交换式以太网是什么？

在网络建设和互联网应用中，有一种非常重要的网络设备，那就是以太网交换机。以太网交换机负责在以太网局域网中的各种有线设备之间实现通信，这些设备包括个人电脑、服务器、Wi-Fi接入点、PoE照明设备以及物联网设备等。

什么是以太网？

通过让联网设备遵循一套规则来运行，这些规则使得各个设备能够相互之间进行通信，而不会出现数据冲突的情况。这样，以太网技术就被开发出来，以解决共享网络中的数据包冲突问题。这些联网设备通过电缆与以太网交换机相连，而交换机则负责控制设备、应用程序以及互联网之间的数据传输。

以太网是IEEE 802.3标准的俗称，该标准基于载波侦听多路访问/冲突检测协议。这一协议定义了端点地址、通信速率、传输介质，以及何时发送数据。此外，它还规定了在检测到冲突时应该采取何种措施。IEEE 802.3标准的主要分类点包括传输距离、带宽容量（从10 Mbps到Tbps不等），以及所使用的电缆类型，如同轴电缆、双绞线或光纤等。

从最初的应用开始，以太网就取得了显著的进步。如今，它已成为基于IP的网络以及互联网的标准协议。现在，大多数网络都使用以太网交换机作为其主要技术手段，而以太网交换机也成为了非常流行的网络交换机类型。

交换式以太网

以太网交换机通过多个端口来建立网络，并实现局域网设备之间的通信。与路由器不同，以太网交换机只能连接一个局域网和一个广域网。一个完整的企业级基础设施既包括有线的连接方式，也包括通过Wi-Fi实现的无线连接方式。

这些以太网交换链路设备，可以用来连接各种设备，包括计算机、笔记本电脑、路由器、服务器以及打印机等，从而实现局域网的连接。 多个以太网交换机端口能够更快地实现设备的连接，同时还能让多个设备之间的连接更加简单。 hubs类似于以太网交换机，它们拥有许多端口，通过这些端口，局域网中的各种设备可以进行有线连接。 主要区别在于，交换机能够合理地分配带宽到各个端口上，而以太网交换机则可以在不降低网络性能的情况下，为某些特定端口提供额外的带宽。 当网络中有多个设备时，以太网交换方式能够提供更好的性能表现。

路由器负责在不同的网络之间建立连接；它们通常用来连接这些网络。从局域网（LAN）到广域网（WAN）。路由器通常位于网络的入口处，负责将数据包沿着网络传输下去。

在大多数商业网络中，都会结合使用交换机、路由器、集线器以及有线和无线技术。

交换式以太网是如何工作的呢？

以太网交换机通过将多个设备物理连接在同一台交换机上，或者连接到同一网络中的另一台交换机上，从而实现设备的互联互通。这些电缆包括同轴电缆、光纤电缆以及双绞合以太网电缆。

当设备连接到某个端口时，以太网交换机会控制数据在设备与其他设备、应用程序、云服务以及互联网之间的传输。根据发送设备的端口以及发送端和接收端的MAC地址，交换机会将数据路由到正确的端口。发送端和接收端的MAC地址会被提供出来，然后数据会以以太网帧的形式被发送出去。

所有与以太网兼容的设备都拥有一个物理标识符，这个标识符被称为MAC地址。连接到的交换机会使用这个MAC地址来唯一识别每台设备。

当交换机接收到以太网数据包时，它会将该数据包的发送设备的MAC地址以及该数据包所连接的端口信息记录到本地存储的数据库中，这个数据库被称为MAC地址表。随后，交换机会检查MAC地址表，以确定目的地的MAC地址是否已经与同一台交换机相关联。如果确实如此，那么交换机就会将该数据包路由到已知的目标端口。如果没有关联，那么交换机就会将该数据包发送到所有端口，然后等待对方的响应。

如果交换机与目标设备之间存在连接，那么该设备就会接收到数据包以及相应的响应信息，此时传输过程就完成了。如果该设备与另一个交换机相连，那么下一个交换机会继续进行搜索和转发操作，直到该帧到达其目的地为止。

以太网交换机的规模和能力各不相同，从像家庭中的小型设备到速度极快的千兆级核心交换机都有。根据网络结构或规模的不同，以太网交换机可以被分为三种类型：接入层交换机、分布层交换机以及核心层交换机。通常，交换网络采用树状结构，即较小的交换机与接入层的设备相连，较大的交换机则负责实现分布功能，而最顶层的交换机则作为核心层交换机来发挥作用。

交换式以太网的应用

以太网交换机被用于以下目的：

• 这些交换机在将笔记本电脑、个人电脑、服务器、打印机以及路由器等有线设备连接到局域网方面发挥着重要作用。
• 这种交换机是一种网络设备，它既是互联网的基础设施，也是各种网络连接的基石。
• 这些以太网交换机端口使得多个设备之间的通信更加便捷、高效。
• 这个交换机连接了许多端口，从而形成了与局域网中其他设备的通信网络。
• 这是一种非常流行的网络交换机类型，它被用于以太网中，通过数据包交换的方式，将多个以太网设备连接起来。这种交换机能够负责处理、转发和接收来自各个设备之间的数据。
• 这个交换机的作用就是将一根以太网电缆转换为多个有线的连接通道。
• 这是一种常用于工作场所或建筑物中的物理设备。

