簡介
交換機是一種存儲轉發設備。以太網交換機采用存儲轉發（Store-Forward）技術或直通（Cut-Through）技術來實現信息幀的轉發，也稱為交換式集線器。交換機和網橋的不同在于：交換機端口數較多，數據傳輸效率高，轉發延遲很小，吞吐量大，丢失率低，網絡整體性能增強，遠遠超過了普通網橋連接網絡時的轉發性能。一般用于互連相同類型的局域網，如以太網與以太網的互連。
交換機擁有一條很高帶寬的背部總線和内部交換矩陣。交換機的所有的端口都挂接在這條背部總線上，控制電路收到數據包以後，處理端口會查找内存中的地址對照表以确定目的MAC（網卡的硬件地址）的NIC（網卡）挂接在哪個端口上，通過内部交換矩陣迅速将數據包傳送到目的端口，目的MAC若不存在才廣播到所有的端口，接收端口回應後交換機會“學習”新的地址，并把它添加入内部MAC地址表中。
使用交換機也可以把網絡“分段”，通過對照MAC地址表，交換機隻允許必要的網絡流量通過交換機。通過交換機的過濾和轉發，可以有效的隔離廣播風暴，減少誤包和錯包的出現，避免共享沖突。交換機在同一時刻可進行多個端口對之間的數據傳輸。每一端口都可視為獨立的網段，連接在其上的網絡設備獨自享有全部的帶寬，無須同其他設備競争使用。當節點A向節點D發送數據時，節點B可同時向節點C發送數據，而且這兩個傳輸都享有網絡的全部帶寬，都有着自己的虛拟連接。假使這裡使用的是10Mbps的以太網交換機，那麼該交換機這時的總流通量就等于2×10Mbps＝20Mbps，而使用10Mbps的共享式HUB時，一個HUB的總流通量也不會超出10Mbps。
交換機是一種基于MAC地址識别，能完成封裝轉發數據包功能的網絡設備。交換機可以“學習”MAC地址，并把其存放在内部地址表中，通過在數據幀的始發者和目标接收者之間建立臨時的交換路徑，使數據幀直接由源地址到達目的地址。
分類
從廣義上來看，交換機分為兩種：廣域網交換機和局域網交換機。廣域網交換機主要應用于電信領域，提供通信用的基礎平台。而局域網交換機則應用于局域網絡，用于連接終端設備，如PC機及網絡打印機等。從傳輸介質和傳輸速度上可分為以太網交換機、快速以太網交換機、千兆以太網交換機、FDDI交換機、ATM交換機和令牌環交換機等。從規模應用上又可分為企業級交換機、部門級交換機和工作組交換機等。各廠商劃分的尺度并不是完全一緻的，一般來講，企業級交換機都是機架式，部門級交換機可以是機架式（插槽數較少），也可以是固定配置式，而工作組級交換機為固定配置式（功能較為簡單）。另一方面，從應用的規模來看，作為骨幹交換機時，支持500個信息點以上大型企業應用的交換機為企業級交換機，支持300個信息點以下中型企業的交換機為部門級交換機，而支持100個信息點以内的交換機為工作組級交換機。
功能
學習：以太網交換機了解每一端口相連設備的MAC地址，并将地址同相應的端口映射起來存放在交換機緩存中的MAC地址表中。
轉發/過濾：當一個數據幀的目的地址在MAC地址表中有映射時，它被轉發到連接目的節點的端口而不是所有端口（如該數據幀為廣播/組播幀則轉發至所有端口）。
消除回路：當交換機包括一個冗餘回路時，以太網交換機通過生成樹協議避免回路的産生，同時允許存在後備路徑。交換機除了能夠連接同種類型的網絡之外，還可以在不同類型的網絡（如以太網和快速以太網）之間起到互連作用。如今許多交換機都能夠提供支持快速以太網或FDDI等的高速連接端口，用于連接網絡中的其它交換機或者為帶寬占用量大的關鍵服務器提供附加帶寬。一般來說，交換機的每個端口都用來連接一個獨立的網段，但是有時為了提供更快的接入速度，可以把一些重要的網絡計算機直接連接到交換機的端口上。這樣，網絡的關鍵服務器和重要用戶就擁有更快的接入速度，支持更大的信息流量。
交換方式
交換機通過以下三種方式進行交換：
（1）直通式：
