第11章 以太网交换机工作原理

以太网交换机的工作原理
以太网交换机是一种用于局域网的网络设备，它可以实现局域网内部计算机之
间的数据交换和通信。

它的工作原理主要包括数据帧转发、地址学习、流量控制和碰撞域隔离等方面。

下面我们将详细介绍以太网交换机的工作原理。

首先，以太网交换机通过端口连接各个计算机，当一台计算机发送数据帧时，
交换机会接收到这个数据帧，并通过目的地址来确定应该将数据帧转发到哪个端口。

这样，交换机可以实现数据帧的精确转发，避免了广播风暴和网络拥堵的问题。

其次，以太网交换机还具有地址学习的功能。

当交换机接收到一个数据帧时，
它会学习源地址和端口的对应关系，并将这个信息存储在转发表中。

这样，在下次需要发送数据帧时，交换机就可以根据目的地址在转发表中查找对应的端口，从而实现数据帧的快速转发。

此外，以太网交换机还可以实现流量控制。

当交换机接收到大量的数据帧时，
它可以通过缓存和队列管理来控制数据的流量，避免网络拥堵和数据丢失的问题。

这样可以保证网络的稳定性和可靠性。

最后，以太网交换机还可以实现碰撞域隔离。

在以太网中，如果多台计算机同
时发送数据帧，就会产生碰撞，从而影响网络的正常运行。

而交换机可以通过端口隔离的方式，将不同的计算机划分到不同的碰撞域中，从而避免了碰撞的发生，提高了网络的传输效率。

综上所述，以太网交换机通过数据帧转发、地址学习、流量控制和碰撞域隔离
等功能，实现了局域网内部计算机之间的快速、稳定和可靠的数据交换和通信。

它在现代网络中起着非常重要的作用，是局域网中不可或缺的网络设备之一。

什么是以太网交换机？以太网交换机的工作原理详解！以太网交换机是基于以太网传输数据的交换机，以太网采用共享总线型传输媒体方式的局域网。

以太网交换机的结构是每个端口都直接与主机相连，并且一般都工作在全双工方式。

交换机能同时连通许多对端口，使每一对相互通信的主机都能像独占通信媒体那样，进行无冲突地传输数据。

那么，以太网交换机的工作原理有哪些呢？以太网交换机工作原理以太网交换机工作于OSI网络参考模型的第二层（即数据链路层），是一种基于MAC（Media Access Control，介质访问控制）地址识别、完成以太网数据帧转发的网络设备。

交换机上用于链接计算机或其他设备的插口称作端口。

计算机借助网卡通过网线连接到交换机的端口上。

网卡、交换机和路由器的每个端口都具有一个MAC地址，由设备生产厂商固化在设备的EPROM 中。

MAC由IEEE负责分配，每个MAC地址都是全球唯一的。

MAC 地址是长度为48位的二进制，前24位由设备生产厂商标识符，后24位由生产厂商自行分配的序列号。

交换机在端口上接受计算机发送过来的数据帧，根据帧头的目的MAC地址查找MAC地址表然后将该数据帧从对应端口上转发出去，从而实现数据交换。

交换机的工作过程可以概括为“学习、记忆、接收、查表、转发”等几个方面：通过“学习”可以了解到每个端口上所连接设备的MAC 地址；将MAC地址与端口编号的对应关系“记忆”在内存中，生产MAC地址表；从一个端口“接收”到数据帧后，在MAC地址表中“查找”与帧头中目的MAC地址相对应的端口编号，然后，将数据帧从查到的端口上“转发”出去。

交换机分割冲突域，每个端口独立成一个冲突域。

每个端口如果有大量数据发送，则端口会先将收到的等待发送的数据存储到寄存器中，在轮到发送时再发送出去。

好了，以上内容就是飞畅科技关于什么是以太网交换机？以太网交换机工作原理这个问题的相关详细介绍，希望能对大家有所帮助！。

第⼗⼀章以太⽹交换机⼯作原理⼀、共享式与交换式以太⽹1.共享式以太⽹概述：共享式以太⽹的典型代表是使⽤10Base2/10Base5的总线型⽹络和以集线器（集线器）为核⼼的星型⽹络。

