大家好，精选小编来为大家解答以上的问题。简述交换机的工作原理，简述交换机的工作原理很多人还不知道，现在让我们一起来看看吧！
交换机(英文：Switch，意为“开关”)是一种用于转发电信号的网络设备。它可以为访问交换机的任意两个网络节点提供专用的电信号路径。最常见的交换机是以太网交换机。其他常见的有电话语音交换机、光纤交换机等。因此.开关的工作原理是什么？开关的作用是什么？以下是边肖为您整理的简述交换机的工作原理，仅供参考。让我们看一看。
一、开关的工作原理
1.交换机在收到的数据帧中的源MAC地址和交换机端口之间建立映射，并将其写入MAC地址表。
2.交换机将数据帧中的目的MAC地址与已建立的MAC地址表进行比较，以决定向哪个端口转发。
3.如果数据帧中的目的MAC地址不在MAC地址表中，它将被转发到所有端口。这个过程叫做洪水。
4.广播帧和组播帧被转发到所有端口。
二、交换机的三个主要功能
学习：以太网交换机知道连接到每个端口的设备的MAC地址，将这些地址与相应的端口进行映射，并将它们存储在交换机缓存中的MAC地址表中。
转发/过滤：当一个数据帧的目的地址映射在MAC地址表中时，转发到该目的节点连接的端口，而不是所有端口(如果该数据帧是广播/组播帧，则转发到所有端口)。
环路消除：当交换机包含冗余环路时，以太网交换机通过生成树协议来避免环路，并允许备用路径存在。
三。开关的操作特性
1.连接到交换机每个端口的网段是一个独立的冲突域。
2.连接到交换机的设备仍在同一个广播域中，也就是说，交换机不会隔离广播(唯一的例外是在有VLAN的环境中)。
3.交换机根据帧头中的信息进行转发，所以交换机是工作在数据链路层的网络设备(这里的交换机仅指传统的二层交换设备)。
四。开关的分类
根据交换机处理帧时的不同操作模式，可以分为两类：
转发：在转发之前，交换机必须接收整个帧，检查错误，如果没有错误，就将帧发送到目的地址。帧通过交换机的转发延迟随着帧的长度而变化。
直通式：交换机在检查完帧头中包含的目的地址后立即转发帧，而不等待接收所有帧，也不进行错误检查。因为以太网帧头的长度总是固定的，所以帧通过交换机的转发延迟保持不变。
(一)路由技术
路由器工作在OSI模型的第三层——网络层，工作方式类似于第二层交换，但路由器工作在第三层。这种差异决定了路由和交换在传递数据包时使用不同的控制信息，实现功能的方式也不同。工作原理是路由器内部也有一张表。如果你想去某个地方，这张表指出了你下一步应该去哪里。如果您可以从路由表中找到数据包，请添加链路层信息并转发它。如果你不知道下一步去哪里，丢弃数据包并向源地址返回一条消息。
本质上，路由技术只有两个功能：决定最佳路由和转发数据包。将各种信息写入路由表，路由算法计算出到达目的地址的最佳路径，然后通过相对简单直接的转发机制将数据包发送出去。收到数据的下一台路由器将继续以同样的方式转发数据，如此类推，直到数据包到达目的路由器。
维护路由表有两种不同的方法。一种是路由信息的更新，其中部分或全部路由信息被公布。通过相互学习路由信息，路由器可以掌握整个网络的拓扑结构。这种路由协议称为距离矢量路由协议。另一种是路由器广播自己的链路状态信息，互相学习掌握全网的路由信息，然后计算出最佳转发路径。这种路由协议称为链路状态路由协议。
由于路由器需要做大量的路径计算，通用处理器的工作能力直接决定了它的性能。当然这个判断还是针对低端路由器的，因为高端路由器往往采用分布式处理系统架构设计。
(2)三层交换技术
这几年，三层技术的宣传一直响在耳边，到处都在喊三层技术。有人说是很新的技术，也有人说三层交换只是路由器和二层交换机的堆叠，没什么新意。真的是这样吗？我们先通过一个简单的网络来看看三层交换机的工作过程。
联网相对简单。
使用IP的设备A-第3层交换机-使用IP的设备B
比如A要向B发送数据，目的IP已知，那么A会使用子网掩码获取网络地址，判断目的IP是否和自己在同一个网段。
如果在同一个网段，但是不知道转发数据所需的MAC地址，A会发送ARP请求，B会返回自己的MAC地址，A会用这个MAC封装数据包发送给交换机，交换机用二层交换模块查找MAC地址表，将数据包转发到相应的端口。
