什么是交换机？

发表时间：2024-12-12 10:25作者：huawei

交换机是一种为所连接的IT设备提供网络通信的设备。交换机按不同类型可以分为以太网交换机、三层交换机、园区交换机、数据中心交换机、核心交换机、汇聚交换机、接入交换机、无管理型交换机、Web管理型交换机、全管理型交换机、千兆交换机、多速率交换机盒式交换机和框式交换机等。

交换机是做什么用的

交换机的主要作用是转发传输数据，实现网络设备之间的通信互联。可概括为以下功能：

对网络进行分段和隔离，划分多个虚拟网段，提高网络的安全性。
识别接收到的数据，精准向目标设备转发，提高网络的性能。
对不同端口、用户和应用进行流量控制和管理，优化网络环境，提高网络的可靠性和稳定性。
优化数据传输方式，提高传输速率。

交换机除了以上基本作用之外，还具备了一些新的功能，如对VLAN（虚拟局域网）的支持、对链路汇聚的支持，甚至有的还具有防火墙的功能。

交换机是如何工作的

交换机对数据包的转发是建立在物理地址（MAC地址）基础之上的，对于IP网络协议来说，它是透明的，即交换机在转发数据包时，不知道也无须知道信源机和信宿机的IP地址，只需知其目的MAC地址。

交换机在工作过程当中会不断的收集信息去建立一个MAC地址表，这个表相当简单，它说明了某个MAC地址是在哪个端口上被发现的。

当交换机收到一个TCP/IP数据包时，会先确认是否为广播数据包，如果是则将数据包广播到所有端口；如果不是则会在MAC地址表中查询目的MAC，以确认应该从哪个端口把数据包发出去（如果目的MAC地址与源MAC地址相同，会被视为无效数据包并丢弃）。

如果目的MAC地址不能在地址表中找到时，交换机会如同处理广播数据包一样，把该数据包从接收端口除外的所有端口转发出去。对应端口回应后交换机会“学习”新的MAC地址，把新的MAC地址添加到MAC地址表中。

交换机工作过程示意图

交换机的分类

交换机从不同角度可分为多种不同类型的交换机，以下是从应用场景、网络层次和管理类型等角度对交换机进行分类。

表1-1 交换机的分类

分类依据	交换机种类	主要特点
应用场景	园区交换机	面向企业、政府、教育、金融、制造等各行业，打造极简管理、稳定可靠、业务智能的园区网络。
应用场景	数据中心交换机	面向云数据中心和高端园区，适用于各种场景和网络规模，为规模化、自动化、可编程和实时可见性而打造。
网络层次	接入交换机	指工作在接入层的交换机。直接连接IT设备和网络，成本较低、端口密度较高。
	汇聚交换机	指工作在汇聚层的交换机。是多台接入层交换机的汇聚点，相较于接入交换机，需要更高的性能和更高的交换速率。
	核心交换机	指工作于核心层的交换机。核心层交换机对可靠性，性能和吞吐量都有较高的要求。
管理类型	无管理型交换机	既不支持Web，也不支持SNMP管理的交换机，设备完成安装连线和上电后可即插即用，不涉及设备登录和开局等配置。
	Web管理型交换机	通过Web可视化的界面，对交换机的各种功能进行简单可视化管理。
	全管理型交换机	支持SNMP、Web管理和命令行等多样化的管理和维护方式，具备友好的人机界面。
OSI网络模型	二层交换机	工作在OSI七层模型的第二层（数据链路层），可识别数据帧中的MAC地址。二层交换机通常也称为以太网交换机。
OSI网络模型	三层交换机	工作在OSI七层模型的第三层（网络层），具有路由功能。在校园网等大型局域网中有广泛应用，主要作用是加快内部数据交换转发。
端口速率	百兆交换机	下行端口可以提供全百兆传输速率。
	千兆交换机	下行端口可以提供全千兆传输速率。
	万兆交换机	下行端口可以提供全万兆传输速率。
	多速率交换机	下行端口可以提供100M/1G/2.5G/5G/10G速率传输。
整机结构	盒式交换机	整机采用集中式一体化设计，具有固定数量的端口和功能配置，易于维护和管理。整机尺寸较小，适用于桌面、挂墙和机柜安装。
整机结构	框式交换机	又称模块化交换机，各个功能模块相对独立，可以添加或更换单板、电源和风扇等模块均可插拔和更换，可拓展性高。整机尺寸较大，只用于机柜安装。