在使⽤集线器的以太⽹中，集线器将很多以太⽹设备集中到⼀台中⼼设备上，这些设备都连接到集线器中的同⼀物理总线结构中。

从本质上讲，以集线器为核⼼的以太⽹同原先的总线型以太⽹⽆根本区别。

2.共享式以太⽹⼯作特点集线器多⽤于⼩规模的以太⽹，由于集线器⼀般使⽤外接电源（有源），对其接收的信号有放⼤处理。

在某些场合，集线器也被称为“多端⼝中继器”。

集线器同中继器⼀样都是⼯作在物理层的⽹络设备。

3.共享式以太⽹存在的弊端由于所有的节点都接在同⼀冲突域中，不管⼀个帧从哪⾥来或到哪⾥去，所有的节点都能接受到这个帧。

随着节点的增加，⼤量的冲突将导致⽹络性能急剧下降。

⽽且集线器同时只能传输⼀个数据帧，这意味着集线器所有端⼝都要共享同⼀带宽。

4.交换式以太⽹概述交换式以太⽹是以交换式集线器（switching hub）或交换机（switch）为中⼼构成，是⼀种星型拓扑结构的⽹络。

简称为以交换机为核⼼设备⽽建⽴起来的⼀种⾼速⽹络，这种⽹络在近⼏年来运⽤得⾮常⼴泛。

5.交换式以太⽹的优点 在交换式以太⽹中，交换机的每个端⼝处于独⽴的冲突域中，终端主机独占端⼝的带宽。

交换式以太⽹不需要改变⽹络其它硬件，包括电缆和⽤户的⽹卡，仅需要⽤交换式交换机改变共享式HUB，节省⽤户⽹络升级的费⽤。

可在⾼速与低速⽹络间转换，实现不同⽹络的协同。

⼤多数交换式以太⽹都具有100MBPS的端⼝，通过与之相对应的100MBPS的⽹卡接⼊到服务器上，暂时解决了10MBPS的瓶颈，成为⽹络局域⽹升级时⾸选的⽅案。

它同时提供多个通道，⽐传统的共享式集线器提供更多的带宽，传统的共享式10MBPS/100MPS以太⽹采⽤⼴播式通信⽅式，每次只能在⼀对⽤户间进⾏通信，如果发⽣碰撞还得重试，⽽交换式以太⽹允许不同⽤户间进⾏传送，⽐如，⼀个16端⼝的以太⽹交换机允许16个站点在8条链路间通信。

以太交换机工作原理以太交换机是一种网络设备，用于在局域网中传输数据包。

它的工作原理是基于以太网技术，能够实现数据包的快速转发和交换。

本文将详细介绍以太交换机的工作原理，包括数据包的转发过程、交换机的工作模式和数据包的过滤功能。

1. 数据包的转发过程以太交换机通过学习和转发数据包来实现局域网中不同设备之间的通信。

当一台设备发送数据包时，交换机会根据数据包中的目标MAC地址来确定数据包的转发路径。

如果交换机已经学习到了目标设备的MAC地址，它会直接将数据包转发到目标设备所在的端口；如果交换机还没有学习到目标设备的MAC地址，它会将数据包广播到所有端口，以便目标设备能够收到数据包并进行响应。

