数据，适用于大规模数据中心和长距离传输场景。除了常规的电口和光口之外，还有一些特殊类型的端口，例如管理端口（Management port）、堆叠端口（Stacking port）和镜像端口（Mirror port）等，用于实现管理、扩展和监测交换机的功能。

5、带宽（Bandwidth）：指交换机端口的最大传输速率，通常以Mbps（百万位每秒）或Gbps为单位来衡量。带宽是交换机的重要性能参数之一，描述了交换机对数据传输的能力。

6、MAC地址表（MAC Address Table）：也称为CAM表（Content-Addressable Memory），是交换机中存储MAC地址与端口映射关系的高速缓存。它记录了网络中所有连接在交换机上的设备的MAC地址及其所在端口的对应关系。当交换机收到一个数据包时，它会查找该数据包的目标MAC地址，并将其与对应的端口关联起来，以确定将该数据包转发到哪个端口。

7、ARP地址表（ARP Address Table）：ARP是Address Resolution Protocol（地址解析协议）的缩写，用于将IP地址映射到MAC地址。交换机中存储着已知主机的IP地址和对应的MAC地址的ARP表。当网络中的主机需要发送数据包时，交换机会查询ARP表以确定目标主机的MAC地址，然后将数据包传送到正确的端口。

8、缓存（Buffer）：交换机中用于暂时存储数据包的内存区域，以防止数据包的丢失或延迟。缓存buffer的大小决定了交换机可以同时处理多少个数据包。

9、内存容量（Memory Capacity）：交换机用于存储配置信息、路由表、缓存buffer等数据的内存大小。内存容量是影响交换机性能的重要因素之一，对于需要处理大量数据流量的交换机来说，内存容量显得尤为重要。

10、BootRom容量（BootRom Capacity）：交换机用于启动系统软件和固件的存储空间大小。BootRom容量通常比较小，一般在几十MB到几百MB之间。

11、Flash容量（Flash Capacity）：交换机用于存储系统软件、固件和配置文件的非易失性存储器容量大小。Flash容量一般比BootRom容量大很多，可以存储更多的数据和配置信息。

12、静态路由（Static Routing）：是指手动配置的路由路径，通过管理员手动设置路由表来实现。静态路由适用于网络结构简单且变化不频繁的情况。

13、QoS队列个数（QoS Queue Number）：交换机上用于管理流量的队列数量。每个队列可以分配不同的优先级和带宽，以确保网络流量的公平处理和优先级控制。QoS队列个数越多，交换机对网络流量的控制能力就越强。

14、镜像端口数（Mirroring Port Number）：交换机上用于复制交换机端口流量的端口数量。管理员可以将镜像端口配置为监视特定端口或VLAN的流量，以进行网络性能分析、安全审计等操作。

15、巨型帧（Jumbo Frame）：是指超出IEEE 802.3规定长度的数据帧。使用巨型帧可以提高数据传输效率，但需要支持巨型帧的设备才能处理。交换机中的巨型帧大小可以根据不同的厂商和型号而有所不同，一般情况下，巨型帧的大小是超过标准的以太网MTU（最大传输单元）1500字节的数据帧。通常，巨型帧的大小可以设置为9000字节，这个值也被称为Jumbo Frame的标准大小。但需要注意的是，并非所有设备都支持处理9000字节的巨型帧，因此在使用时需要事先确认设备的支持能力。

16、虚拟局域网（VLAN）：是一种将物理网络划分为多个逻辑网络的技术。不同的VLAN之间互相隔离，可以增强网络安全性并提高网络灵活性。交换机上可以配置多个VLAN，实现不同用户和设备之间的网络隔离和管理。

17、端口汇聚（Port Aggregation）：也称为链路汇聚（Link Aggregation），是将多个物理端口捆绑成一个逻辑连接，提高带宽和可靠性的技术。端口汇聚使用IEEE 802.3ad标准进行协议处理，支持各种厂商和型号的交换机。

