以太網交換機的工作原理

以太網交換機是數據鏈路層的機器，以太網使用物理地址(MAC地址)，48位，6字節。其工作原理為：當接受到一個廣播幀時，它會向除接受端口之外的所有端口轉發。當接受到一個單播幀時，檢查其目的地址并對應自己的MAC地址表，如果存在目的地址，則轉發，如果不存在則泛洪(廣播)，廣播后如果沒有主機的MAC地址與幀的目的MAC地址相同，則丟棄，若有主機相同，則會將主機的MAC自動添加到其MAC地址表中。

交換機分割沖突域，每個端口獨立成一個沖突域。每個端口如果有大量數據發送，則端口會先將收到的等待發送的數據存儲到寄存器中，在輪到發送時再發送出去。

以太網交換機的特點

1、以太網交換機的每個端口都直接與主機相連，并且一般都工作在全雙工方式。

2、交換機能同時連通許多對的端口，使每一對相互通信的主機都能像獨占通信媒體那樣，進行無沖突地傳輸數據。

3、用戶獨占傳輸媒體的帶寬，若一個接口到主機的帶寬是10Mbit每秒，那么有10個接口的交換機的總容量是100Mbit每秒。這是交換機的最大優點。

以太網交換機的關鍵技術

1、VLAN技術

借助VLAN技術可以有效避免廣播數據的惡意攻擊，造成廣播數據惡意攻擊的主要原因是因為以太網交換機的沖突域和廣播域不一致，在這樣的情況下，可以利用VLAN技術也就是局域網技術，通過限制廣播域范圍的方式解決這一問題。局域網技術可以有效分離通信量，讓帶寬得到更好的利用，并且從邏輯角度出發，將實際的LAN基礎設施分割成多個子網。局域網技術在實際應用不僅可以解決廣播惡意攻擊問題，還有效增強了網絡安全性，不僅如此，VLAN技術的使用可以有效降低的移動和變更成本，在物理劃分子網的情況下，快速的完成用戶變更，所需要的時間較短。但是VLAN技術在實際使用中也存在一定的問題，比如：接口問題，標簽引入問題。

2、信息流優先級

在傳輸數據的過程中，多媒體數據和普通數據的傳輸方式不同，多媒體數據在傳輸過程中對網絡的性能有著更高的要求，想要提高多媒體數據傳輸性能，可以通過信息流優先技術實現傳播。信息流分配優先級的常用方法有兩種，分別為：第一種，借助交換機完成對輸入信息流的確認，然后分類信息流并且分配相應的優先級，一般的三層以太網交換機都可以實現這一方式。另一種，利用終端給數據幀分配優先級，并且將數據幀放置在相應的優先級隊列中，按照優先級實現轉發。第二種方式，可以讓源端和目的端之間通路上所有交換機識別優先級標志。目前有兩個組織致力于指定信息流優先級標準，分別為IEEE802.IP和IPV4TOS域，前者更適合在交換式以太網環境中，IPV4服務類型域優先級標準主要應用在廣域網中。

3、組播技術

以太網交換機在網絡應用中，尤其是多媒體應用中，經常會涉及點到多點通信的問題，組播技術是實現點到多點通信的常用方式，傳統的點到多點通信方式，不僅浪費帶寬、也容易產生延遲和擁塞，甚至會產生一些無用的廣播報文，對系統性能帶來負面影響。組播技術中發送者只需要發送一次報文，路由器和交換機就會自動把報文復制給每一個真正想要接收報文的終端。通過這種方式有效解決了點到多點的傳送問題，需要注意的是網絡層組播的實現較為復雜，需要對第三層和第二層的組播功能進行詳細的分析，這其中會應用到網絡拓撲技術和GMRP技術。GMRP技術是實現組播技術的前提，如果想要在被路由器隔斷的幾個交換域內實現組播，就需要利用到組播路由協議和IGMP。比如：三層交換機作為核心交換網絡，在支持GMRP的同時，也支持組播路由協議和IGMP。

4、流量控制

流量控制是以太網交換機中的關鍵技術，可以避免緩沖區出現溢出情況，避免數據包丟失。引入流量控制機制，以太網交換機就可以有效限制網絡訪問機制，對緩沖區設置上限，限制緩沖區的發送速率，將發送源關閉一段時間。比如：在全雙工環境中，交換機端口和終端之間會連接一個沒有使用的發送和接收通道，這一通道的存在讓交換機無法產生一次沖突，去停止終端發送，終端就會一直發送，直到交換機的緩沖區溢出。采用流量控制方式，可以在全雙工環境下，產生一個PAUSE幀，將其發送給工作站，就可以讓交換機有足夠的時間釋放緩沖區。