【IT168 专稿】交换技术是网络技术的重点，我们网络频道已经为读者进行了多次报道。因为其重要，故我们再次进行系统的整理，以供初学者参阅。

　　交换技术应用连载：构建MAC地址表
　　交换技术应用连载：广播风暴问题解决
　　交换技术应用连载：802.1W生成树
　　交换技术应用连载：虚拟局域网技术

　　以太网技术的核心是CSMA/CD，这种介质访问方法决定了以太网中不可避免地会产生碰撞。早期以太网中，为了把更多的主机接入局域网，人们使用集线器和中继器扩展网络。但是，使用这种设备扩展网络也存在弊端，那就是碰撞域也随之扩大（图11-1）。
　　
图 11-1 扩展的碰撞域

　　以太网的性能

　　随着碰撞域的扩大，碰撞机率提高，网络性能逐步下降，直至网络不可使用。因此碰撞严重制约着网络的规模和性能。

　　除了碰撞影响以太网的性能外，还有另外一个因素也严重影响着以太网的性能，那就是广播数据。接入以太网的主机在工作的时候会产生许多广播数据，这些广播数据对于主机完成业务来说是必不可少的，比如ARP广播。某些应用程序也会产生大量的广播数据。广播影响的范围称为广播域。任何一个站点产生的广播数据，都被集线器和中继器复制转发，最终传遍整个碰撞域，这个时候广播域和碰撞域的大小是相同的。无论什么数据占用物理信道，所有的设备都必须等待，广播数据也不例外，因为它们必须遵守CSMA/CD的工作机制。

　　从以上分析可知，如果要提高以太网的利用率和性能，就必须解决碰撞和广播问题。使用以太网交换机和VLAN技术就可以解决这两个问题。

　　交换技术的提出

　　如果网络中的计算机是通过集线器连接而进行互相通信的，这种网络就被看作是共享式的以太网。因为和集线器相连的设备共享集线器的带宽。使用集线器互连的网络很容易发生数据碰撞，因为不管发送数据还是接收数据都使用一个数据通道，这样主机在发送数据的同时必须使用接收线对检测是否发生了碰撞，这种机制造成了主机只能以半双工的模式工作，没有充分地发挥网络的性能。

　　随着网络平台上业务类型的多样化，网络中的数据流量也急速地增长。共享式局域网的特性严重制约着网络性能的提高，在这种情况下使用交换机构成的交换式局域网取代了使用集线器构成的共享式局域网。

　　交换机取代集线器首先解决了碰撞问题。交换机是工作在数据链路层的设备（所以也称为2层交换机），它可以识别数据帧中封装的MAC地址，并根据地址信息把数据交换到特定的端口，而不是像集线器工作时一样，把从一个端口接收到的数据复制到所有其他端口。这样的工作方式使交换机的不同端口之间不会产生碰撞，也就是说交换机可以分割碰撞域。图11-2描述是使用集线器组建的以太网，这6台主机处于同一个碰撞域，任意时刻只要有两台或两台以上主机发送数据，就会发生碰撞。

　　
图 11-2 集线器形成的碰撞域

　　如果用交换机替代集线器（图11-3），情况就不同了，交换机把原来的一个碰撞域分割为6个碰撞域，每个碰撞域内只有1台主机，等于消除了碰撞，网络性能大大提高。

　　      
图 11-3 交换机形成的碰撞域

　　其次，交换机解决了集线器与和它相连的主机不能全双工通信的问题。从物理上来看，集线器使用单独的一个物理接口与主机相连，但实际上与集线器相连的所有主机共享一个物理通道发送和接收数据。由于存在着碰撞的可能性，所以当主机使用发送回路向网络上传递数据时，必须使用用于接收数据的回路检测碰撞，这样，在发送数据的同时不能接收数据。当然在接收数据的同时也不能发送数据。这样的半双工工作方式也同样降低了数据的流通量，影响了网络的性能。

　　交换机则不同，交换机使用独立的收、发通道为每个接口相连的主机转发数据，这样主机可以全双工地工作。

　　再次，交换机可以为任意两个交换数据的端口建立一条独立的数据通道进行交换数据，大大提高了数据交换的效率。交换机具有这些特性是由它的工作原理决定的，下面介绍交换机的基本工作原理。