以太网交换机的定义及工作原理

01、以太网交换机的定义

以太网交换机是任何网络的关键构建块。这些交换机在多个设备位于同一网络时将它们连接在一起。网络上的节点将包括以下设备：计算机、服务器；无线接入点、打印机等。

以太网交换机能够使用与其连接的设备的 MAC 地址。使用此信息，它能够识别其每个端口上的计算机或其他单元。通过这种方式，它能够将数据包发送到相关端口，从而发送到正确的设备，而不会用不必要的数据淹没网络。

此外，以太网交换机能够为其每个端口分配全部带宽。这意味着无论运行的设备数量如何，用户始终可以访问最大带宽。

02、托管和非托管

选择以太网交换机时，选择所需的类型很重要。

非托管交换机：非托管网络交换机是最常见的以太网交换机形式。这种类型的以太网交换机设计为只需插入网络即可运行，无需任何手动配置。非托管交换机通常用于基本连接，它们通常用于家庭或小型办公室网络或需要更多以太网端口的地方、办公桌、实验室、会议室等。

管理型交换机：管理型交换机通过更多功能和灵活性提供更高的安全性，因为它们可以配置为定制适合网络。通过这种更强大的控制，可以更好地保护网络并提高访问网络的用户的服务质量。可以对流量进行优先级排序，以便以最佳方式将可用带宽等分配给给定的应用程序等。

还有一种类型的交换机称为工业交换机。它们通常用于工业控制和类似应用。它们被称为工业交换机，因为它们用于需要高度可靠性和宽温度范围容差等的工业环境中。除此之外，工业交换机还具有运营商级以太网性能，因为考虑到任何中断的成本，工业和生产环境需要具有非常高的可靠性。

03、如何工作

以太网交换机通过将这些设备物理连接到同一交换机或连接到连接同一网络的另一个交换机的设备，将多个设备连接在一起。这些电缆包括同轴电缆、光纤和双绞线以太网电缆。

一旦设备连接到端口，以太网交换机就会管理设备与其他设备、应用程序、数据、云服务和互联网之间的数据流。交换过程根据发送设备的端口以及发送和目标 MAC 地址将传入和传出数据定向到交换机上的正确端口。发送者和目的地的 MAC 地址都包括在内，数据在以太网帧中发送。

每个以太网兼容设备都有一个称为 MAC 地址的硬编码物理地址，连接交换机使用它来标识设备。

当交换机接收到以太网数据包时，它将发送设备的 MAC 地址和它所连接的端口存储在本地保存的称为 MAC 地址表的表中。交换机进程然后检查 MAC 地址表以查看目标 MAC 地址是否连接到同一交换机。如果是，交换机将数据包转发到已知的目标端口。如果不是，交换机将数据包广播到所有端口并等待响应。

如果交换机直接连接到目标设备，则设备接受数据包，响应，传输完成。如果设备连接到另一个交换机，下一个交换机将重复查找和转发过程，直到帧到达预期的目的地。

以太网帧用于通过以太网电缆和网络节点之间的线路传输数据。本质上，帧具有定义的格式，它们是信息序列，包含要传输的数据，但周围还有其他数据或信息，以成功管理数据的发送和接收。

以太网帧的格式包括许多不同的元素，如图所示：

Header： 包括使接收器能够同步的前导码、目标地址、源地址和长度/类型指示。

Payload：这是以太网帧在局域网中携带的实际数据。

Trailer： 这包括用于错误检查的帧检查序列。

这些以太网帧的基本格式在许多版本的以太网标准中都保持不变。由于以太网数据在许多局域网和 WAN 网络上传输，由使用许多不同版本标准的设备组成：100Mbps 快速以太网、千兆以太网 1GE、10 GE 等，这些帧为该数据提供了基本且恒定的格式，允许向后兼容性。

04、千兆以太网

从硬件速度和带宽能力来看，在现代设计中实施的明确选择是千兆以太网。当涉及到不同的介质时，假设选择 WiFi 以避免需要电缆，与以太网相比肯定有一些优点和缺点：

速度：按照 IEEE 802.11g 标准运行的 WiFi 的最大理论速度为 54 Mbps，这显然无法与 100 Mbps 以太网或千兆以太网速度相提并论。但是，按照 IEEE 802.11ac 标准运行的 WiFi 提供高达 3.2 Gbps 的理论速度，比千兆以太网快三倍。需要注意的是，WiFi 适配器和接入点都必须与 802.11ac 兼容，才能实现这种传输速度。WiFi 链接的理论速度在现实世界中通常是不可能的，因为我们很少在设备之间拥有完美的视线。

可靠性：有线连接可以作为一种点对点网络进行路由，除非出现电缆断裂或插座故障，否则网络流量不会中断。这使得有线网络操作在速度和延迟方面高度一致。另一方面，WiFi 容易受到其他无线设备的干扰，以及由于大气条件和建筑物墙壁等障碍物的影响而导致的信号衰减。湿度的简单变化会极大地影响速度，因为无线信号会因大气湿度而衰减。理论和实际的速度差异也会受到可靠性的影响，这在使用 WiFi 时更加明显。

安全性：WiFi 通过空中传输其流量，这意味着范围内的接收器可以轻松捕获网络活动，除非流量受到强大的密码保护/使用已知的安全算法加密。使用有线连接时，流量可能会更安全，而未检测到的拦截更具挑战性。