18、组播（Multicast）：是一种在网络中一对多传输数据的方式。组播可以减少网络流量和降低网络负载，提高网络性能和效率。

19、服务质量QoS（Quality of Service）：是一种优化网络性能和保证关键应用程序的网络传输质量的技术。QoS可以根据不同的业务需求，设置对应的带宽、优先级、延迟、丢包等参数，以确保网络上关键数据的可靠传输。

20、四元绑定（4-Tuple Binding）：是将源IP地址、目的IP地址、源端口号和目的端口号四个因素作为一个整体来进行管理和控制的技术。四元绑定可以提高网络安全性和管理效率，防止网络攻击和流量混杂等问题。

21、ACL条目数（ACL Entry Number）：ACL是Access Control List（访问控制列表）的缩写，用于控制网络上主机和应用程序之间的访问权限。ACL条目数表示交换机上可以配置的ACL规则的数量，影响网络安全和管理的灵活性。

22、IP和IP地址：在交换机中，IP通常是指Internet Protocol（互联网协议），是一种用于在互联网上传送数据的通信协议。IP协议负责将数据包从源设备传输到目的设备，通过路由选择等技术实现网络中的数据交换和路由功能。

而IP地址则是在IP协议中用来标识设备的地址。IP地址是一个由32位二进制数表示的数字串，通常以点分十进制方式表示，例如192.168.0.1。在交换机中，主机通过IP地址进行通信和路由，在数据包经过交换机时，交换机会根据目的IP地址进行转发和处理。

23、什么是线速

线速是指交换机的端口上每秒钟传输的bit数，单位为bps（bit per second，即每秒传输多少bit，一个bit也就是一个二进制数0或者1）。以我们常见的例子来说明的话，比如100M的网卡就是说的该网卡的网口线速为100Mbps；再比如安装的电信宽带是50M的宽带，说的是给我们开的端口线速度为50Mbps。

插个题外话——要注意的是，不要把线速和文件下载速度混为一谈了。在电脑上进行文件下载时的速度计算是以字节（byte）而不是以比特（bit）为单位的，我们通常说下载速度可以达到2M每秒意思是2M byte/s，也即2M Bps，大写的B表示Byte，小写的b表示bit。那么byte和bit的区别是什么呢？其实也很简单，1byte=8bit，也即8倍的关系。

下面以飞鱼星VS5326G为例来计算其性能是否能与标称值匹配。

VS5326G具有24个10M/100M/1000M自适应以太网接口和2个1000M SFP光模块接口。为了满足该交换机所有端口的无阻塞交换，那么其背板带宽至少应该是：

（241000Mbps 21000Mbps）*2=52Gbps

这与标称参数一致。

可能有的朋友要问为何后面要乘以2？那是因为VS5326G的端口都是全双工的，收发同时在工作，都在传输数据，背板带宽必须要满足收发同时进行，这就是乘以2的由来。

可见，VS5326G的背板带宽完全满足了全部26个千兆端口无阻塞交换的条件，能做到线速转发。

24、背板带宽越高越好吗

这个问题我们还是以前面提到的交通系统来类比。假设整个系统内的车流量都在高速公路上运行，8车道即可满足所有车都能运行在最大速率无阻塞，那么这条高速公路即使增加到12车道也毫无意义，多出来的4条车道纯粹是浪费，不过是让用户多掏腰包罢了。

交换机的参数指标（交换机系列一学会读懂交换机重要参数指标）(2)

就以刚才举例的VS5326G来说明，24个千兆以太网口 2个千兆光网口，其背板带宽达到52G已完全足够。如果有朋友觉得另一个同样接口规格，但是背板带宽宣称为256G的交换机的性能更好，从而更愿意选择后者的话，那只能说明“人傻、钱多”。

一句话总结：在选择交换机时，要根据自己的应用需要，以该产品端口配置为依据，计算背板带宽和包转发率等指标，选择适合的产品，千万不要做容易被忽悠的冤大头。