如果目的IP地址显示不在同一个网段，那么如果A要和B通信，而流缓存条目中没有对应的MAC地址条目，那么它会向一个默认网关发送第一个正常数据包。这个默认网关一般是在操作系统中设置的，对应的是第三层路由模块，所以可以看出，对于不在同一个子网的数据，默认网关的MAC地址首先放在MAC表中；然后三层模块接收这个数据包，查询路由表确定到B的路由，构造一个新的帧头，其中默认网关的MAC地址是源MAC地址，主机B的MAC地址是目的MAC地址。通过某些知识
以上就是三层交换机工作过程的简单概括，可以看出三层交换的特点：
由硬件结合实现数据的高速转发。这就不是简单的二层交换机和路由器的叠加，三层路由模块直接叠加在二层交换的高速背板总线上，突破了传统路由器的接口速率限制，速率可达几十Gbit/s。算上背板带宽，这些是三层交换机性能的两个重要参数。
简洁的路由软件使路由过程简化。大部分的数据转发，除了必要的路由选择交由路由软件处理，都是又二层模块高速转发，路由软件大多都是经过处理的高效优化软件，并不是简单照搬路由器中的软件。
结论
二层交换机用于小型的局域网络。这个就不用多言了，在小型局域网中，广播包影响不大，二层交换机的快速交换功能、多个接入端口和低谦价格为小型网络用户提供了很完善的解决方案。
路由器的优点在于接口类型丰富，支持的三层功能强大，路由能力强大，适合用于大型的网络间的路由，它的优势在于选择最佳路由，负荷分担，链路备份及和其他网络进行路由信息的交换等等路由器所具有功能。
三层交换机的最重要的功能是加快大型局域网络内部的数据的快速转发，加入路由功能也是为这个目的服务的。如果把大型网络按照部门，地域等等因素划分成一个个小局域网，这将导致大量的网际互访，单纯的使用二层交换机不能实现网际互访；如单纯的`使用路由器，由于接口数量有限和路由转发速度慢，将限制网络的速度和网络规模，采用具有路由功能的快速转发的三层交换机就成为首选。
一般来说，在内网数据流量大，要求快速转发响应的网络中，如全部由三层交换机来做这个工作，会造成三层交换机负担过重，响应速度受影响，将网间的路由交由路由器去完成，充分发挥不同设备的优点，不失为一种好的组网策略，当然，前提是客户的腰包很鼓，不然就退而求其次，让三层交换机也兼为网际互连。
第四层交换的一个简单定义是：它是一种功能，它决定传输不仅仅依据MAC地址(第二层网桥)或源/目标IP地址(第三层路由),而且依据TCP/UDP(第四层) 应用端口号。第四层交换功能就象是虚IP，指向物理服务器。它传输的业务服从的协议多种多样，有HTTP、FTP、NFS、Telnet或其他协议。这些业务在物理服务器基础上，需要复杂的载量平衡算法。在IP世界，业务类型由终端TCP或UDP端口地址来决定，在第四层交换中的应用区间则由源端和终端IP地址、TCP和UDP端口共同决定。
在第四层交换中为每个供搜寻使用的服务器组设立虚IP地址（VIP），每组服务器支持某种应用。在域名服务器（DNS）中存储的每个应用服务器地址是VIP，而不是真实的服务器地址。
当某用户申请应用时，一个带有目标服务器组的VIP连接请求（例如一个TCP SYN包）发给服务器交换机。服务器交换机在组中选取最好的服务器，将终端地址中的VIP用实际服务器的IP取代，并将连接请求传给服务器。这样，同一区间所有的包由服务器交换机进行映射，在用户和同一服务器间进行传输。
第四层交换的原理
OSI模型的第四层是传输层。传输层负责端对端通信，即在网络源和目标系统之间协调通信。在IP协议栈中这是TCP（一种传输协议）和UDP（用户数据包协议）所在的协议层。
在第四层中，TCP和UDP标题包含端口号（portnumber），它们可以唯一区分每个数据包包含哪些应用协议（例如HTTP、FTP等）。端点系统利用这种信息来区分包中的数据，尤其是端口号使一个接收端计算机系统能够确定它所收到的IP包类型，并把它交给合适的高层软件。端口号和设备IP地址的组合通常称作“插口（socket）”。
每台服务器和支持单一或通用应用的服务器组都配置一个VIP地址。这个VIP地址被发送出去并在域名系统上注册。
在发出一个服务请求时，第四层交换机通过判定TCP开始，来识别一次会话的开始。然后它利用复杂的算法来确定处理这个请求的最佳服务器。一旦做出这种决定，交换机就将会话与一个具体的IP地址联系在一起，并用该服务器真正的IP地址来代替服务器上的VIP地址。每台第四层交换机都保存一个与被选择的服务器相配的源IP地址以及源TCP 端口相关联的连接表。然后第四层交换机向这台服务器转发连接请求。所有后续包在客户机与服务器之间重新影射和转发，直到交换机发现会话为止。
本文到此结束，希望对大家有所帮助。