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什么是以太网交换机_以太网交换机工作及其应用

2024-08-27

以太网网络使用不同的网络硬件来确保设备的连接性。因此，以太网交换机是其中最重要的设备。此交换机非常有效地使用硬件地址来连接设备，因此它被认为是网络的大脑。目前在计算机网络或数据中心中，这些交换机的重要性一直在增加，因此这些交换机的设计具有不同的配置和规格。这些交换机根据设计、架构、功能、端口等不同因素进行区分。

一、什么是以太网交换机：

用于将笔记本电脑、计算机、服务器、打印机和路由器等有线设备连接到 LAN 或局域网的交换机称为以太网交换机。此开关允许连接到网络的各种设备进行数据交换和相互通信。

多个以太网交换机端口使各种设备之间的访问和连接更加顺畅。此交换机创建网络并利用许多端口在局域网内的不同设备之间进行通信。

以太网交换机与路由器相比有所不同，因为它连接网络并仅使用单个LAN和WAN端口，而集线器则与以太网交换机相关，其中连接在局域网上的设备将通过多个端口连接到它们。但这两者之间的主要区别在于;集线器在端口之间均匀传输带宽，而以太网交换机可以为某些端口提供更多带宽，而不会破坏网络性能。每当网络上的各种设备处于活动状态时，以太网交换机就会提供更强大的性能。

二、以太网交换机的特征：

以太网交换机的功能包括以下内容。

1．以太网交换机在 OSI 模型的数据链路层/第 2 层运行。

2．它具有更多的端口。

3．该交换机是一种智能网络设备，可以认为是多端口网络桥。

4．此交换机使用 MAC（介质访问控制层）将数据包传输到首选端口。

5．它利用数据包交换方法将数据包从源转发和获取到目标设备。

6．它支持单播、多播和广播通信。

7．此处使用的传输方式是全双工。

8．这些交换机被称为主动设备，因为它们配备了网络管理和网络软件的功能。

9．在将数据发送到目标端口之前，这些开关会执行一些错误检查。

三、以太网交换机架构：

我们知道以太网交换机主要用于形成计算机的网络和其他设备。这些交换机主要由网络工程师用于从一个设备连接到另一个设备。以太网交换机架构中的主要组件包括CPU、复制引擎、转发引擎、交换机结构、控制器和缓冲区。

1．中央处理器：

交换机中的 CPU 负责处理设备上的所有基本指令。CPU 类似于您的大脑负责通过身体传输信号以执行不同的事情。同样，CPU 的工作原理类似于以太网交换机的大脑。

2．复制引擎：

以太网交换机内的复制引擎的任务是复制数据包并将它们传输到他们选择的目的地。在目前的组织中，仅将数据包发送到网络中的多个目的地变得越来越普遍。

这通过一次性传输重复的数据包来保持数据在整个网络中快速有效地流动，而不是将单个独特的数据包传输到单个目的地，然后再将其传输到下一个目的地。

3．转发引擎：

这个交换机的转发引擎是负责在设备上做出所有路由和切换决策的主要组件。为此，转发引擎包括将数据包传输到合适目的地的查找表。每个数据包都包含如源和目标数据包地址的信息。转发引擎简单地读取数据包上的目的地地址，然后，它相应地在那里传输。

4．交换矩阵：

交换矩阵主概念可能相当困难，因为它涉及一些困难的主题。基本上，开关布包括硬件和软件，其中包含在网络节点中的开关单元，而软件是控制开关通道所必需的。交换机结构被用作隐喻来解释交换路径和端口之间的关系。

5．VOQ：

Virtual Output Queues 是一个极高速的内存�？椋糜谠谛酒谥葱兄《恿�。在这里，需要 Queueing 来检查结构是否在出站方式中未超限。此外，从交换矩阵到达的数据包不应使 MAC 接口溢出。

6．10G MAC：

以太网端口中的 10G 媒体访问控制提供高达每秒 100 亿比特的数据速度。

四、以太网交换机如何工作：

以太网交换机的工作原理是学习连接到它的每台设备的地址和 MAC（媒体访问控制）地址。然后，它使用此信息来决定应将数据包发送到何处。例如，如果一个用户向同一交换机上的另一个用户发送数据，则交换机将知道他们的计算机在哪里，并将数据包直接发送到那里，而不是沿着环绕建筑物的长电缆路径发送数据包，直到到达目的地。通过减少网络流量并提高性能，交换机有助于保持网络平稳高效地运行。

它的功能类似于集线器，但它比集线器具有更高的智能和更高的性能。与使用碰撞来确定何时应发送数据的集线器不同，交换机使用去冲突。交换机还具有存储和转发帧的能力，因此即使网段上没有空闲端口，它们也可以发送数据。这意味着，如果一台计算机向同一网段上的另一台计算机发送数据包，并且没有可用的端口供交换机发送该数据包，则交换机将保留它，直到有可用端口或直到指定的超时期限已过;在任何一种情况下，它都会尝试寻找另一个端口来发送数据包。当数据包到达 input 端口（或端口）时，会将其与存储在内存中的查找表进行比较，并相应地将数据发送到相应的端口。

