網路交換機是一種網路硬體，透過報文交換接收和轉發資料到目標裝置，它能夠在計算機網路上連線不同的裝置。一般也簡稱為交換機。 交換機是一種多埠的網橋，在資料鏈路層使用 MAC 地址轉發資料。透過加入路由功能，一些交換機也可以在網路層轉發資料，這種交換機一般被稱為三層交換機或者多層交換機。 乙太網交換機是網路交換機最常見的形式。第一個乙太網交換機由 Kalpana 公司（1994 年被思科收購）推出。在其他型別的網路中，交換機也普遍存在，如光纖通道、非同步傳輸模式和 InfiniBand。 中繼器會在其所有埠轉發相同的資料，讓裝置自行判斷哪些是自己需要的資料，交換機則不同，它只會將資料轉發到需要接收的裝置。 工作原理 交換機工作於 OSI 參考模型的第二層，即資料鏈路層。交換機內部的 CPU 會在每個埠成功連線時，透過將 MAC 地址和埠對應，形成一張 MAC 表。在今後的通訊中，發往該 MAC 地址的資料包將僅送往其對應的埠，而不是所有的埠。因此交換機可用於劃分資料鏈路層廣播，即；但它不能劃分網路層廣播，即廣播域。 交換機對資料包的轉發是建立在 MAC 地址 物理地址基礎之上的，對於 IP 網路協議來說，它是透明的，即交換機在轉發資料包時，不知道也無須知道信源機和信宿機的 IP 地址，只需知其物理地址。 交換機在操作過程當中會不斷的收集資料去建立它本身的一個地址表，這個表相當簡單，它說明了某個 MAC 地址是在哪個埠上被發現的，所以當交換機收到一個 TCPIP 封包時，它便會檢視該資料包的目的 MAC 地址，核對自己的地址表以確認應該從哪個埠把資料包發出去。由於這個過程比較簡單，加上這功能由一嶄新硬體進行 ASIC，因此速度相當快。一般只需幾十微秒，交換機便可決定一個 IP 封包該往哪裡送。 如果目的 MAC 地址不能在地址表中找到時，交換機會把 IP 封包「擴散」出去，即把它從每一個埠中送出去，就如交換機在處理一個收到的廣播封包時一樣。二層交換機的弱點正是它處理廣播封包的手法不太有效，比方說，當一個交換機收到一個從 TCPIP 工作站上發出來的廣播封包時，他便會把該封包傳到所有其他埠去，哪怕有些埠上連的是 IPX 或工作站。這樣一來，非 TCPIP 節點的頻寬便會受到負面的影響，就算同樣的 TCPIP 節點，如果他們的子網跟傳送那個廣播封包的工作站的子網相同，那麼他們也會無緣無故地收到一些與他們毫不相干的網路廣播，整個網路的效率因此會大打折扣。 工作方式 當一臺交換機安裝配置好之後，其工作過程如下： 收到某網段（設為 A）MAC 地址為 X 的計算機發給 MAC 地址為 Y 的計算機的資料包。交換機從而記下了 MAC 地址 X 在網段 A。這稱為學習（learning）。 交換機還不知道 MAC 地址 Y 在哪個網段上，於是向除了 A 以外的所有網段轉發該資料包。這稱為泛洪（flooding）。 MAC 地址 Y 的計算機收到該資料包，向 MAC 地址 X 發出確認包。交換機收到該包後，從而記錄下 MAC 地址 Y 所在的網段。 交換機向 MAC 地址 X 轉發確認包。這稱為轉發（forwarding）。 交換機收到一個數據包，查表後發現該資料包的來源地址與目的地址屬於同一網段。交換機將不處理該資料包。這稱為過濾（filtering）。 交換機內部的 MAC 地址 網段查詢表的每條記錄採用時間戳記錄最後一次訪問的時間。早於某個閾值（使用者可配置）的記錄被清除。這稱為老化（aging）。 對於全交換（fullswitch）區域網，交換機每個埠只連線一臺裝置，因此不會發生碰撞。交換機也不需要做過濾。 工作在 OSI 不同層級的交換技術 現代商業交換機主要使用乙太網介面。提供多埠的二層橋接是乙太網交換機的核心功能，而很多交換機也提供其他層級的服務，這種不僅僅提供了橋接功能的交換機也被稱為多層交換機。多層交換機可以在許多層級上學習拓撲結構，也可以在一層或多層上進行轉發。 一層 一層網路裝置傳輸資料而不控制任何流量，比如集線器。任何進入埠資料包會被轉發到除進入埠之外的其他所有埠。具體而言，即每個位元或碼元被轉發時是原封不動的。由於每個資料包被分發到所有埠，其衝突會影響到整個網路，進而限制了它的整體的能力。 到 21 世紀初，集線器和低端交換機的價格差異很小。