特点/特征

以下是交换式以太网的一些特点。

• 在OSI模型中，以太网交换机运行在数据链路层，即第二层。
• 它的端口数量比之前多了很多。
• 该交换机具有多端口网络桥接功能，同时也是一种智能网络设备。
• 为了将数据包发送到特定的端口，这款交换机利用了……媒体接入控制层或者MAC地址。
• 为了将数据包从源设备传输到目标设备，它采用了数据包交换技术。
• 支持传输组播以及单播通信。
• 这里使用的是全双工传输方式。
• 因为这些交换机具备网络管理和网络软件功能，所以它们被称为“主动式设备”。
• 这些交换机在将数据传输到目标端口之前，可能会进行一些错误检查。

交换式以太网的结构/架构

以太网交换机的架构如下所示。我们知道，以太网交换机的主要作用就是为计算机和其他设备构建网络。网络工程师通常会使用这些交换机来连接不同的设备。CPU、复制引擎、转发引擎、交换结构、控制器以及缓冲区都是以太网交换机的重要组成部分。

CPU

该交换机的CPU负责管理所有与设备相关的基本操作。CPU的功能类似于人的大脑，它向身体的各个部位发送指令，从而让身体能够执行各种任务。同样地，CPU也充当着以太网交换机的大脑的角色。

复制引擎

以太网交换机的复制引擎负责将数据包复制并发送到正确的目的地。在当今的商业环境中，通过网络将单个数据包发送到多个目的地已经变得越来越常见了。

这样，数据可以在整个网络中快速而高效地传输。因为，系统会一次性发送多个数据包，而不是先向一个目标设备发送一个单独的数据包，然后再将其转发到另一个目标设备。

转发引擎

该交换机的转发引擎是负责处理设备上的所有路由和交换功能的核心部件。为了实现这一功能，转发引擎配备了查找表，这些表可以将数据包发送到正确的目的地。每个数据包中都包含有关源地址和目的地址的信息。实际上，转发引擎会从数据包中读取目的地址，然后将其正确地发送出去。

交换机结构

所谓“交换结构”的基本概念，可能比较难以理解，因为它涉及一些复杂的概念。简单来说，交换结构包括硬件和软件两部分。硬件指的是网络节点中使用的各种交换设备，而软件则负责管理各个交换通道的功能。交换结构可以被看作是一种比喻，用来描述交换路径与端口之间的关系。

虚拟输出队列

虚拟输出队列是一种极其快速的存储设备，它能够在芯片内部实现帧的排队处理。进行排队操作是必要的，这样就能避免网络在传输过程中出现中断的情况。此外，从网络传入的数据包数量也不应超过MAC接口所能承受的范围。

10G MAC

在以太网连接上，10G媒体访问控制技术能够实现每秒高达100亿比特的传输速率。

Linksec

Linksec使用一种加密处理器来进行线路速率的加密处理。

交换式以太网的类型

以太网交换机可以分为两类：管理型交换机和未管理型交换机。下面将对这两种类型的交换机进行详细说明。

管理型交换机

这种管理型交换机至少包含一百到一千个配置选项，这些选项对于企业局域网来说非常有用。这些交换机的规模则介于中等到大型之间。 这种以太网交换机拥有对网络的完全控制权，并且可以自行管理每一个以太网端口。 此外，这种方法还有助于实现最大化的网络效率，尤其是在使用千兆或10吉比特网络的情况下。 这些交换机允许操作员在新设备连接到网络时，设置特定的权限和认证流程。

未受管理的交换机

非管理型交换机是一种即插即用的设备，其配置过程需要通过以太网线进行。这类设备的结构主要基于以太网设备之间的自动协商功能，从而提升了它们之间的通信效率。

此外，该开关还具备端口倍增功能，能够自动选择合适的数据传输速率，并可在半双工模式和全双工模式之间切换。

这些交换机可以通过操作员的物理调整来进行管理，它们能够提供基本的网络连接功能，而无需进行任何修改。不过，与那些可以管理的交换机相比，这些交换机在安全性和灵活性方面并不具备相同的水平。

优点/好处

以太网交换机的优点包括以下几点。

• 这些交换机在避免网络停机方面表现得非常高效。
• 网络性能可以得到提升。
• 它能够有效提升网络中可使用的带宽。
• 它凭借出色的安全功能，能够有效保护您的企业网络。
• 通过远程管理功能以及减少布线成本，从而降低了IT相关成本。
• 它提供了针对特定工作站的特殊网络连接方式，从而实现了更灵活的定制性。
• 它提升了该组织的数据传输能力。
• 这样可以减轻每台主机上的负载。

缺点/不利因素

以下是使用以太网交换机所带来的缺点。

• 这些交换机的价格相当昂贵。
• 交换机桥接设备故障可能会导致整个网络无法正常运转。
• 使用交换机来识别网络连接问题是比较困难的。
• 管理多播数据包需要一种恰当且重要的架构。