为此，它会读取 ethernet 标头的 EtherType 字段。Ethernet 标头中的 Ether type 字段用于指示负载的协议类型。以太网交换机使用此字段来确定是否应转发或丢弃数据包。例如，IPv4 数据包的 EtherType 字段设置为 0x0800，因此所有交换机都会丢弃 EtherType 不是 0x0800 的数据包。

交换机将丢弃目标 MAC 地址与其自己的 MAC 地址不匹配的所有数据包。交换机还应配置生成树协议（STP）端口优先级和路径开销值，以便它仅通过 STP 正确配置的端口转发帧。

如果交换机收到多个发往同一端口的�。虮匦胧褂媚持只评唇饩龀逋�。为了减少冲突，大多数以太网交换机在共享媒体段上传输数据时使用 CSMA/CD 协议。

它使用 CSMA/CD（带冲突检测的载波侦听多址访问）协议来确定何时传输数据。

CSMA/CD 是一种协议，用于在多个站点之间共享单个通信通道，以便所有站点都有平等的机会传输数据。当工作站想要发送数据时，它首先侦听网线上的任何其他流量。如果没有其他流量，则 station 会发送其数据。如果工作站检测到另一次传输，它将等到另一次传输完成，然后再尝试发送自己的数据。

当两个工作站尝试同时发送数据时，它们被称为冲突。每个工作站都会收到一条错误消息，指示它们已发生碰撞，应稍后重试发送其数据。

以太网交换机和集线器之间的主要区别在于，以太网交换机只能将数据包发送到预期接收者所在的端口，而集线器会将所有数据包转发到除接收数据包的端口之外的每个端口。

五、以太网交换机的类型：

1．被动矩阵网络交换机：被动矩阵交换机使用硅二极管阵列来确定哪个端口应接收每个传入帧。这使得它们比有源矩阵开关更便宜，但对于大多数应用来说仍然足够快。

2．有源矩阵网络交换机：有源矩阵交换机使用晶体管而不是二极管作为其开关元件。这使它们更加节能，并且还使它们能够处理比无源矩阵开关所能支持的速度高得多的速度

六、以太网交换机端口：

以太网交换机端口用于将网络设备连接到交换机。这些端口具有物理开口，用于插入用于连接各种设备的数据线。这些端口的分类可以根据不同的因素进行，如下所示。

基于架构：以太网交换机端口根据架构进行分类。

1．Access Port：此端口是以太网交换机上的一种连接类型，用于从确切的 VLAN 传输数据或将数据传输到确切的 VLAN。此端口有助于将交换机连接到不同的主机设备，如打印机、台式机、笔记本电脑等。

2．中继端口：交换机上的中继端口用于从多个VLAN传输数据。此端口在将交换机连接到其他交换机、服务器、路由器等时非常有用。

3混合端口：此交换机中的混合端口用于与一个或多个 VLAN 之间传输数据。此端口用于连接不同的网络设备以及用户设备。这个端口简单地支持来自虚拟局域网的标记和未标记的帧。此端口还同时从 VLAN 获取帧。

基于功能：以太网交换机端口根据功能进行分类。

1．组合端口：组合端口是一个复合端口，它通过相似的端口号和交换机结构支持两个不同的物理端口，尽管这两个端口不能同时使用。此端口对于根据应用程序的要求配置交换机非常有用。

2．堆栈端口：这是一种特殊端口，用于连接另一个相同型号、软件版本和品牌的可堆叠交换机，通过相当于组合交换机数量的端口容量作为单个可堆叠交换机运行。此端口有助于建立非常远的距离连接。

3．PoE 端口：在 PoE 端口中，术语 PoE 代表以太网供电。这个端口只允许一根网线同时传输电源和数据。这个端口用于不同的设备，如IP安全摄像头或无线网络中继器，这些设备使用单一的以太网电缆进行数据、语音和电源。

以设计为基�。阂蕴换换丝诮蟹掷�。

1．RJ45 端口：RJ45 或注册插孔 45 端口用于在需要以太网联网的地方通过其他设备进行通信。该端口支持高达 100 Mbps 的速度，用于 LAN、桌面交换机的上行链路、数据中心的服务器交换等。

2．SFP 端口：网络设备上的 SFP 端口或小型可插拔端口是连接 SFP 收发器的插槽。它允许千兆交换机连接到各种以太网和光纤电缆，以扩展通过网络切换的功能。此端口支持高达 1 Gbps 的速度。

3．SFP+ 端口：SFP 端口的高级版本是 SFP+ 端口，它以 10 Gbps 的速度保持高数据速率。SFP+ 收发器无法插入 SFP 端口，因为 SFP+ 不支持低于 1Gbps 的速度。

