交換機(jī)的工作原理：
交換機(jī)根據(jù)收到數(shù)據(jù)幀中的源MAC地址建立該地址同交換機(jī)端口的映射，并將其寫入MAC地址表中。
交換機(jī)將數(shù)據(jù)幀中的目的MAC地址同已建立的MAC地址表進(jìn)行比較，以決定由哪個端口進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。
如數(shù)據(jù)幀中的目的MAC地址不在MAC地址表中，則向所有端口轉(zhuǎn)發(fā)。這一過程稱之為泛洪（flood）。
廣播幀和組播幀向所有的端口轉(zhuǎn)發(fā)。

交換機(jī)的三個主要功能：
學(xué)習(xí)：以太網(wǎng)交換機(jī)了解每一端口相連設(shè)備的MAC地址，并將地址同相應(yīng)的端口映射起來存放在交換機(jī)緩存中的MAC地址表中。
轉(zhuǎn)發(fā)/過濾：當(dāng)一個數(shù)據(jù)幀的目的地址在MAC地址表中有映射時，它被轉(zhuǎn)發(fā)到連接目的節(jié)點的端口而不是所有端口（如該數(shù)據(jù)幀為廣播/組播幀則轉(zhuǎn)發(fā)至所有端口）。
消除回路：當(dāng)交換機(jī)包括一個冗余回路時，以太網(wǎng)交換機(jī)通過生成樹協(xié)議避免回路的產(chǎn)生，同時允許存在后備路徑。

交換機(jī)的工作特性：
交換機(jī)的每一個端口所連接的網(wǎng)段都是一個獨立的沖突域。
交換機(jī)所連接的設(shè)備仍然在同一個廣播域內(nèi)，也就是說，交換機(jī)不隔絕廣播（唯一的例外是在配有VLAN的環(huán)境中）。
交換機(jī)依據(jù)幀頭的信息進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，因此說交換機(jī)是工作在數(shù)據(jù)鏈路層的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備

交換機(jī)的分類：
依照交換機(jī)處理幀的不同的操作模式，主要可分為兩類。
存儲轉(zhuǎn)發(fā)：交換機(jī)在轉(zhuǎn)發(fā)之前必須接收整個幀，并進(jìn)行檢錯，如無錯誤再將這一幀發(fā)向目的地址。幀通過交換機(jī)的轉(zhuǎn)發(fā)時延隨幀長度的不同而變化。
直通式：交換機(jī)只要檢查到幀頭中所包含的目的地址就立即轉(zhuǎn)發(fā)該幀，而無需等待幀全部的被接收，也不進(jìn)行錯誤校驗。由于以太網(wǎng)幀頭的長度總是固定的，因此幀通過交換機(jī)的轉(zhuǎn)發(fā)時延也保持不變。
注意：
直通式的轉(zhuǎn)發(fā)速度大大快于存儲轉(zhuǎn)發(fā)模式，但可靠性要差一些，因為可能轉(zhuǎn)發(fā)沖突 幀或帶CRC錯誤的幀。

生成樹協(xié)議
消除回路：
在由交換機(jī)構(gòu)成的交換網(wǎng)絡(luò)中通常設(shè)計有冗余鏈路和設(shè)備。這種設(shè)計的目的是防止一個點的失敗導(dǎo)致整個網(wǎng)絡(luò)功能的丟失。雖然冗余設(shè)計可能消除的單點失敗問題，但也導(dǎo)致了交換回路的產(chǎn)生，它會導(dǎo)致以下問題。
廣播風(fēng)暴
同一幀的多份拷貝
不穩(wěn)定的MAC地址表
因此，在交換網(wǎng)絡(luò)中必須有一個機(jī)制來阻止回路，而生成樹協(xié)議（Spanning Tree Protocol）的作用正在于此。

生成樹的工作原理：
生成樹協(xié)議的國際標(biāo)準(zhǔn)是IEEE802.1b。運(yùn)行生成樹算法的網(wǎng)橋/交換機(jī)在規(guī)定的間隔（默認(rèn)2秒）內(nèi)通過網(wǎng)橋協(xié)議數(shù)據(jù)單元（BPDU）的組播幀與其他交換機(jī)交換配置信息，其工作的過程如下：
通過比較網(wǎng)橋優(yōu)先級選取根網(wǎng)橋（給定廣播域內(nèi)只有一個根網(wǎng)橋）。
其余的非根網(wǎng)橋只有一個通向根交換機(jī)的端口稱為根端口。
每個網(wǎng)段只有一個轉(zhuǎn)發(fā)端口。
根交換機(jī)所有的連接端口均為轉(zhuǎn)發(fā)端口。
注意：生成樹協(xié)議在交換機(jī)上一般是默認(rèn)開啟的，不經(jīng)人工干預(yù)即可正常工作。但這種自動生成的方案可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆窂讲⒎亲顑?yōu)化。因此，可以通過人工設(shè)置網(wǎng)橋優(yōu)先級的方法影響生成樹的生成結(jié)果。

生成樹的狀態(tài)：
運(yùn)行生成樹協(xié)議的交換機(jī)上的端口，總是處于下面四個狀態(tài)中的一個。在正常操作 期間，端口處于轉(zhuǎn)發(fā)或阻塞狀態(tài)。當(dāng)設(shè)備識別網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化時，交換機(jī)自動進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換，在這期間端口暫時處于監(jiān)聽和學(xué)習(xí)狀態(tài)。
阻塞：所有端口以阻塞狀態(tài)啟動以防止回路。由生成樹確定哪個端口轉(zhuǎn)換到轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)，處于阻塞狀態(tài)的端口不轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)但可接受BPDU。
監(jiān)聽：不轉(zhuǎn)發(fā)，檢測BPDU，（臨時狀態(tài)）。
學(xué)習(xí)：不轉(zhuǎn)發(fā)，學(xué)習(xí)MAC地址表（臨時狀態(tài)）。
轉(zhuǎn)發(fā)：端口能轉(zhuǎn)送和接受數(shù)據(jù)。
小知識：實際上，在真正使用交換機(jī)時還可能出現(xiàn)一種特殊的端口狀態(tài)－Disable狀態(tài)。這是由于端口故障或由于錯誤的交換機(jī)配置而導(dǎo)致數(shù)據(jù)沖突造成的死鎖狀態(tài)。如果并非是端口故障的原因，我們可以通過交換機(jī)重啟來解決這一問題。

生成樹的重計算：
當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生改變時，生成樹協(xié)議重新計算，以生成新的生成樹結(jié)構(gòu)。當(dāng)所有交換機(jī)的端口狀態(tài)變?yōu)檗D(zhuǎn)發(fā)或阻塞時，意味著重新計算完畢。這種狀態(tài)稱為會聚（Convergence）。
注意：在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)改變期間，設(shè)備直到生成樹會聚才能進(jìn)行通信，這可能會對 某些應(yīng)用產(chǎn)生影響，因此一般認(rèn)為可以使生成樹運(yùn)行良好的交換網(wǎng)絡(luò)，不應(yīng)該超過七層。此外可以通過一些特殊的交換機(jī)技術(shù)加快會聚的時間。
文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-452737.html