当目标设备响应后，交换机会学习到目标设备的MAC地址，并将其记录在转发表中，以便下次能够直接转发数据包。

2. 交换机的工作模式以太交换机有两种工作模式：存储转发模式和直通模式。

在存储转发模式下，交换机会先接收整个数据包，然后进行校验和处理，最后再将数据包转发出去。

这种模式可以确保数据包的完整性和正确性，但会增加延迟。

在直通模式下，交换机会在接收到数据包的同时进行转发，这样可以减少延迟，但无法进行校验和处理。

根据实际需求，用户可以根据需要选择不同的工作模式。

3. 数据包的过滤功能以太交换机还具有数据包的过滤功能，可以根据源MAC地址、目标MAC地址、源IP地址、目标IP地址等信息对数据包进行过滤和转发。

通过设置不同的过滤规则，用户可以实现对特定数据包的转发控制，从而提高网络的安全性和效率。

例如，用户可以设置只允许特定MAC地址的设备进行通信，或者禁止某些IP地址的设备进行通信。

总之，以太交换机是一种能够实现数据包快速转发和交换的网络设备，其工作原理基于以太网技术，包括数据包的转发过程、交换机的工作模式和数据包的过滤功能。

通过了解以太交换机的工作原理，用户可以更好地理解和使用这种网络设备，提高局域网的通信效率和安全性。

以太网交换机的工作原理
以太网交换机的工作原理主要分为三个步骤，即学习MAC地址、建立转发表和数据转发。

首先，交换机会通过学习MAC地址来建立转发表。

当一个数
据帧到达交换机时，交换机会查看数据帧首部中的源MAC地址，并将其与一个特定的端口关联。

如果该地址之前没有在转发表中出现过，交换机会将该地址与到达的端口关联起来，并在转发表中添加一条新的记录。

如果该地址已经存在于转发表中，交换机会更新该地址的关联端口。

接下来，交换机会根据转发表中的信息建立转发表。

转发表记录了到达交换机不同端口的MAC地址。

当交换机收到数据帧时，它会查看该数据帧首部中的目的MAC地址，并在转发表
中查找该地址的关联端口。

如果找到了目的MAC地址的关联
端口，交换机会直接将数据帧转发到该端口，而不会在其他端口上进行广播。

如果找不到目的MAC地址的关联端口，则交
换机会在所有端口上进行广播，以确保所有端口都能接收到数据帧。

最后，交换机会进行数据转发。

当交换机接收到一个数据帧时，它会根据转发表中的信息将该数据帧转发到目的MAC地址的
关联端口上。

交换机会利用硬件的转发表进行快速的转发，以确保数据帧能够以最快的速度到达目的地。

通过以上的学习MAC地址、建立转发表和数据转发的过程，
以太网交换机可以实现对数据帧的快速、准确的转发，提高了局域网的传输效率和带宽利用率。

以太网交换机是数据链路层的机器，是基于以太网传输数据的交换机，使用物理
地址(MAC地址)，48位，6字节。

其工作原理为：当接受到一个广播帧时，它会向除接受端口之外的所有端口转发。

当接受到一个单播帧时，检查其目的地址并对应自己的MAC地址表，如果存在目的地址，则转发，如果不存在则泛洪(广播)，广播后如果没有主机的MAC地址与帧的目的MAC地址相同，则丢弃，若有主机相同，则会将主机的MAC自动添加到其MAC地址
表中。

交换机分割冲突域，每个端口独立成一个冲突域。

每个端口如果有大量数据发送，则端口会先将收到的等待发送的数据存储到寄存器中，在轮到发送时再发送出去。

以太网交换机的应用非常广泛，在大大小小的局域网中都可以见到它们的身影。

例如丰润达系列以太网交换机，性能稳定，档次齐全，价格优势，应用最为普遍。

另
外以太网交换机端口速率可以不同，工作方式也可以不同，如可以提供10M、100M、1000M的带宽、提供半双工、全双工、自适应的工作方式等。

以太网交换机的主要功能：
1、学习：以太网交换机了解每一端口相连设备的MAC地址，并将地址同相应的
端口映射起来存放在交换机缓存中的MAC地址表中。

2、转发/过滤：当一个数据帧的目的地址在MAC地址表中有映射时，它被转发到连接目的节点的端口而不是所有端口(如该数据帧为广播/组播帧则转发至所有端口)。

3、消除回路：当交换机包括一个冗余回路时，以太网交换机通过生成树协议避免回路的产生，同时允许存在后备路径。

版权所有1.以太网交换机原理以太网交换机，作为今天我们广为使用的局域网硬件设备，一直为大家所熟悉。

它的普及程度其实是由于以太网的广泛使用，作为今天以太网的主流设备，几乎所有的局域网中都会有这种设备的存在。

看看以下的拓扑，大家会发现，在使用星型拓扑的情况下，以太网中必然会有交换机的存在，因为所有的主机都是使用电缆集中连接到交换机上从而能够互相连接的：其实在最早的星型拓扑中，标准的线缆集中连接设备是“HUB（集线器）”，但是集线器存在着：共享带宽、端口间冲突等问题，因为大家都知道，标准的以太网是一个“冲突的网络”，也就是说在一个所谓“冲突域”里面，最多只有两个节点可以互相通讯。

