網路交換器

网络交换机（）是一种网络硬件，它通过报文交换接收并转发数据到目标设备，从而在计算机网络上连接不同的设备。网络交换机通常简称为交换机。

交换机是一种多端口网桥，在数据链路层使用MAC地址进行数据转发。一些交换机也具备路由功能，可以在网络层转发数据，这种交换机通常被称为三层交换机或多层交换机。

以太网交换机是最常见的网络交换机类型。第一款以太网交换机由Kalpana公司（1994年被思科收购）推出。交换机也广泛应用于其他类型的网络，例如光纤通道、异步传输模式和InfiniBand。

与在所有端口转发相同数据的中继器不同，交换机只会将数据转发到需要接收的设备。

 工作原理 

交换机工作于OSI模型的第二层，即数据链路层。交换机内部的CPU会在每个端口成功建立连接时，通过学习MAC地址并将其与端口对应，形成一张MAC地址表。在后续的通讯中，发往特定MAC地址的数据包将仅被转发至该MAC地址对应的端口，而非所有端口。因此，交换机能够划分数据链路层的冲突域，但无法划分网络层的广播域。

交换机对数据包的转发是基于MAC地址（即物理地址）的，对于IP协议而言是透明的。也就是说，交换机在转发数据包时无需知晓源主机和目标主机的IP地址，只需知道其MAC地址即可。

交换机在运行过程中会不断学习并建立自身的MAC地址表。这张表记录了每个MAC地址对应的端口。当交换机收到一个TCP/IP数据包时，会检查该数据包的目标MAC地址，并在地址表中查找对应的端口，从而决定从哪个端口转发数据包。由于这个过程相对简单，且通常由ASIC等专用硬件实现，因此转发速度非常快。通常情况下，交换机只需数十微秒即可完成数据包的转发决策。

如果目标MAC地址未在地址表中找到，交换机会将数据包进行“泛洪”（flooding），即将其从所有端口转发出去，这与交换机处理广播数据包的方式相同。二层交换机处理广播数据包的方式效率较低。例如，当交换机收到一个来自TCP/IP工作站的广播数据包时，会将该数据包转发到所有其他端口，即使某些端口连接的是IPX或DECent工作站。这会对非TCP/IP节点的带宽造成负面影响。即使是同一TCP/IP网络中的节点，如果与发送广播数据包的工作站不在同一子网，也可能收到一些与自身无关的网络广播，从而降低整个网络的效率。

 工作方式 
当一台交换机完成安装和配置后，其典型的工作过程如下：

 学习（Learning）：交换机接收到来自某网段（假设为 A）MAC 地址为 X 的计算机发往 MAC 地址为 Y 的数据包。交换机会记录下 MAC 地址 X 位于网段 A。
 泛洪（Flooding）：如果交换机尚不知道 MAC 地址 Y 位于哪个网段，它会将该数据包转发到除 A 以外的所有其他网段。
 转发（Forwarding）：MAC 地址为 Y 的计算机收到该数据包后，会向 MAC 地址 X 发送确认包。交换机收到该确认包后，会记录下 MAC 地址 Y 所在的网段，然后将确认包转发给 MAC 地址 X。
 过滤（Filtering）：当交换机收到一个数据包时，如果查找内部的 MAC 地址-网段查询表后发现该数据包的源地址和目的地址属于同一网段，交换机将不会处理该数据包。
 老化（Aging）：交换机内部的 MAC 地址-网段查询表中，每条记录都会使用时间戳来记录最后一次访问的时间。早于某个预设阈值（用户可配置）的记录会被清除。

对于全交换（Full-Switched）局域网，交换机的每个端口通常只连接一台设备，因此一般不会发生冲突。在某些设计中，交换机可能仍然需要进行过滤，以增强网络安全性或实现特定的策略。

 分类 
 形状尺寸 

交换器有多种形式，包括：独立的桌面型设备，通常用于家庭或办公环境中，安装在配线柜外；机架式交换器，适用于安装在设备机架或机柜中；DIN导轨安装的交换器，常用于工业环境；以及小型交换器，安装在电缆管道、地板盒或通信塔中，例如在光纤到办公室（FTTO）的基础设施中。

机架式交换器可以是独立设备、可堆叠交换器，或具有可更换线卡的大型机箱式设备。

 工作溫度 
根据其耐温设计和出厂合规测试，以太网交换机可分为商业级以太网交换机和工业级以太网交换机。商业级以太网交换器通常适用于0℃至70℃的工作环境，而工业级以太网交换机则适用于-40℃至70℃的更宽温度范围。商业级以太网交换机常用于办公室或有空调的室内空间。工业级以太网交换机由于经常部署在室外或温差较大且无空调的环境中，因此其散热设计更为重要。

 網管型與非網管型 
依照是否具备内置网管软件，交换机可分为网管型交换机和非网管型交换机。网管型交换机适用于需要通过中央控制主机进行远程网络设备启停管理的架构，通常应用于对网络管理有较高要求的网络核心区域。非网管型交换机则不具备内置网管软件配置，安装简便，即插即用，因此更适合应用于对管理需求较低的网络边缘区域。

 傳輸通訊介面 
网络接口依照不同的传输介质和协议进行分类，其中最常见的是RJ45接口 ，通常使用双绞线（如Cat5e、Cat6等）作为传输介质。光纤通信则应用于高速和长距离的数据传输环境，其常用接口包括SFP 、SFP+等。此外，还有一种相对少见的同轴电缆接口，例如BNC接头，主要用于一些旧式网络设备。

 带宽 
网络交换机的带宽常见规格包括：10Mb/s、100Mb/s、1Gb/s、2.5Gb/s、10Gb/s、40Gb/s、100Gb/s等。

Mbps与MB/s的换算关系： 1 Mbps = 0.125 MB/s

 参考文献 

 参见 

 网络地址转换
 桥接器
 集线器
 路由器
 调制解调器
 Wi-Fi
 无线接取器
 互联网历史

Category:乙太網路
Category:網路硬體