直通方式的以太網交換機可以理解為在各端口間是縱橫交叉的線路矩陣電話交換機。它在輸入端口檢測到一個數據包時，檢查該包的包頭，獲取包的目的地址，啟動内部的動态查找表轉換成相應的輸出端口，在輸入與輸出交叉處接通，把數據包直通到相應的端口，實現交換功能。由于不需要存儲，延遲非常小、交換非常快，這是它的優點。它的缺點是，因為數據包内容并沒有被以太網交換機保存下來，所以無法檢查所傳送的數據包是否有誤，不能提供錯誤檢測能力。由于沒有緩存，不能将具有不同速率的輸入/輸出端口直接接通，而且容易丢包。
（2）存儲轉發：
存儲轉發方式是計算機網絡領域應用最為廣泛的方式。它把輸入端口的數據包先存儲起來，然後進行CRC（循環冗餘碼校驗）檢查，在對錯誤包處理後才取出數據包的目的地址，通過查找表轉換成輸出端口送出包。正因如此，存儲轉發方式在數據處理時延時大，這是它的不足，但是它可以對進入交換機的數據包進行錯誤檢測，有效地改善網絡性能。尤其重要的是它可以支持不同速度的端口間的轉換，保持高速端口與低速端口間的協同工作。
（3）碎片隔離：
這是介于前兩者之間的一種解決方案。它檢查數據包的長度是否夠64個字節，如果小于64字節，說明是假包，則丢棄該包；如果大于64字節，則發送該包。這種方式也不提供數據校驗。它的數據處理速度比存儲轉發方式快，但比直通式慢。
功能
1、像集線器一樣，交換機提供了大量可供線纜連接的端口，這樣可以采用星型拓撲布線。
2、像中繼器、集線器和網橋那樣，當它轉發幀時，交換機會重新産生一個不失真的方形電信号。
3、像網橋那樣，交換機在每個端口上都時使用的相同轉發或過濾邏輯。
4、像網橋那樣，交換機将局域網分為多個沖突域，每個沖突域都是有獨立的寬帶，因此大大提高了局域網的寬帶。
5、除了具有網橋、集線器和中繼器的功能以外，交換機還提供了更先進的功能，如虛拟局域網（VLAN）和更高的性能。
應用
作為局域網的主要連接設備，以太網交換機成為應用普及最快的網絡設備之一。随着交換技術的不斷發展，以太網交換機的價格急劇下降，交換到桌面已是大勢所趨。
如果以太網絡上擁有大量的用戶、繁忙的應用程序和各式各樣的服務器，而且還未對網絡結構做出任何調整，那麼整個網絡的性能可能會非常低。解決方法之一是在以太網上添加一個10/100Mbps的交換機，它不僅可以處理10Mbps的常規以太網數據流，而且還可以支持100Mbps的快速以太網連接。
如果網絡的利用率超過了40％，并且碰撞率大于10％，交換機可以解決一點問題。帶有100Mbps快速以太網和10Mbps以太網端口的交換機可以全雙工方式運行，可以建立起專用的20Mbps到200Mbps連接。
不僅不同網絡環境下交換機的作用各不相同，在同一網絡環境下添加新的交換機和增加現有交換機的交換端口對網絡的影響也不盡相同。充分了解和掌握網絡的流量模式是能否發揮交換機作用的一個非常重要的因素。因為使用交換機的目的就是盡可能的減少和過濾網絡中的數據流量，所以如果網絡中的某台交換機由于安裝位置設置不當，幾乎需要轉發接收到的所有數據包的話，交換機就無法發揮其優化網絡性能的作用，反而降低了數據的傳輸速度，增加了網絡延遲。
除安裝位置之外，如果在那些負載較小，信息量較低的網絡中也盲目添加交換機的話，同樣也可能起到負面影響。受數據包的處理時間、交換機的緩沖區大小以及需要重新生成新數據包等因素的影響，在這種情況下使用簡單的HUB要比交換機更為理想。因此，不能一概認為交換機就比HUB有優勢，尤其當用戶的網絡并不擁擠，尚有很大的可利用空間時，使用HUB更能夠充分利用網絡的現有資源。
發展史
來源