交换机 VS 路由器

路由器是一个链接两个或多个网络的设备。接收数据后，路由器会先依据路由表找出通往目的IP地址的*短路径，然后转发到下一地址。

路由器和交换机都可以在网络中传送转发数据，但是两者之间也有一定的区别。

交换机主要功能是用于数据交换，路由器主要功能是用于路由转发。
交换机根据MAC地址进行数据转发，而路由器是根据IP地址进行数据转发。
路由器能在多条路径中选择**的路径，提升交换数据的传输速率。

交换机 VS 集线器

集线器（Hub）是指将多条以太网双绞线或光纤集合连接在同一段物理介质下的设备。Hub有多个I/O端口，信号由任一端口进入后，经过再生或放大转发至其他所有端口。

Hub无法储存数据，在接收之后必须立刻转发，所以在转发数据时需要进行冲突检测，防止产生冲突导致数据包丢弃。基于此，Hub只能以半双工模式工作。

在网络早期，Hub的诞生给人们带来了极大的便利，在交换机发明之前一度十分流行。从一定程度上来看，集线器可以说是交换机的前身，现在集线器已经很难满足人们的要求，因此大部分的集线器已经被交换机所取代。同时，交换机也在不断扩展自身的功能，衍生出很多更高级、更强大的交换机以满足不同的需求。

华为有哪些交换机

华为交换机按应用场景进行分类，包括华为园区交换机和华为数据中心交换机。

华为园区交换机

华为园区交换机致力于打造极简管理、稳定可靠、业务智能的园区网络。

华为园区交换机有三大突出特点：

更可靠的网络：搭载全新可编程芯片，基于信元交换技术，在高并发、高负载工作环境下，实现无阻塞交换、业务零丢包。
更简单的管理：接入到核心全层次有线无线深度融合，一台交换机支持高达10240台AP融合管理，统一用户认证，简化运维。
更敏捷的部署：基于SDN和VxLAN技术，整网设备即插即用，分钟级网络部署和调整，更敏捷地响应业务的变化。

华为园区交换机产品形态众多，针对不同场景可选用不同的交换机，详情可查看华为园区交换机全家福。以下仅为CloudEngine S8700系列园区交换机示意图。

CloudEngine S8700系列园区交换机示意图

华为数据中心交换机

数据中心正在从云时代向智能时代演进，成为5G、人工智能等新型基础设施的核心。华为推出面向智能时代的CloudEngine数据中心交换机。同时，华为定义了智能时代数据中心交换机的三大特征：400GE超宽、0丢包以太网、全生命周期自动管理，助力客户加速智能化转型。

华为数据中心交换机具有以下特点：

高可扩展性和灵活性：丰富的产品组合，支持从500到50000+服务器规模的灵活组网；基于数据采集的实时分析，满足业务快速创新和智能运维。
自动化和敏捷性：采用iMaster NCE-Fabric实现Overlay和Underlay的自动化操作；可基于标准开放API与第三方DevOps工具集成实现自动化管理。
基于开放架构的平滑演进：统一的开放架构，支持从传统数据中心网络向SDN和多云时代平滑演进。

如华为园区交换机一样，华为数据中心交换机也有众多产品，可查看华为数据中心交换机全家福了解详情。

以下为CloudEngine XH16800系列数据中心交换机示意图，CloudEngine XH16800是华为推出的面向AI场景的数据中心核心交换机，具备高算力效率和高算力可用率两大特点。在算力效率方面，CloudEngine XH16800 系列交换机支持NSLB（网络级负载均衡），实现训练效率提升20%。在算力可用率方面，支持算网CCAE一体化运维等功能，排障效率提升90%。