而且，虽然集线器有很多端口，但是其内部结构完全是以太网所谓的“总线结构”，也就是说其内部只有一条“线路”来进行通信。

如果上图中的设备是集线器的话，举个例子来说，假如端口1 和2 之间的节点正在通信，其它端口是需要等待的。

直接造成的现象也就是，比如端口1和 2 所连接节点之间传送数据需要10 分钟，端口 3 和 4 所在的节点在此同时也开始通过此集线器传输数据，互相间冲突，造成大家所需的时间都会变久，时间可能会达到20 分钟才能传送完毕。

也就是说集线器上互相通讯的端口越多，冲突越严重，传送数据所需的时间越久。

这种问题在小型以太网中并不会造成很大问题，并且可以很好的工作，但是如果网络上的通讯量有增加，或者连接的节点数目很多的时候，“冲突”会严重影响网络的性能，比如我们在第一章中讲解以太网原理的时候就解释过优化“冲突域”的问题，这时候我们需要能够隔离“冲突”的设备，交换机就可以完成这个功能了。

交换机在连接的时候，各个端口之间都可以同时通讯，也就是说端口间是不冲突的，也可以用来隔离冲突。

那么，什么样的原理造成交换机可以达成这个能力呢？我们来看看下图：高骞biteedu@ 版权所有翻录必纠 版权所有我们可以发现，交换机内部存在着桥接的环境，理论上每个端口之间都有独立的通路，而不是像集线器一样共享带宽。