“交換機”是一個舶來詞，源自英文“Switch，原意是“開關”，我國技術界在引入這個詞彙時，翻譯為“交換”。在英文中，動詞“交換”和名詞“交換機”是同一個詞（注意這裡的“交換”特指電信技術中的信号交換，與物品交換不是同一個概念）。1993年，局域網交換設備出現，1994年，國内掀起了交換網絡技術的熱潮。其實，交換技術是一個具有簡化、低價、高性能和高端口密集特點的交換産品，體現了橋接技術的複雜交換技術在OSI參考模型的第二層操作。與橋接器一樣，交換機按每一個包中的MAC地址相對簡單地決策信息轉發。而這種轉發決策一般不考慮包中隐藏的更深的其他信息。與橋接器不同的是交換機轉發延遲很小，操作接近單個局域網性能，遠遠超過了普通橋接互聯網絡之間的轉發性能。交換技術允許共享型和專用型的局域網段進行帶寬調整，以減輕局域網之間信息流通出現的瓶頸問題。現在已有以太網、快速以太網、FDDI和ATM技術的交換産品。
類似傳統的橋接器，交換機提供了許多網絡互聯功能。交換機能經濟地将網絡分成小的沖突網域，為每個工作站提供更高的帶寬。協議的透明性使得交換機在軟件配置簡單的情況下直接安裝在多協議網絡中；交換機使用現有的電纜、中繼器、集線器和工作站的網卡，不必作高層的硬件升級；交換機對工作站是透明的，這樣管理開銷低廉，簡化了網絡節點的增加、移動和網絡變化的操作。利用專門設計的集成電路可使交換機以線路速率在所有的端口并行轉發信息，提供了比傳統橋接器高得多的操作性能。如理論上單個以太網端口對含有64個八進制數的數據包，可提供14880bps的傳輸速率。這意味着一台具有12個端口、支持6道并行數據流的“線路速率”以太網交換器必須提供89280bps的總體吞吐率（6道信息流Ｘ14880bps／道信息流）。專用集成電路技術使得交換器在更多端口的情況下以上述性能運行，其端口造價低于傳統型橋接器。
人工交換
電信号交換的曆史應當追溯到電話出現的初期。當電話被發明後，隻需要一根足夠長的導線，加上末端的兩台電話，就可以使相距很遠的兩個人進行語音交談。
電話增多後，要使每個擁有電話的人都能相互通信，我們不可能每兩台電話機之間有拉上一根線。于是人們設立了電話局，每個電話用戶都接一根線到電話局的一個大電路闆上。當A希望和B通話時，就請求電話局的接線員接通B的電話。接線員用一根導線，一頭插在A接到電路闆上的孔，另一頭插到B的孔，這就是“接續”，相當于臨時給A和B拉了一條電話線，這時雙方就可以通話了。當通話完畢後，接線員将電線拆下，這就是“拆線”。整個過程就是“人工交換”，它實際上就是一個“合上開關”和“斷開開關”的過程。因此，把“交換”譯為“開關”從技術上講更容易讓人理解。
電路程控交換機人工交換的效率太低，不能滿足大規模部署電話的需要。随着半導體技術的發展和開關電路技術的成熟，人們發現可以利用電子技術替代人工交換。電話終端用戶隻要向電子設備發送一串電信号，電子設備就可以根據預先設定的程序，将請求方和被請求方的電路接通，并且獨占此電路，不會與第三方共享（當然，由于設計缺陷的緣故，可能會出現多人共享電路的情況，也就是俗稱的“串線”）。這種交換方式被稱為“程控交換”。而這種設備也就是“程控交換機”。
由于程控交換的技術長期被發達國家壟斷，設備昂貴，我國的電話普及率一直不高。随着當年華為、中興通訊等企業陸續自主研制出程控交換機，電話在我國得到迅速地普及。
目前，語音程控交換機普遍使用的通信協議為七号信令（SignallingSystemNo.7）
以太網交換機
随着計算機及其互聯技術（也即通常所謂的“網絡技術”）的迅速發展，以太網成為了迄今為止普及率最高的短距離二層計算機網絡。而以太網的核心部件就是以太網交換機。
不論是人工交換還是程控交換，都是為了傳輸語音信号，是需要獨占線路的“電路交換”。而以太網是一種計算機網絡，需要傳輸的是數據，因此采用的是“包交換”。但無論采取哪種交換方式，交換機為兩點間提供“獨享通路”的特性不會改變。就以太網設備而言，交換機和集線器的本質區别就在于：當A發信息給B時，如果通過集線器，則接入集線器的所有網絡節點都會收到這條信息（也就是以廣播形式發送），隻是網卡在硬件層面就會過濾掉不是發給本機的信息；而如果通過交換機，除非A通知交換機廣播，否則發給B的信息C絕不會收到（獲取交換機控制權限從而監聽的情況除外）。
