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局域网交换技术

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局域网交换技术（LAN Switching）解决了共享式网络的性能局限，每个用户都能够独享带宽，从而缓解了带宽不足和网络瓶颈的问题 。本文主要探讨交换技术的基本原理和交换模式，并由交换模式引出多层交换技术的概念 。
一、 交换技术的基本原理
局域网交换技术是OSI参考模型中的第二层——数据链路层（Data-Link Layer）上的技术，所谓“交换”实际上就是指转发数据帧（frame） 。在数据通信中，所有的交换设备（即交换机）执行两个基本的操作：
交换数据帧，将从输入介质上收到的数据帧转发至相应的输出介质；
维护交换操作，构造和维护交换地址表 。
下面，我们探讨一下这两个基本操作的具体细节 。
1． 交换数据帧
交换机根据数据帧的MAC（Media Access Control）地址（即物理地址）进行数据帧的转发操作 。交换机转发数据帧时，遵循以下规则：
假如数据帧的目的MAC地址是广播地址或者组播地址，则向交换机所有端口转发（除数据帧来的端口）；
假如数据帧的目的地址是单播地址，但是这个地址并不在交换机的地址表中，那么也会向所有的端口转发（除数据帧来的端口）；
假如数据帧的目的地址在交换机的地址表中，那么就根据地址表转发到相应的端口；
假如数据帧的目的地址与数据帧的源地址在一个网段上，它就会丢弃这个数据帧，交换也就不会发生 。下面，我们以图1为例来看看具体的数据帧交换过程 。
　
当主机D发送广播帧时，交换机从E3端口接收到目的地址为ffff.ffff.ffff的数据帧，则向E0、E1、E2和E4端口转发该数据帧 。
当主机D与E主机通信时，交换机从E3端口接收到目的地址为0260.8c01.5555的数据帧，查找地址表后发现0260.8c01.5555并不在表中，因此交换机仍然向E0、E1、E2和E4端口转发该数据帧 。
当主机D与主机F通信时，交换机从E3端口接收到目的地址为0260.8c01.6666的数据帧，查找地址表后发现0260.8c01.6666也位于E3端口，即与源地址处于同一个网段，所以交换机不会转发该数据帧，而是直接丢弃 。
当主机D与主机A通信时，交换机从E3端口接收到目的地址为0260.8c01.1111的数据帧，查找地址表后发现0260.8c01.1111位于E0端口，所以交换机将数据帧转发至E0端口，这样主机A即可收到该数据帧 。
假如在主机D与主机A通信的同时，主机B也正在向主机C发送数据，交换机同样会把主机B发送的数据帧转发到连接主机C的E2端口 。这时E1和E2之间，以及E3和E0之间，通过交换机内部的硬件交换电路，建立了两条链路，这两条链路上的数据通信互不影响，因此网络亦不会产生冲突 。所以，主机D和主机A之间的通信独享一条链路，主机C和主机B之间也独享一条链路 。而这样的链路仅在通信双方有需求时才会建立，一旦数据传输完毕，相应的链路也随之拆除 。这就是交换机主要的特点 。
从以上的交换操作过程中，我们可以看到数据帧的转发都是基于交换机内的MAC地址表，但是这个地址表是如何建立和维护的呢？下面我们就来介绍这个问题 。
2． 构造维护交换地址表
交换机的交换地址表中，一条表项主要由一个主机MAC地址和该地址所位于的交换机端口号组成 。整张地址表的生成采用动态自学习的方法，即当交换机收到一个数据帧以后，将数据帧的源地址和输入端口记录在交换地址表中 。思科的交换机中，交换地址表放置在内容可寻址存储器（Content-Addressable Memory, CAM）中，因此也被称为CAM表 。
当然，在存放交换地址表项之前，交换机首先应该查找地址表中是否已经存在该源地址的匹配表项，仅当匹配表项不存在时才能存储该表项 。每一条地址表项都有一个时间标记，用来指示该表项存储的时间周期 。地址表项每次被使用或者被查找时，表项的时间标记就会被更新 。假如在一定的时间范围内地址表项仍然没有被引用，它就会从地址表中被移走 。因此，交换地址表中所维护的一直是最有效和最精确的地址—端口信息 。

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