以太网交换机工作原理端口是交换机与其他网络设备连接的接口，可以是电缆插口或者无线信号接收器。

每个端口有一个唯一的物理地址，称为MAC地址。

交换矩阵是连接交换机各个端口的核心部件，它负责将数据包从一个端口转发到另一个端口。

交换矩阵可以通过多种技术实现，常见的有Shared Memory（共享内存）和Crossbar（交叉开关）。

MAC地址学习表是交换机用来记录端口与MAC地址之间的对应关系的表格。

当交换机接收到一份数据包时，会查看数据包中的源MAC地址，并将其与接收到数据包的端口对应起来，记录在学习表中。

这样在转发数据包时，交换机只需要查找目的MAC地址对应的端口即可。

转发表是交换机用来存储转发规则的表格。

转发表中记录了不同的目的MAC地址与相应的输出端口之间的对应关系。

当交换机接收到一份数据包时，会查询转发表，并根据目的MAC地址找到相应的输出端口，然后将数据包转发出去。

1.学习阶段：当交换机接收到一份数据包时，会查看数据包中的源MAC地址，并将其与接收到数据包的端口对应起来，记录在MAC地址学习表中。

如果学习表中已存在该MAC地址，则更新相应端口的记录。

2.转发阶段：当交换机接收到一份数据包时，会查询转发表，并根据目的MAC地址找到相应的输出端口，然后将数据包转发出去。

如果转发表中不存在目的MAC地址的记录，则进行广播操作，将数据包发送到所有其他端口上。

3.过滤阶段：交换机还可以对接收到的数据包进行过滤操作，根据设置的规则过滤掉无效的、不安全的或超出容量的数据包。

这可以提高网络的安全性和性能。

4.路由器连接：以太网交换机通常用于构建局域网，但如果需要连接到其他局域网或广域网，则需要通过路由器进行连接。

交换机和路由器之间的连接通常是通过一个特定的端口来实现的。

总结起来，以太网交换机通过学习和转发表格，实现数据包的转发和广播。

它可以提供高速、安全的网络连接，提高网络传输的可靠性和稳定性。

通过连接多个交换机和路由器，可以构建复杂的网络拓扑，满足不同规模和需求的网络通信。

交换式以太网的工作原理
交换式以太网是一种常见的局域网技术，它通过交换机来实现数据包的转发。

工作原理如下：
1. 数据帧传输：当一台计算机要发送数据时，它会将数据封装成一个数据帧并发送出去。

数据帧中包含了目标计算机的物理地址（MAC地址）和数据内容。

2. 交换机学习：当交换机接收到数据帧时，它会读取数据帧中的目标MAC地址，并将这个地址存储到一个表中，表中记录
了每个计算机的MAC地址与对应的交换口。

3. 交换机转发：当交换机接收到数据帧后，它会检查目标
MAC地址在表中的对应交换口。

如果表中存在这条记录，交
换机就将数据帧转发到目标交换口；如果表中不存在这条记录，交换机会向所有其他交换口广播该数据帧，以寻找目标计算机。

4. 数据帧过滤：交换机可以对数据帧进行过滤，只会将数据帧发送到目标交换口，而不会向其他交换口广播。

5. 碰撞域的消除：交换式以太网可以消除传统的集线器（集线集）所存在的碰撞域问题。

由于交换机只在目标交换口发送数据帧，不会广播到整个网络，因此不会产生碰撞。

总之，交换式以太网利用交换机实现了数据帧的学习和转发，通过将数据帧只发送到目标交换口，而不广播到整个网络，从而提高了网络的效率和安全性。

以太网交换机工作原理
以太网交换机是一种用于局域网中的网络设备，它通过将网络数据包从源地址转发到目标地址，实现了网络中各个设备之间的通信。

以太网交换机的工作原理可以简述为帧转发、自学习和广播控制。

首先，以太网交换机实现帧转发。

当一个数据包到达以太网交换机的某个端口时，交换机会检查这个数据包的目标MAC地址。

如果该目标地址已存在于交换机的MAC地址表中，交换机将会通过对应的端口转发该数据包。

如果目标地址不存在于MAC地址表中，交换机会通过广播方式将数据包发送到所有其他端口，然后继续观察数据包的源MAC地址，并将该地址与接收到的数据包绑定到MAC 地址表中。

其次，以太网交换机通过自学习机制来完善MAC地址表。

当数据包从某个端口经过交换机时，交换机会观察源MAC地址和端口的对应关系，并将这个关系记录到MAC地址表中。

当再次接收到目标MAC地址与已知源MAC地址的数据帧时，交换机会快速找到目标MAC地址对应的端口，并只将该数据包转发到该端口，这样可以减少网络中不必要的数据发送，提高了网络的传输效率。

最后，以太网交换机通过广播控制机制来实现网络中广播数据的控制和管理。

即当一个数据包传输到以太网交换机的端口时，交换机会判断该数据包是否为广播数据包。

如果是广播数据包，交换机会将该数据包广播到所有其他端口上。

这样确保了局域网中广播数据的传播，同时也保证了网络中的广播数据的控制和管理。

总的来说，以太网交换机工作原理是基于三个关键机制：帧转发、自学习和广播控制。

通过这些机制，以太网交换机实现了对数据的高效转发和管理，提高了网络中设备之间的通信效率，同时也保证了网络的安全性和稳定性。

简述交换机的工作原理
交换机是计算机网络中的重要设备，用于将网络数据包从一个端口转发到另一个端口，实现分组交换和数据转发的功能。

交换机的工作原理包括以下几个方面：
1. 数据链路层处理：交换机工作在数据链路层，通过解析数据链路层帧头的目的MAC地址，确定帧的目标地址所对应的端口。

交换机维护一张MAC地址表，记录着每个MAC地址与
其对应的端口。

如果目标MAC地址在表中，则直接将数据包
转发到对应端口；若未在表中，则通过广播方式发送ARP请求，获取对应MAC地址并更新MAC地址表。

2. 转发逻辑：交换机通过硬件实现转发逻辑，快速识别数据包的目标地址，并将其从输入端口转发到输出端口。

通常采用高速交换芯片实现，可以同时处理多个端口的数据。

3. 拥塞控制：交换机具备拥塞控制机制，当输入端口接收到大量数据包时，交换机会根据可用带宽和端口状态进行拥塞处理，如丢弃过载数据包或进行流量限制，以确保网络的正常运行。

