2.2 认识交换机
通常情况下，交换机主要是指工作于OSI模型第二层（即数据链路层）的设备。交换机通过解析数据帧中的源MAC地址和目的MAC地址，将数据帧通过交换机内部传输通道快速地从源端口转发至目的端口，从而避免与其他端口发生碰撞，提高了网络总体的数据交换和传输速度。
局域网中工作于OSI模型第三层的交换机，称为网络层交换机。网络层交换机具有路由功能，也可工作在OSI模型的第二层。三层交换机作为三层设备使用时相当于一个多端口的路由器，主要用于虚拟局域网之间的数据转发。三层交换机能根据IP地址转发数据包，更高层的交换机依据网络协议或端口号进行数据转发。本书主要介绍二层交换机及三层交换机的基本应用。
2.2.1 交换机的工作原理
二层交换机配有一条高带宽的背板总线和内部交换矩阵。交换机所有的端口都挂接在这条背板总线上，控制电路收到数据帧以后，会查找内存中的地址对照表以确定目的MAC地址（网卡的硬件地址）对应的端口，通过内部交换矩阵迅速将数据帧传送到目的端口。若目的MAC地址不存在，则通过除数据接收端口之外的所有端口进行广播，在接收到回应后，交换机将回应的MAC地址添加到内部MAC地址表中。通过交换机的过滤和转发，可以有效地减少冲突域。
在默认情况下二层交换机不能分割广播域，如果需要分割广播域，可以在交换机上使用虚拟局域网的功能实现，或者借助网络层设备实现，这将在后面章节中进行介绍。
2.2.2 交换机的组成
交换机的前后面板都有很多RJ-45端口，少数几个端口用于配置交换机，多数端口用于连接计算机或其他设备，面板上还配有反映工作状态的指示灯。如果把交换机看作一台特殊的计算机，其内部硬件和计算机内部硬件在功能上十分类似，具体有如下几个方面的内容。
1）CPU（Central Processing Unit，中央处理器），类似于计算机中的CPU，但交换机使用专用的集成电路ASIC，以实现数据高速传输。
2）ROM（Read-Only Memory，只读储存设备），相当于计算机中的BIOS，交换机加电启动时，首先运行ROM中的程序，完成对交换机硬件的自检并引导启动操作系统。该存储器在系统异常关闭时程序不会丢失。
3）Flash（Flash Memory，闪存），Flash是一种可擦写、可编程的ROM，Flash包含交换机的操作系统及微代码。Flash相当于计算机中安装操作系统的硬盘分区，但速度要快得多，可通过写入新版本的操作系统实现对交换机软件的升级。Flash中的程序在系统异常关闭时不会丢失。
4）NVRAM（Non-Volatile Random Access Memory，非易失性随机存储器），用于存储交换机的配置文件，设备启动后将根据配置文件对设备进行配置，该存储器中的内容在系统异常关闭时也不会丢失。
5）DRAM（Dynamic Randem Access Memory，动态随机存储器），是一种可读写存储器，相当于计算机中的内存，其内容在系统异常关闭时完全丢失。
6）交换机端口的内部电路。
2.2.3 交换机的常用端口
交换机上可以有多种采用不同技术的端口，它们有不同的功能，可实现不同速率的连接和转发，同时所连接的传输介质也有可能不同，如图2-3所示。
常用端口主要有以下几种。
1）以太网端口（Ethernet）。此类端口的速率为10Mbit/s，目前已基本淘汰。
图2-3 交换机面板
2）快速以太网端口（Fast Ethernet）。此类端口的速率为100Mbit/s，又称百兆端口。此端口目前在接入层交换机上还在被广泛使用，但随着技术的发展，将逐步被千兆端口所取代。
3）吉比特以太网端口（Gigabit Ethernet）。此类端口的速率为1000Mbit/s，即千兆端口。目前还有更高速率的万兆端口，万兆及以上端口往往都用光纤作为传输介质。
除了上面介绍的几种用于网络数据传输的端口，交换机等网络设备上还有一个比较常用的端口——控制台端口（Console）。此端口用于管理人员登录交换机，对其进行配置、管理等操作。
2.2.4 交换机操作系统
根据前面的介绍可知，交换机类似于一台特制的计算机，因此它的工作也需要有操作系统，管理员也是通过操作系统进行设备功能和性能的配置和管理，所以交换机操作系统是交换机的核心，也是学习的重点。
不同厂商生产的交换机所使用的操作系统也是不同的。华为公司生产的交换机使用的是自主开发的操作系统，称为VRP（Versatile Routing Platform，通用路由平台）。VRP是华为在通信领域多年的研究成果，是华为所有基于IP/ATM构架的数据通信产品操作系统平台，是华为公司从低端到高端的全系列路由器、交换机等数据通信产品的通用网络操作系统。