交换机工作原理

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。交换机拥有一条很高带宽的背部总线和内部交换矩阵。交换机的所有的端口都挂接在这条背部总线上，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(网卡的硬件地址)的NIC(网卡)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，广播到所有的端口，接收端口回应后交换机会“学习”新的MAC地址，并把它添加入内部MAC地址表中。使用交换机也可以把网络“分段”，通过对照IP地址表，交换机只允许必要的网络流量通过交换机。通过交换机的过滤和转发，可以有效的减少冲突域。

交换机在同一时刻可进行多个端口对之间的数据传输。每一端口都可视为独立的物理网段(注：非IP网段)，连接在其上的网络设备独自享有全部的带宽，无须同其他设备竞争使用。当节点A向节点D发送数据时，节点B可同时向节点C发送数据，而且这两个传输都享有网络的全部带宽，都有着自己的虚拟连接。假使这里使用的是10Mbps的以太网交换机，那么该交换机这时的总流通量就等于2×10Mbps=20Mbps，而使用10Mbps的共享式HUB时，一个HUB的总流通量也不会超出10Mbps。总之，交换机是一种基于MAC地址识别，能完成封装转发数据帧功能的网络设备。交换机可以“学习”MAC地址，并把其存放在内部地址表中，通过在数据帧的始发者和目标接收者之间建立临时的交换路径，使数据帧直接由源地址到达目的地址。

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。

通过交换的方式进行的数据传输，其实就是交换机的数据传送的方式。之前的集线器，更多是利用共享的方式，来对数据进行传输，没有办法从通讯的速度上进行要求。集线器的共享方式，也就是常说的共享式网络，以集线器作为连接设备并且只 有一个方向的数据流，因而网络共享的效率非常低。相对而言，交换机能够对连接到自身的各台电脑进行相应的识别，通过每台电脑网卡的物理地址也就是常说的MAC地址，来进行记忆和识别。

在这样的前提之下，就不用再进行广播寻找，而能够直接将记忆的MAC地址找到相应的地点并且通过一个临时性专用的数据传输通道，来完成两个节点之间不受外来干扰的数据传输的通信。由于交换机还具有全双工传输的方式，所以也可以对于多对节点间通过同时建立临时的专用通道，来形成一个立体且交叉的数据传输通道结构。