一、概述
1、交换机的概念
交换机（switch）一词最早出现在固定电话交换网络中，此时称为电话交换机，主要是实现话音的交换。随着计算机技术与计算机网络的发展，交换机被引入到了计算机网络中，以实现数据包（或称为分组包）的交换。在GB/T 2900.96《电工术语 计算机网络技术》中，对于计算机网络中的交换机的定义是：在一个计算机网络中执行统计式多路复用和分组交换的装置。
由于计算机网络的发展是始于局域网（LAN）或称以太网（Ethernet）。因此，也把计算机网络中的交换机称为以太网交换机（Ethernet Switch）。在YD/T 1099《以太网交换机技术要求》中，对以太网交换机的定义是：以太网交换机实质上是支持以太网接口的多端口网桥。交换机通常使用硬件实现过滤、学习和转发数据帧。交换机必须实现网桥功能中相应功能。
那么对于网桥（bridge），在GB/T 5271.25《信息技术 词汇 第25部分 局域网》中的定义是：一种功能单元，它将使用相同逻辑链路控制（LLC）协议但可能使用不同的媒体访问控制（MAC）协议的两个局域网（LAN）互连起来。依此定义，网桥是工作于ISO规定的OSI/RM（7层参考模型）中的第二层，即数据链路层的MAC子层，通过转发MAC帧实现网络互连。网桥的实现应当符合IEEE 802.1d《MAC网桥》》标准的要求。网桥可以连接采用相同或不相同MAC技术的网络，利用包含在MAC帧中的目的地址和源地址信息作智能转发决定。在连接以太网时，网桥不但可以扩展物理网络拓扑，还可以将端口上的子网隔离成独立的冲突域。下图1-1给出了网桥的组网示例。
图 1-1：网桥的组网示例
欲详细了解局域网间互连技术介绍的请进入。
2、以太网交换机的分类类型
以太网交换机的分类方法有多种，这里重点介绍下述三种常用的分类方法。
其一是以交换机的交换能力类分，该分类法主要是以交换机工作于OSI/RM的分层情况进行分类，可分为三种：首先是二层交换机，日常也称为以太网交换机，它工作在数据链路层。再是三层以太网交换机，日常也称为具有路由功能交换机，它工作在网络层。三是具有内容交换功能的以太网交换机，它能够根据第四至七层信息对发往业务服务器的数据流量进行交换及流量分配。
其二是以交换机的传输能力类分，该分类法主要是以交换机端口的接口类型进行分类，可分为：十兆以太网交换机、快速以太网交换机、千兆以太网交换机、N吉以太网交换机（N=1、10、40、100）。注意的是；对于工作在网络层以上的以太网交换机也可选配ATM接口、POS接口及SDH层接口。
其三是以交换机的协议能力类分，该分类法主要是以交换机所支持的协议种类情况进行分类，可分为三种：支持逻辑链路控制协议的以太网交换机（主要是指二层交换机）、支持IPv6协议的以太网交换机和支持双栈协议的以太网交换机（这两类主要是指三层及以上的交换机）。
欲更多了解交换机与路由器至差异介绍的请进入。
二、以太网交换机的工作原理
1、工作过程
由于以太网交换机工作在OSI/RM的数据链路层（层2）之MAC子层，因此其工作原理相对简单，其工作过程可以概括为“学习”、“记忆”、“接收”、“查表”、“转发”等几个方面：通过“学习”可以了解到每个端口上所连接设备的MAC地址，将MAC地址与端口编号的对应关系“记忆”在内存中，产生MAC地址表，如下图2-1所示；从一个端口“接收”到数据帧后，在MAC地址表中“查找”与帧头中目的MAC地址相对应的端口编号，然后，将数据帧从查到的端口上“转发”出去。
图 2-1：以太网交换机的选词过程与MAC地址表
欲详细了解MAC帧及地址介绍的请进入。
2、冲突域隔离
以太网交换机在物理层将网络分割成多个冲突域，每个端口独立成为一个冲突域，如下图2-2所示。这样可以减少网络拥堵，提高网络效率，此外，交换机还具有缓冲存储功能，当某个端口有大量数据需要发送时，交换机可以先将数据存储在缓冲区，然后在适当的时机进行发送。因此，以太网交换机对于数据帧的处理方式分为：直通转发、存储转发和无碎片转发，其含义详见下表2-2。它们之间的最大区别在于，它们何时去处理转发，也就是交换机怎样去处理数据帧的接收进程和转发进程的关系。