4. VLAN划分：交换机支持虚拟局域网（VLAN）的划分，将
不同的端口划分到不同的虚拟网络中，实现逻辑上的隔离和安全性。

5. Spanning Tree协议：交换机通过Spanning Tree协议（STP）防止网络中的环路，通过冗余路径的计算和选择，保证数据的
循环转发。

总结而言，交换机通过解析数据帧头的MAC地址，通过硬件实现快速转发和拥塞控制，实现数据的高效交换和转发。

对于大规模的网络，交换机的灵活配置和多种功能可以提高网络的性能和管理效率。

以太网交换机结构和原理以太网交换机是一种基于以太网技术的网络设备，主要用于实现局域网的数据交换。

它的主要作用是根据目的MAC地址和端口的对应关系，将数据包从一个端口复制并转发给目标端口，从而实现数据的快速传输和转发。

下面将从交换机的结构和原理两方面进行详细介绍。

一、交换机的结构1.交换机的外部结构交换机通常具有多个接口，用于连接多台终端设备，如计算机、服务器、打印机等。

每个接口都有一个端口号，用于标识不同的接口。

交换机能够通过不同的端口号将数据发送到相应的接口。

2.交换机的内部结构交换机内部通常包含以下几个主要部分：（1）端口：交换机的每个端口都与一个终端设备相连，可以通过端口来接收和发送数据。

（2）转发引擎：转发引擎是交换机的核心部分，主要负责实现数据包的转发和处理。

转发引擎通常由ASIC芯片（专用集成电路）组成，能够对数据包进行快速处理和转发。

（3）存储器：交换机通常具有一定的存储器容量，用于存储MAC地址表、数据包缓存等。

（4）控制板：控制板通常由CPU、操作系统和管理功能组成，用于控制和管理交换机的运行。

二、交换机的工作原理交换机的工作原理主要有两种模式：存储转发模式和直通模式。

1.存储转发模式（1）数据接收：当交换机接收到一个数据包时，首先会通过物理层和数据链路层的处理将数据包的帧头提取出来，并将源MAC地址记录到MAC地址表中。

（2）MAC地址表：MAC地址表存储了每个端口对应的MAC地址，以及MAC地址和接口的对应关系。

当交换机接收到一个新的数据包时，会根据源MAC地址在MAC地址表中查找对应的接口。

（3）根据MAC地址转发：如果在MAC地址表中找到了源MAC地址对应的接口，则将数据包发送到相应的接口，并更新源MAC地址的端口信息。

如果没有找到源MAC地址对应的接口，则将数据包广播到所有的端口上。

（4）根据目的MAC地址转发：当交换机接收到一个数据包时，会根据目的MAC地址在MAC地址表中查找对应的接口。

以太网交换机工作原理
以太网交换机是一种网络设备，用于在局域网（LAN）中转
发以太网帧。

它的工作原理如下：
1. MAC地址学习：当交换机收到一个以太网帧时，它会提取
帧中的目标MAC地址，并将该地址与输入端口关联起来，以
此学习哪个MAC地址位于哪个端口。

交换机将这些信息记录
在一个地址表中。

2. MAC地址转发：一旦交换机学习到某个MAC地址位于特
定的端口上，它将只向该端口转发帧，而不是向所有端口广播。

这种方式可以提高网络的效率和安全性。

3. 广播和未知目标处理：当交换机收到一个广播帧时，它会将该帧发送到所有的端口上，以便其他设备能够接收到。

对于目标MAC地址未知的帧，交换机将其发送到除接收端口外的所
有端口上。

4. 数据转发速度：以太网交换机通常具有高速转发能力。

它能够以硬件方式进行帧的交换和转发，这使得数据能够以线速进行传输，减少了网络延迟。

5. VLAN支持：一些以太网交换机支持虚拟局域网（VLAN）
功能。

VLAN可以将一个物理局域网划分为多个逻辑上的局域网，实现隔离和安全性。

总的来说，以太网交换机通过学习和转发MAC地址来提高网
络效率和安全性。

它有效地减少了网络拥塞和冲突，提供了快速而可靠的数据传输。