網(wǎng)絡(luò)及電信中的交換概念
????????以太網(wǎng)上的幀包含源MAC地址與目的MAC地址。交換機從源設(shè)備接收到幀并快速發(fā)往目的地址帮非。交換的基本概念指基于以下兩條準則做出決策的設(shè)備：
1氧吐、進入（ingress）端口
2讹蘑、目的地址
????????術(shù)語ingress用于描述幀通過特定端口進入設(shè)備，egress用于描述設(shè)備通過特定端口離開設(shè)備筑舅。交換機做出轉(zhuǎn)發(fā)決定的時候座慰，是基于進入端口以及消息的目的地址的。
????????LAN交換機維護一張表翠拣，通過這張表決定如何轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)流版仔。LAN交換機唯一智能部分是利用這張表基于消息的進入端口和目的地址來轉(zhuǎn)發(fā)。一個LAN交換機中只有一張定義了地址和端口的主交換表误墓；因此蛮粮，無論進入端口如何，同一目的地址的消息永遠從同一出口離開谜慌。
MAC地址表的動態(tài)更新
????????一個交換機要知道使用哪一個端口傳送幀然想，首先必須學(xué)習(xí)各端口有哪些設(shè)備。隨著交換機學(xué)習(xí)到端口與設(shè)備的關(guān)系欣范，它建立起一張MAC地址表变泄，或內(nèi)容可尋址寄存表（CAM）。CAM是一種應(yīng)用于高速查找應(yīng)用的特定類型的memory熙卡。交換機將連接到它的端口的設(shè)備的MAC地址記錄到MAC表中杖刷，然后利用表中信息將幀發(fā)送至輸出端口設(shè)備，該端口已指定給該設(shè)備驳癌。
????????記住交換機操作模式的一句簡單的話是：交換機學(xué)習(xí)“源地址”滑燃，基于“目的地址”轉(zhuǎn)發(fā)。幀進入交換機時颓鲜，交換機“學(xué)習(xí)”接收幀的源MAC地址表窘，并將此地址添加到MAC地址表中，或刷新已存在的MAC地址表項的老化寄存器甜滨；后續(xù)報文如果去往該MAC地址乐严，則可以根據(jù)此表項轉(zhuǎn)發(fā)。幀轉(zhuǎn)發(fā)時衣摩，交換機檢查目的MAC地址并與MAC地址表中地址進行比較昂验。如果地址在表中，則轉(zhuǎn)發(fā)至表中與MAC地址相對應(yīng)的端口艾扮。如果沒有在表中找到目的MAC地址既琴，交換機會轉(zhuǎn)發(fā)到除了進入端口以外的所有端口泛洪（flooding）。有多個互連交換機的網(wǎng)絡(luò)中泡嘴，MAC地址表對于一個連接至其他交換機的端口記錄多個MAC地址甫恩。
????????以下步驟描述了更新MAC地址表的方法：
????????1.交換機在port 1接收到來自PC 1的幀。
????????2.交換機檢查源MAC地址并與MAC地址表相比較酌予。
????????·如果地址不在表中磺箕，則交換機在MAC地址表中將PC 1的源MAC地址關(guān)聯(lián)到進入端口（port 1）奖慌。
·????????如果已經(jīng)存在該源地址的MAC地址表項，則交換機重置老化計時器松靡。通常一個表項會保持5分鐘简僧。
????????3.交換機記錄源地址信息之后，檢查目的地址
·????????如果目的MAC地址不在表項中或如果它是一個廣播MAC地址击困，則交換機把該幀泛洪（flood）至除了進入端口以外的所有端口涎劈。
????????4.目標設(shè)備（PC 3）返回目的地址為PC 1的單播幀。
????????5.交換機地址表中輸入PC 3的源MAC地址以及進入端口的端口號阅茶。在表項中找到該幀的目的地址及關(guān)聯(lián)的輸出端口蛛枚。
????????6.交換機現(xiàn)在可以在源和目標設(shè)備之間傳送幀而無需泛洪，因為地址表中已有指定關(guān)聯(lián)端口的表項脸哀。
交換機轉(zhuǎn)發(fā)方式：
存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換(Store-and-Forward)
????????運行在存儲轉(zhuǎn)發(fā)模式下的交換機在發(fā)送信息前要把整幀數(shù)據(jù)讀入內(nèi)存并檢查其正確性蹦浦。盡管采用這種方式比采用直通方式更花時間，但采用這種方式可以存儲轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)撞蜂，從而保證其準確性盲镶。由于運行在存儲轉(zhuǎn)發(fā)模式下的交換機不傳播錯誤數(shù)據(jù)，因而更適合大型局域網(wǎng)蝌诡。存儲轉(zhuǎn)發(fā)模式有兩大主要特征區(qū)別于直通轉(zhuǎn)發(fā)模式：
差錯控制：
????????使用存儲轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)的交換機對進入幀進行差錯控制溉贿。在進入端口接收完整一幀之后，交換機將數(shù)據(jù)報最后一個字段的幀校驗序列（frame check sequence, FCS）與自己的FCS進行比較浦旱。FCS校驗過程用以幫助確保幀沒有物理及數(shù)據(jù)鏈路錯誤宇色，如果該幀校驗正確，則交換機轉(zhuǎn)發(fā)颁湖。否則宣蠕，丟棄。
