什么是网络交换机？| 交换机与路由器对比
网络交换机在设备之间转发数据包。交换机将数据包直接发送到设备，而不是像路由器那样将其发送到网络。
学习目标
阅读本文后，您将能够：
- 网络交换机的定义
- 了解交换机与路由器之间的区别
- 了解以太网交换机、非托管和托管交换机以及其他信息
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什么是网络交换机？
网络交换机连接网络（通常为局域网 (LAN)*）内的设备，并向或从这些设备转发数据包。与路由器不同，交换机仅将数据发送到它打算发送的单个设备（可以是另一台交换机、路由器或用户的计算机），而不是发送到多个设备的网络。
*局域网（LAN）是一组物理距离很近的连接的设备。家庭 WiFi 网络是 LAN 的常见示例之一。
交换机和路由器有什么区别？
路由器选择数据包通过网络并到达其目的地的路径。路由器通过连接不同的网络并在网络之间转发数据（包括 LAN、广域网（WAN）或自治系统 ，它们是组成 Internet 的大型网络）来实现此目的。
实际上，这意味着路由器对于互联网连接是必需的，而交换机对于互连设备是必需的。家庭和小型办公室需要路由器才能访问互联网，但大多数不需要网络交换机，除非它们需要大量的 Ethernet *端口。但是，拥有数十或数百台计算机的大型办公室、网络和数据中心通常确实需要交换机。
*以太网是用于在设备之间发送数据的第 2 层协议。与 WiFi 不同，以太网需要通过以太网电缆进行物理连接。
什么是第 2 层交换机？什么是第 3 层交换机？
网络交换机可以在 OSI 第 2 层（数据链路层）或第 3 层（ 网络层 ）上运行。第 2 层交换机根据目标 MAC 地址转发数据（有关定义，请参见下文），而第 3 层交换机则根据目标 IP 地址转发数据。某些交换机可以同时执行这两种操作。
然而，大多数交换机是第 2 层交换机。第 2 层交换机通常使用以太网电缆连接到其网络中的设备。以太网电缆是通过以太网端口插入设备的物理电缆。
什么是非托管交换机？什么是托管交换机？
非托管交换机只是在 LAN 上创建更多的以太网端口，以便更多的本地设备可以访问 Internet。非托管交换机根据设备 MAC 地址来回传递数据。
托管交换机可以为更大的网络实现相同的功能，并为网络管理员提供更多控制流量优先级的方法。它们还使管理员能够设置虚拟 LAN（VLAN），以将本地网络进一步细分为较小的块。
MAC 地址与 IP 地址有什么区别？
网络交换机引用 MAC 地址以便将互联网流量发送到正确的设备，而不是 IP 地址。
每个连接到 Internet 的设备都有一个 IP 地址。IP 地址是一系列字母数字字符，例如 192.0.2.255 或 2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334。IP 地址的作用就像一个邮件地址，使指向该地址的 Internet 通信能够到达该设备。IP 地址经常更改：由于 IPv4 地址数量有限，因此当用户设备与网络建立新连接时，通常会为其分配新的地址。
IP 地址用于第 3 层，这意味着 Internet 上的所有计算机和设备都使用 IP 地址发送和接收数据，无论它们连接到哪个网络。所有 IP 数据包的标头中都包含其源 IP 地址和目标 IP 地址，就像一封邮件具有目标地址和返回地址一样。
相反，MAC 地址是每个硬件的永久标识符，有点像序列号。与 IP 地址不同，MAC 地址不会更改。MAC 地址用于第 2 层，而不是第 3 层 - 这意味着它们不包含在 IP 数据包标头中。换句话说，MAC 地址不是互联网流量的一部分。它们仅在给定的网络内使用。
网络交换机如何知道其网络中设备的 MAC 地址？
第 2 层网络交换机在内存中维护一个表，将 MAC 地址与交换机的以太网端口进行匹配。该表称为内容可寻址存储器 (CAM) 表。
假设计算机 A 连接到插入交换机端口 1 的以太网电缆，计算机 B 连接到端口 2，计算机 C 连接到端口 3。当数据到达计算机 A 时，交换机会查询其 CAM 表，查看计算机 A 连接的位置，并且知道在端口 1 而非端口 2 或 3 转发计算机 A 的关联流量。
交换机的 CAM 表如下所示：
| MAC 地址 | 端口 |
|---|---|
| 计算机 A 的 MAC 地址 | 1 |
| 计算机 B 的 MAC 地址 | 2 |
| 计算机 C 的 MAC 地址 | 3 |
交换机的 CAM 表存储在内存中。如果交换机关闭，表将消失，交换机必须在重新启动时重新学习表。
现在，假设交换机刚刚开启，还没有创建它的 CAM 表。它不知道计算机 A、B 和 C 连接到哪些端口。它也不知道他们的 MAC 地址。
| MAC 地址 | 端口 |
|---|---|
| ？ | ？ |
| ？ | ？ |
| ？ | ？ |
假设计算机 A 向计算机 B 发送消息。交换机采取以下步骤将消息发送到计算机 B 并开始填写其 CAM 表：
- 它记录计算机 A 的 MAC 地址和其消息进入的端口
- 它将计算机 A 的消息转发给网络上的所有其他计算机（计算机 A 除外）；这被称为“洪水”
- 当计算机 B 回复时，它也会记录计算机 B 的 MAC 地址和端口
| MAC 地址 | 端口 |
|---|---|
| 计算机 A 的 MAC 地址 | 1 |
| 计算机 B 的 MAC 地址 | 2 |
| ？ | ？ |
现在，交换机的 CAM 表知道计算机 A 和计算机 B 在哪里。它还知道他们的 MAC 地址。
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