對於特定應用，集線器在一段時間內還是能夠發揮作用的，比如給資料包分析器提供網路流量的副本。網路分流器還有交換機的埠映象也可以實現同樣功能。 二層 二層交換機 依據硬體地址（MAC 地址）在資料鏈路層（第二層）傳送網路幀。 二層交換機對於路由器和主機是 透明的，主要遵從 8021d 標準。該標準規定交換機透過觀察每個埠的資料幀獲得源 MAC 地址，交換機在內部的快取記憶體中建立 MAC 地址與連線埠的對映表。當交換機接受的資料幀的目的地址在該對映表中被查到，交換機便將該資料幀送往對應的連線埠。如果它查不到，便將該資料幀廣播到該連線埠所屬虛擬區域網（VLAN）的所有連線埠，如果有回應資料包，交換機便將在對映表中增加新的對應關係。當交換機初次加入網路中時，由於對映表是空的，所以，所有的資料幀將發往虛擬區域網內的全部連線埠直到交換機 學習 到各個 MAC 地址為止。這樣看來，交換機剛剛啟動時與傳統的共享式集線器作用相似的，直到對映表建立起來後，才能真正發揮它的效能。這種方式改變了共享式乙太網搶行的方式，如同在不同的行駛方向上鋪架了立交橋，去往不同方向的車可以同時通行，因此大大提高了流量。從 VLAN 的角度來看，由於只有子網內部的節點競爭頻寬，所以效能得到提高。主機 1 訪問主機 2 同時，主機 3 可以訪問主機 4 。當各個部門具有自己獨立的伺服器時，這一優勢更加明顯。但是這種環境正發生巨大的變化，因為伺服器趨向於集中管理，另外，這一模式也不適合 Internet 的應用。不同 VLAN 之間的通訊需要透過路由器來完成，另外為了實現不同的網段之間通訊也需要路由器進行互連。 三層 三層交換機 則可以處理第三層網路層協議，用於連線不同網段，透過對預設閘道器的查詢學習來建立兩個網段之間的直接連線。 三層交換機可以實現路由器的全部或部分功能，但只能用於同一型別的區域網子網之間的互連。這樣，三層交換機可以像二層交換機那樣透過 MAC 地址標識資料包，也可以像傳統路由器那樣在兩個區域網子網之間進行功能較弱的路由轉發，它的路由轉發不是透過軟體來維護的路由表，而是透過專用的 ASIC 晶片處理這些轉發； 四層 四層交換機可以處理第四層傳輸層協議，可以將會話與一個具體的 IP 地址繫結，以實現虛擬 IP ； 七層 更加智慧的交換器，可以充分利用頻寬資源來過濾，識別和處理應用層資料轉換的交換裝置。 分類 形狀尺寸 交換器有多種形式，包括獨立的桌上型裝置，通常用於家庭或辦公環境中，安裝在配線櫃之外。機架式交換器，則適合安裝在裝置機架或機櫃中。DIN 導軌安裝的交換器，常用於工業環境。以及小型安裝交換器，安裝在電纜管道、地板盒或通訊塔中，例如在光纖到辦公室的基礎設施中。 機架式交換器可能是獨立裝置、可堆疊交換器，或具有可更換線卡的大型機箱單元。 工作溫度 依照乙太網交換器經由為適應不同工作溫度所做的耐受設計及出廠合規測試，分為商業等級乙太網路交換器與工業等級乙太網路交換器。商業等級乙太網路交換器通常適用 070，工規乙太網交換器適用 4070。商規乙太網交換器常用的場所在於辦公室或有空調的室內空間，而工規乙太網路交換器因為常配備於室外溫差更大且無空調的安裝空間中，因此其機器結構內的散熱設計更為重要。 網管型與非網管型 依照是否可透過內建網管軟體區分為網管型交換器與非網管型交換器。網管型交換器適合用在透過中控主機可由人員作遠端做網路裝置開啟與關閉需求的架構中，通常用於有較高管理需求的網路架構核心端。而非網管交換器無內建網路軟體配置，安裝簡單，隨插即用，所以適合放在較邊緣，無需做精細管理的網路區域中。 傳輸通訊介面 依照不同的傳輸介面來區分，最常見的介面是 RJ45，通常以雙絞線作線材內容（Cat5e、Cat6 等）。光纖通訊則用於高速度和長距離的資料傳輸環境，介面有 SFP、SFP 等等。還有一種比較少見的是同軸電纜，如 BNC 的接頭，是作為一些舊式的網路裝置所使用的。 頻寬 網路交換機頻寬分為：10Mbs、100Mbs、1Gbs、25Gbs、10Gbs、40Gbs、100Gbs。 Mbps 換算 MBs：1Mbps0125MBs。 參考文獻 參見 網路地址轉換 橋接器 集線器 路由器 調變解調器 WiFi 無線接取器 網際網路歷史 電池交換機 Category 乙太網路 Category 網路硬體