交换机的工作原理及作用（浅聊交换机的工作原理）

因特网发展到今天，无线和有线设备的带宽都有巨大的提升，但目前大部分企事业单位都还在使用IPV4的地址，也难免要进行不同网段的划分，本次内容介绍二层交换机的VLAN（虚拟局域网）配置，那么为什么要进行VLAN的划分呢？

我们先来了解一下二层交换机的工作原理，交换机是数据链路层设备，它能够读取数据包中的MAC（网卡）地址信息，并根据MAC来进行交换，如图1所示。

图1 交换机的工作原理

图1中有A、B、C、D四台主机的IP地址在同一网段内，其IP地址和MAC地址如图1中所示，交换机有一张MAC地址表，是通过MAC地址来进行交换的，接入网络之前，交换机的MAC地址是空的。

当主机A（192.168.1.1）向主机C（192.168.1.3）发送数据的时候，交换机是如何把数据正确的发给主机C呢？

交换机的工作过程是这样的，主机A在发送数据时会携带自身的MAC地址，交换机从E0端口收到了数据，就会在MAC表中记录一条信息，如图2所示。

图2 交换机的工作原理（记录E0端口）

从图2中可知，交换机的MAC地址表已经有一条记录，此时交换机并不知道主机C在哪个端口，数据不确定从哪个端口转发，这时交换机只能选择在E0以外的所有端口都转发（洪泛（flooding）），那么主机B、C、D都会收到来自主机A的信息，收到信息后解开数据比对信息，主机B和主机D发现不是找它的，就把数据丢弃，只有主机C核对后发现是找C的，于是返回一条信息给交换机，返回信息的时候，带上自身的MAC地址，这个时候交换机的MAC地址表又多了一条记录，如图3所示。

图3 交换机的工作原理（记录E0和E2端口）

交换机收到来自主机C的数据后，是否又要向全部端口转发呢？不会的，因为主机C发的信息有目的地址信息（主机A）交换机直接把数据在E0端口发给了主机A。

当主机B发数据给主机C的时候，交换机会从E1端口获取主机B的MAC地址并记录在MAC表中，交换机收到信息后查询MAC表，发现已有主机C的地址，于是直接把数据往E2端口转发，其他端口以此类推。需要注意的是MAC表示动态的，当主机更换网卡或者主机移走的时候，一段时间以后交换机会把MAC中的记录移除，方便MAC表的维护。

网络中通常是多台交换机共同工作，多台交换机在一起会出现什么问题呢？下面来看一张网络拓扑图。

如果整个网络属于一个网段，那么只有一个广播域，那么一旦发出广播信息，就会传遍整个网络，主机就会不断的接收广播信息，严重影响网络的质量，因此在设计局域网LAN时，需要注意如何才能有效地分割广播域。

解决办法一是用路由器把网段划开，二是把交换机划分VLAN，这次的内容我们介绍到这里，下次介绍交换机的VLAN配置。