目前，以太網交換機廠商根據市場需求，推出了三層甚至四層交換機。但無論如何，其核心功能仍是二層的以太網數據包交換，隻是帶有了一定的處理IP層甚至更高層數據包的能力。
光交換
光交換是人們正在研制的下一代交換技術。目前所有的交換技術都是基于電信号的，即使是目前的光纖交換機也是先将光信号轉為電信号，經過交換處理後，再轉回光信号發到另一根光纖。由于光電轉換速率較低，同時電路的處理速度存在物理學上的瓶頸，因此人們希望設計出一種無需經過光電轉換的“光交換機”，其内部不是電路而是光路，邏輯原件不是開關電路而是開關光路。這樣将大大提高交換機的處理速率。
發展前景
作為局域網的主要連接設備，以太網交換機成為應用普及最快的網絡設備之一。随着交換技術的不斷發展，以太網交換機的價格急劇下降，交換到桌面已是大勢所趨。
如果你的以太網絡上擁有大量的用戶、繁忙的應用程序和各式各樣的服務器，而且你還未對網絡結構做出任何調整，那麼整個網絡的性能可能會非常低。解決方法之一是在以太網上添加一個10/100Mbps的交換機，它不僅可以處理10Mbps的常規以太網數據流，而且還可以支持100Mbps的快速以太網連接。
如果網絡的利用率超過了40％，并且碰撞率大于10％，交換機可以幫你解決一點問題。帶有100Mbps快速以太網和10Mbps以太網端口的交換機可以全雙工方式運行，可以建立起專用的20Mbps到200Mbps連接。不僅不同網絡環境下交換機的作用各不相同，在同一網絡環境下添加新的交換機和增加現有交換機的交換端口對網絡的影響也不盡相同。充分了解和掌握網絡的流量模式是能否發揮交換機作用的一個非常重要的因素。因為使用交換機的目的就是盡可能的減少和過濾網絡中的數據流量，所以如果網絡中的某台交換機由于安裝位置設置不當，幾乎需要轉發接收到的所有數據包的話，交換機就無法發揮其優化網絡性能的作用，反而降低了數據的傳輸速度，增加了網絡延遲。
除安裝位置之外，如果在那些負載較小，信息量較低的網絡中也盲目添加交換機的話，同樣也可能起到負面影響。受數據包的處理時間、交換機的緩沖區大小以及需要重新生成新數據包等因素的影響，在這種情況下使用簡單的HUB要比交換機更為理想。因此，我們不能一概認為交換機就比HUB有優勢，尤其當用戶的網絡并不擁擠，尚有很大的可利用空間時，使用HUB更能夠充分利用網絡的現有資源。
選購标準
交換機是非常的重要，他把握着一個網絡的命脈，那麼如何選購交換機？用什麼交換機？在選購交換機時交換機的優劣無疑十分的重要，而交換機的優劣要從總體構架、性能和功能三方面入手。
交換機選購時。性能方面除了要滿足RFC2544建議的基本标準，即吞吐量、時延、丢包率外，随着用戶業務的增加和應用的深入，還要滿足了一些額外的指标，如MAC地址數、路由表容量(三層交換機)、ACL數目、LSP容量、支持VPN數量等。
交換機功能是最直接指标
一般的接入層交換機，簡單的QoS保證、安全機制、支持網管策略、生成樹協議和VLAN都是必不可少的功能，經過仔細分析，在某些功能進行進一步的細分，而這些細分功能正是導緻産品差異的主要原因，也是體現産品附加值的重要途徑。
交換機的應用級QoS保證
交換機的QoS策略支持多級别的數據包優先級設置，既可分别針對MAC地址、VLAN、IP地址、端口進行優先級設置，給網吧業主在實際應用中為用戶提供更大的靈活性。如此同時，交如果換機具有良好的擁塞控制和流量限制的能力，支持Diffserv區分服務，能夠根據源/目的的MAC/IP智能的區分不同的應用流，從而滿足實時網吧網絡的多媒體應用的需求。注意的是，目前市場上的某些交換機号稱具有QoS保證，實際上隻支持單級别的優先級設置，為實際應用帶來很多不便，所有網吧業主在選購的時候需要注意。
交換機應有VLAN支持
