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网络及电信中的交换概念

以太网上的帧包含源MAC地址与目的MAC地址。交换机从源设备接收到帧并快速发往目的地址。交换的基本概念指基于以下两条准则做出决策的设备：

· 进入（ingress）端口

· 目的地址

MAC地址表的动态更新

一个交换机要知道使用哪一个端口传送帧，首先必须学习各端口有哪些设备。随着交换机学习到端口与设备的关系，它建立起一张MAC地址表，或内容可寻址寄存表（CAM）。CAM是一种应用于高速查找应用的特定类型的memory。交换机将连接到它的端口的设备的MAC地址记录到MAC表中，然后利用表中信息将帧发送至输出端口设备，该端口已指定给该设备。

以下步骤描述了更新MAC地址表的方法：

1. 交换机在port 1接收到来自PC 1的帧。

2. 交换机检查源MAC地址并与MAC地址表相比较。

· 如果地址不在表中，则交换机在MAC地址表中将PC 1的源MAC地址关联到进入端口（port 1）。

· 如果已经存在该源地址的MAC地址表项，则交换机重置老化计时器。通常一个表项会保持5分钟。

3. 交换机记录源地址信息之后，检查目的地址

· 如果目的MAC地址不在表项中或如果它是一个广播MAC地址，则交换机把该帧泛洪（flood）至除了进入端口以外的所有端口。

4. 目标设备（PC 3）返回目的地址为PC 1的单播帧。

5. 交换机地址表中输入PC 3的源MAC地址以及进入端口的端口号。在表项中找到该帧的目的地址及关联的输出端口。

6. 交换机现在可以在源和目标设备之间传送帧而无需泛洪，因为地址表中已有指定关联端口的表项。

差错控制：

自动缓存：

直通交换（Cut-Through）

使用直通方式的交换机能够快速决定是否有必要检查帧头的更多部分，以针对额外的过滤目的。例如，交换机可以检查前14个字节（源MAC地址，目的MAC，以太网类型字段），以及对之后的40字节进行检查，以实现IPv4三层和四层相关功能。

无效帧处理：

交换机域：

交换机比较容易混淆的两个术语是冲突域和广播域。这一段讲述这两个影响LAN性能的重要概念。

冲突域

设备间共享同一网段称为冲突域。因为该网段内两个以上设备同时尝试通讯时，可能发生冲突。使用工作在数据链路层的交换机可将各个网段的冲突域隔离，并减少竞争带宽的设备数量。交换机的每一个端口就是一个新的网段，因为插入端口的设备之间无需竞争。结果是每一个端口都代表一个新的冲突域。网段上的设备可以使用更多带宽，冲突域内的冲突不会影响到其他网段，这也成为微网段。

如下图所示，每一个交换机端口连接到一台主机，每一个交换机端口代表一个隔离的冲突域。

广播域

尽管交换机按照MAC地址过滤大多数帧，它们并不能过滤广播帧。LAN上的交换机接收到广播包后，必须对所有端口泛洪。互连的交换机集合形成了一个广播域。网络层设备如路由器，可隔离二层广播域。路由器可同时隔离冲突和广播域。

当设备发出二层广播包，帧中的目的MAC地址被设置为全二进制数，广播域中的所有设备都会接收到该帧。二层广播域也称为MAC广播域。MAC广播域包含LAN上所有接收到广播帧的设备。广播通信比较多时，可能会带来广播风暴。特别是在包含不同速率的网段，高速网段产生的广播流量可能导致低速网段严重拥挤，乃至崩溃。