自動緩存：
????????存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換機通過進入端口緩存甥捺，支持不同速率以太網(wǎng)的混合連接抢蚀。例如，接收到一個以1Gb/s速率發(fā)出的幀镰禾，轉(zhuǎn)發(fā)至百兆以太網(wǎng)端口皿曲，就需要使用存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式。當進入與輸出端口速率不匹配時吴侦，交換機將整幀內(nèi)容放入緩存中谷饿，計算FCS校驗，轉(zhuǎn)發(fā)至輸出緩存之后將幀發(fā)出妈倔。
Cisco的主要交換方式是存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換。
直通交換（Cut-Through）
????????直通交換的一個優(yōu)勢是比存儲轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)更為快速绸贡。采用直通模式的交換機會在接收完整個數(shù)據(jù)包之前就讀取幀頭盯蝴，并決定把數(shù)據(jù)發(fā)往哪個端口毅哗。不用緩存數(shù)據(jù)也不用檢查數(shù)據(jù)的完整性。這種交換方式有兩大特點：快速幀轉(zhuǎn)發(fā)以及無效幀處理捧挺。
快速幀轉(zhuǎn)發(fā)：
????????如下圖所示虑绵，一旦交換機在MAC地址表中查找到目的MAC地址，就立刻做出轉(zhuǎn)發(fā)決定闽烙。而無需等待幀的剩余部分進入端口再做出轉(zhuǎn)發(fā)決定翅睛。
????????使用直通方式的交換機能夠快速決定是否有必要檢查幀頭的更多部分，以針對額外的過濾目的黑竞。例如捕发，交換機可以檢查前14個字節(jié)（源MAC地址，目的MAC很魂，以太網(wǎng)類型字段）扎酷，以及對之后的40字節(jié)進行檢查，以實現(xiàn)IPv4三層和四層相關(guān)功能遏匆。
無效幀處理：
????????對于大多數(shù)無效幀法挨，直通方式交換機并不將其丟棄。錯誤幀被轉(zhuǎn)發(fā)至其他網(wǎng)段幅聘。如果網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)高差錯率（無效幀）凡纳，直通交換可能會對帶寬造成不利影響，損壞以及無效幀會造成帶寬擁塞帝蒿。在擁塞情況下荐糜，這種交換機必須像存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換機那樣緩存。
無碎片轉(zhuǎn)發(fā)（Fragment Free）
????????無碎片轉(zhuǎn)發(fā)是直通方式的一種改進模式陵叽。交換機轉(zhuǎn)發(fā)之前檢查幀是否大于64字節(jié)（小于則丟棄）狞尔，以保證沒有碎片幀。無碎片方式比直通方式擁有更好的差錯檢測巩掺，而實際上沒有增加延時偏序。它比較適合于高性能計算應(yīng)用，即進程到進程延時小于10毫秒的應(yīng)用場景胖替。
交換機域：
????????交換機比較容易混淆的兩個術(shù)語是沖突域和廣播域研儒。這一段講述這兩個影響LAN性能的重要概念。
沖突域
????????設(shè)備間共享同一網(wǎng)段稱為沖突域独令。因為該網(wǎng)段內(nèi)兩個以上設(shè)備同時嘗試通訊時端朵，可能發(fā)生沖突。使用工作在數(shù)據(jù)鏈路層的交換機可將各個網(wǎng)段的沖突域隔離燃箭，并減少競爭帶寬的設(shè)備數(shù)量冲呢。交換機的每一個端口就是一個新的網(wǎng)段，因為插入端口的設(shè)備之間無需競爭招狸。結(jié)果是每一個端口都代表一個新的沖突域敬拓。網(wǎng)段上的設(shè)備可以使用更多帶寬邻薯，沖突域內(nèi)的沖突不會影響到其他網(wǎng)段，這也成為微網(wǎng)段乘凸。
????????如下圖所示厕诡，每一個交換機端口連接到一臺主機，每一個交換機端口代表一個隔離的沖突域营勤。
廣播域
????????盡管交換機按照MAC地址過濾大多數(shù)幀灵嫌，它們并不能過濾廣播幀。LAN上的交換機接收到廣播包后葛作，必須對所有端口泛洪寿羞。互連的交換機集合形成了一個廣播域进鸠。網(wǎng)絡(luò)層設(shè)備如路由器稠曼，可隔離二層廣播域。路由器可同時隔離沖突和廣播域客年。
????????當設(shè)備發(fā)出二層廣播包霞幅，幀中的目的MAC地址被設(shè)置為全二進制數(shù)，廣播域中的所有設(shè)備都會接收到該幀量瓜。二層廣播域也稱為MAC廣播域司恳。MAC廣播域包含LAN上所有接收到廣播幀的設(shè)備。廣播通信比較多時绍傲，可能會帶來廣播風(fēng)暴扔傅。特別是在包含不同速率的網(wǎng)段，高速網(wǎng)段產(chǎn)生的廣播流量可能導(dǎo)致低速網(wǎng)段嚴重擁擠烫饼，乃至崩潰猎塞。