图 2-2：以太网交换机每个端口独立成为一个冲突域
表 2-2：以太网交换机对数据帧的处理方式
3、数据帧的转发方式
以太网交换机对于数据帧的转发方式可分为：单播帧的转发、组播帧的转发和广播帧的转发。单播帧的转发方式是指交换机根据MAC表项进行数据帧转发，即交换机某端口收到数据帧时，根据帧中的目的地址，依据MAC地址表中的端口将数据帧发送出去，其它端口不转发此数据帧。组播帧的转发方式和广播帧的转发方式顾名思义。我们知道，在802.3标准中，MAC地址的高字节最低比特位是组播地址标识位，该比特为1，表示该地址为组播MAC地址。广播MAC地址可以看作是组播的特殊形式：0xFFFF-FFFF-FFFF。
4、数据帧的过滤
在这里需要提到数据帧的过滤。无论是单播、组播和广播的数据帧，如果帧目的MAC地址在MAC地址表中有表项存在，且表项关联的端口与接收帧的端口相同时，则交换机对此帧进行过滤，即不转发此帧（丢弃），如下图2-4所示。这是为了杜绝不必要数据帧的转发，以节省资源。
图 2-4：数据帧转发时的过滤
三、交换机的技术要求
1、二层以太网交换机
二层以太网交换机工作于数据链路层，支持逻辑链路控制（LLC）协议，基于MAC地址转发或交换数据帧。它的主要关键技术包括VLAN技术、信息流优先技术、组播技术和流量控制技术等，具体释义详见下表3-1-1。二层以太网交换机是工作于其它层交换机的技术基础。下表3-1-2列出了二层以太网交换机应具有的功能。通信行业标准YD/T 1099《以太网交换机技术要求》规定了以太网交换机的技术要求，包括功能指标、通信协议、通信接口、环境要求等。
表 3-1-1：二层以太网交换机的主要关键技术简介
表 3-1-2：二层以太网交换机应具有的功能
欲详细了解YD/T 1099标准规定的二层以太网交换机技术要求的请进入。
2、三层以太网交换机（支持IPv4协议）
三层以太网交换机工作于网络层，它具有路由功能，可支持IPv4协议并基于IP地址转发或交换数据包。拥有第三层路由功能的以太网交换机，除实现数据帧转发功能外，能根据收到的数据包中网络层地址以及交换机内部维护的路由表决定输出端口以及下一条交换机地址或主机地址，并且重写链路层数据包头。路由表必须动态维护来反映当前的网络拓扑。具有路由功能的以太网交换机通常通过与其它类似设备/路由器交换路由信息来完成动态维护路由表。下表3-2列出了三层以太网交换机应实现的功能。通信行业标准YD/T 1255《具有路由功能的以太网交换机技术要求》规定了在公网使用的具有路由功能的以太网交换机的技术要求，包括功能、指标、通信接口、通信协议环境要求等。
表 3-2：三层以太网交换机应实现的功能
欲详细了解YD/T 1255标准规定的三层以太网交换机技术要求的请进入。
3、具有IPv6路由功能以太网交换机
具有IPv6路由功能以太网交换机是指支持IPv6协议的具有路由功能的以太网交换机。该交换机应实现的功能详见下表3-3。我国通信行业标准YD/T 1698《IPv6网络设备技术要求 具有IPv6路由功能的以太网交换机》规定了具有IPv6路由功能的以太网交换机的技术要求，包括功能要求、通信接口、通信协议、性能指标、安全功能要求以及环境要求等。
表 3-3：具有IPv6路由功能以太网交换机应实现的功能
欲详细了解YD/T 1698标准规定的具有IPv6路由功能以太网交换机技术要求的请进入。
4、具有内容交换功能的以太网交换机和具有双栈内容交换功能的以太网交换机
具有内容交换功能的以太网交换机是指能够根据四至七层信息对发往业务服务器的数据流量进行交换及流量分配，并可基于各种应用层信息对业务会话进行控制的以太网交换机设备。具有双栈内容交换功能的以太网交换机是指同时具备IPv4和IPv6协议处理能力的具有内容交换功能的以太网交换机。
欲详细了解具有内容交换功能的以太网交换机（包括双栈）介绍的请进入。
欲更多了解以太网交换机性能指标要求的请进入。
欲进一步了解路由器介绍的请进入。
