常見的以太網設備包括Hub、交換機等。交換機工作在數據鏈路層，它有效的隔離了以太網中的衝突域，極大的提升了以太網的性能。隨著企業網絡的發展，越來越多的用戶需要接入到網絡， 交換機提供的大量的接入端口能夠很好地滿足這種需求。 同時， 交換機也徹底解決了困擾早期以太網的衝突問題， 極大地提升了以太網的性能， 同時也提高了以太網的安全性。
交換機工作在數據鏈路層， 對數據幀進行操作。 在收到數據幀後， 交換機會根據數據幀的頭部信息對數據幀進行轉發。
交換機工作原理
1）如果進入交換機的是一個單播幀，則交換機會去MAC地址表中查找這個幀的目的MAC地址。
- 如果查不到這個MAC地址， 則交換機執行泛洪操作。
- 如果查到了這個MAC地址， 則比較這個MAC地址在MAC地址表中對應的端口是不是這個幀進入交換機的那個端口。 如果不是，則交換機執行轉發操作。 如果是， 則交換機執行丟棄操作
2）如果進入交換機的是一個廣播幀，則交換機不會去查MAC地址表，而是直接執行泛洪操作。
3）如果進入交換機的是一個組播幀，則交換機的處理行為比較複雜。這裡就不展開說了
總得來說交換機可以簡單概括成以下兩點：
- 基於源MAC地址學習
- 基於目的MAC地址轉發
交換機的轉發行為
交換機中有一個MAC地址表， 裡面存放了MAC地址與交換機端口的映射關係。 MAC地址表也稱為CAM（Content Addressable Memory） 表。如下圖所示， 交換機對幀的轉發操作行為一共有三種：泛洪（Flooding） ，轉發（Forwarding）， 丟棄（Discarding） 。
- 泛洪：交換機把從某一端口進來的幀通過所有其它的端口轉發出去（注意，“所有其它的端口”是指除了這個幀進入交換機的那個端口以外的所有端口）。
- 轉發：交換機把從某一端口進來的幀通過另一個端口轉發出去（注意，“另一個端口”不能是這個幀進入交換機的那個端口）。
- 丟棄：交換機把從某一端口進來的幀直接丟棄。
交換機數據幀轉發過程
1、初始狀態
初始狀態下，交換機並不知道所連接主機的MAC地址， 所以MAC地址表為空。如下圖的例子，SWA為初始狀態， 在收到主機A發送的數據幀之前，MAC地址表中沒有任何表項。
2、 學習MAC地址
主機A發送數據給主機C時， 一般會首先發送ARP請求來獲取主機C的MAC地址， 此ARP請求幀中的目的MAC地址是廣播地址， 源MAC地址是自己的MAC地址。 SWA收到該幀後， 會將源MAC地址和接收端口的映射關係添加到MAC地址表中。 缺省情況下， X7系列交換機學習到的MAC地址表項的老化時間為300秒。 如果在老化時間內再次收到主機A發送的數據幀， SWA中保存的主機A的MAC地址和G0/0/1的映射的老化時間會被刷新。 此後， 如果交換機收到目標MAC地址為00-01-02-03-04-AA的數據幀時， 都將通過G0/0/1端口轉發。
3、轉發數據幀
本例中主機A發送的數據幀的目的MAC地址為廣播地址， 所以交換機會將此數據幀通過G0/0/2和G0/0/3端口廣播到主機B和主機C。
4、目標主機回覆
主機B和主機C接收到此數據幀後， 都會查看該ARP數據幀。 但是主機B不會回覆該幀， 主機C會處理該幀併發送ARP迴應， 此回覆數據幀的目的MAC地址為主機A的MAC地址， 源MAC地址為主機C的MAC地址。SWA收到回覆數據幀時， 會將該幀的源MAC地址和接口的映射關係添加到MAC地址表中。 如果此映射關係在MAC地址表已經存在， 則會被刷新。 然後SWA查詢MAC地址表， 根據幀的目的MAC地址找到對應的轉發端口後， 從G0/0/1轉發此數據幀。
交換機的交換模式
1、Cut-Through:直通模式
當輸入端口檢測到一個數據包時，就檢查該包的包頭，根據包內的目的地址把數據包直通到相應端口。
優點：這種方式不需要等數據包接收完就開始轉發，交換速度快，延遲非常小。
缺點：不提供錯誤檢測服務，有可能將出錯的數據包轉發出去。也不提供緩存，不能將速率不同的端口直接接通，而且容易丟包。
2、Store-and-Forward:存儲轉發
這種方式先將數據包完整的接收下來，經過CRC檢查，如果數據包沒有錯誤，再根據地址進行轉發。
優點：提供錯誤檢測服務，改善了網絡性能。支持速度不同的端口的轉發服務，可以保證高速端口與低速端口間協同工作。
缺點：傳輸延時較大，而且需要較大的緩存容量。
3、Frag-free:幀自由，64字節為單位
它檢查數據包的長度是否夠64個字節，若小於64字節，說明是廢包，進行丟棄，若大於64字節，則發送該包。
這種方式可保證碰撞碎片不在網絡中傳播，提高了網絡效率，它的數據處理速度介於直通式和存儲轉發式之間
以太網端口技術
1、自動協商
端口速率
- 標準以太網(10M)
- 快速以太網(100M)
- 千兆以太網(1000M)
- 萬兆以太網(10000M)
工作模式
- 全雙工
- 半雙工
2、流量控制
- 防止在出現擁塞的情況下丟幀
- 半雙工方式下采用反壓技術實現
- 全雙工方式下采用PAUSE幀
端口配置(常用)
[SWA-GigabitEthernet0/0/1]undo negotiation auto //關閉端口自動協商功能
[SWA-GigabitEthernet0/0/1]speed 100 //設置端口速率為100M
[SWA-GigabitEthernet0/0/1]duplex full //設置端口為全雙工工作模式
[SWA]display interface g0/0/1 //查詢接口詳細信息
總結