4．SFP28 端口：SFP+ 端口的增强版是 SFP28 端口，主要用于传输 25G 信号。该端口还支持高达 25 Gbps 的速度，也用于升级网络。

5．QSFP+ 端口：QSFP+ 端口或四通道小型端口主要包括四个通道，用于为相应的 SFP 提供四倍速度的支持。此端口支持高达 40 Gbps 的速度。此端口包括一个 4 通道 10 Gbps SFP+ 接口

6．QSFP28 端口：四个小型 28 端口（QSFP28 端口）包括四个通道，支持速度是相应 SFP 的四倍。此端口支持高达 100 Gbps 的速度。它包括 25 Gbps 4 通道 SFP28 接口。

七、以太网交换机的类型：

以太网交换机有管理型和非管理型交换机两种类型，下面将讨论。

1．管理型交换机：

管理型交换机提供至少 100 到 1000 个配置选项，这些选项对于公司 LAN 非常有用，范围从中型到大型。这种以太网交换机在网络上拥有完整的控制权，可以安排以太网的每个端口。此外，这有助于通过千兆位或 10 Gb 链路在网络上实现最高效率。这些类型的开关允许操作员在网络中包含新设备时安排自定义的安全策略进行授权和认证。

2．非管理型交换机：

无人值守交换机是即插即用设备，需要在以太网电缆之外进行特殊安装。它的安排主要取决于以太网设备之间的自动协商，这有助于允许它们之间的通信。

此外，这个交换机就像一个端口倍增器，可以自动识别适当的数据速率，并在半双工和全双工模式之间切换。

这些开关可以通过操作员物理更改来访问，这些开关提供了基本的网络访问功能，无需定制。但是，这些类型的交换机并不像管理交换机那样提供安全性和灵活性。

八、以太网交换机与路由器的区别：

以太网交换机和路由器之间的区别包括以下内容。

此交换机无法实现 NAT（网络地址转换）。

1．以太网交换机：

以太网交换机用于连接网络内的多个联网设备。

开关适用于 OSI 模型的第二层，即数据链路层。

交换机包括不同的端口，如 8、16、24、48 和 64。

它用于局域网。

它只提供端口安全性。

在做出复杂的路由决策时，交换机需要更多时间。

这些被称为半智能设备。

它以�。ㄓ糜� L2 交换机）和数据包（用于 L3 交换机）的形式将信息从一个设备发送到另一个设备。

这些开关可在任何传输模式下工作，例如全双工或半双工。

交换机通过有线网络工作。

交换机中使用内容可寻址内存（CAM）表作为源和目标MAC地址。

路由器可以通过有线和无线网络工作。

2．路由器：

路由器用于连接多个交换机及其等效网络。

此路由器可在 3RD层，即网络层。

路由器包括两个端口快速以太网和串行端口。

该路由器可以实现（Network Address Translation）。

它用于局域网或城域网。

它提供安全措施来保护网络免受安全威胁。

路由器可以比交换机更快地做出路由决策。

这些设备称为智能网络设备。

它以数据包的形式将信息从一个网络发送到另一个网络。

路由器只能在全双工传输模式下工作，但是，以对其进行物理修改以在半双工模式下工作。

路由器中使用路由表来获取目标 IP 的最佳路由。

3．优势：

以太网交换机的优点包括以下内容。

这些交换机在减少网络停机时间方面非常有用。

网络性能有待提升。

它会增加网络上的可用带宽。

它通过强大的安全功能保护您的企业网络

通过远程管理选项和布线费用降低IT成本。

它为特定工作站提供独特的网络交换机连接，以进行其他自定义。

它增加了组织的数据传输容量。

它减轻了单独主机 PC 的负担。

4．以太网交换机的缺点：

这些开关很昂贵。

交换机桥故障可能导致网络关闭。

使用交换机跟踪网络连接问题很困难。

需要一个适当且最重要的设计来处理多播数据包。

5．应用：

以太网交换机的应用包括以下内容。

这些交换机在将有线设备如笔记本电脑、计算机、服务器、打印机和路由器连接到局域网中起着关键作用。

这个交换机是一种网络硬件，它是互联网和网络的基础。

有许多以太网交换机端口允许在众多设备之间实现非常顺畅的访问和快速连接。

此交换机使用多个端口并创建一个网络以与局域网内的不同设备进行通信。

这是以太网中最常用的网络交换机类型，用于通过分组交换连接不同的以太网设备，以处理、转发和接收数据。

此交换机仅允许您将一根以太网电缆旋转为多个有线连接。

这是一种通常在办公室网络或家庭中找到的物理设备。

因此，这就是以太网交换机的概述，与应用程序一起使用。这是一种电信设备，用于将多个设备或计算机连接在一起，以毫无困难地扩展网络。选择以太网交换机时需要考虑不同的因素，例如传输速度、交换机端口数量、网络基础设施、功能、价格差异和可靠的供应商。

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