VLAN即虛拟局域網，通過将局域網劃分為虛拟網絡VLAN網段，可以強化網絡管理和網絡安全，控制不必要的數據廣播，網絡中工作組可以突破共享網絡中的地理位置限制，而根據管理功能來劃分子網。不同廠商的交換機對VLAN的支持能力不同，支持VLAN的數量也不同。
交換機應有網管功能
網吧交換機的網管功能可以使用管理軟件來管理、配置交換機，比如可通過Web浏覽器、Telnet、SNMP、RMON等管理。通常，交換機廠商都提供管理軟件或第三方管理軟件遠程管理交換機。一般的交換機滿足SNMPMIBI/MIBII統計管理功能，并且支持配置管理、服務質量的管理、告警管理等策略，而複雜一些的千兆交換機會通過增加内置RMON組(mini-RMON)來支持RMON主動監視功能。
交換機應支持鍊路聚合
鍊路聚合可以讓交換機之間和交換機與服務器之間的鍊路帶寬有非常好的伸縮性，比如可以把2個、3個、4個千兆的鍊路綁定在一起，使鍊路的帶寬成倍增長。鍊路聚合技術可以實現不同端口的負載均衡，同時也能夠互為備份，保證鍊路的冗餘性。在一些千兆以太網交換機中，最多可以支持4組鍊路聚合，每組中最大4個端口。生成樹協議和鍊路聚合都可以保證一個網絡的冗餘性。在一個網絡中設置冗餘鍊路，并用生成樹協議讓備份鍊路阻塞，在邏輯上不形成環路，而一旦出現故障，啟用備份鍊路。
交換機要支持VRRP協議
VRRP(虛拟路由冗餘協議)是一種保證網絡可靠性的解決方案。在該協議中，對共享多存取訪問介質上終端IP設備的默認網關(DefaultGateway)進行冗餘備份，從而在其中一台三層交換機設備宕機時，備份的設備會及時接管轉發工作，向用戶提供透明的切換，提高了網絡服務質量。VRRP協議與Cisco的HSRP協議有異曲同工之妙，隻不過HSRP是Cisco私有的。目前，主流交換機廠商均已在其産品中支持了VRRP協議，但廣泛應用還尚需時日。
傳輸速度
交換機的傳輸速度是指交換機端口的數據交換速度。目前常見的有10Mbps、100Mbps、1000Mbps等幾類。除此之外，還有10GMbps交換機，但目前很少。
10M/100Mbps/1000Mbps自适應交換機适合工作組級别使用，純100Mbps或1000Mbps交換機一般應用在部門級以上的應用或骨幹級别的應用當中。10GMbps的交換機主要用在電信等骨幹網絡上，其他應用很少涉及到。
傳輸模式
傳輸模式有全雙工，半雙工，全雙工/半雙工自适應
交換機的全雙工是指交換機在發送數據的同時也能夠接收數據，兩者同步進行，這好像我們平時打電話一樣，說話的同時也能夠聽到對方的聲音。目前的交換機都支持全雙工。
全雙工的好處在于遲延小，速度快。
提到全雙工，就不能不提與之密切對應的另一個概念，那就是“半雙工”，所謂半雙工就是指一個時間段内隻有一個動作發生，舉個簡單例子，一天窄窄的馬路，同時隻能有一輛車通過，當目前有兩量車對開，這種情況下就隻能一輛先過，等到頭兒後另一輛再開，這個例子就形象的說明了半雙工的原理。早期的對講機、以及早期集線器等設備都是實行半雙工的産品。随着技術的不斷進步，半雙工會逐漸退出曆史舞台。
端口類型
端口類型是指交換機上的端口是以太網、令牌環、FDDI還是ATM等類型，一般來說固定端口交換機隻有單一類型的端口，适合中小企業或個人用戶使用，而模塊化交換機由于可以有不同介質類型的模塊可供選擇，故端口類型更為豐富，這類交換機适合部門級以上級别用戶選擇。
快速以太網交換機端口類型一般包括10Base-T、100Base-TX、100Base-FX，其中10Base-T和100Base-TX一般是由10M/100M自适應端口提供，即通常我們所講的RJ-45端口。如下圖左圖所示為10Base-T網RJ-45端口，而右圖所示的為10/100Base-TX網RJ-45端口。其實這兩種RJ-45端口僅就端口本身而言是完全一樣的，但端口中對應的網絡電路結構是不同的，所以也不能随便接。
