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定義與作用

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交換機是一種為所連接的IT設備提供網絡通信的設備，主要作用是轉發傳輸數據，實現網絡設備之間的通信互聯，還能對網絡進行分段和隔離，劃分多個虛擬網段，提高網絡安全性，以及對不同端口、用戶和應用進行流量控制和管理，優化網絡環境。

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分類

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- 按管理方式分類：非管理型交換機即插即用，簡單便宜，適合家庭或小辦公室；管理型交換機分為智能交換機和全管理型交換機，前者支持基礎管理，后者功能強大，能處理QoS、遠程監控等，適合企業或數據中心。

- 按網絡層級分類：二層交換機基于MAC地址轉發數據，適合簡單局域網；三層交換機增加路由功能，能處理IP地址，連接不同子網，常用于大型網絡；更高層交換機（如四層）則用于負載均衡等高級場景。

- 按端口速率分類：有10/100Mbps的老式快速以太網交換機，多見于小型網絡；千兆交換機速度為1Gbps，是目前主流；萬兆交換機速度達10Gbps，適合高帶寬需求；還有25G、100G甚至800G、1.6T等更高速率的交換機，主要用于數據中心。

- 按應用場景分類：桌面交換機5-8個端口，小巧低功耗，適合家庭；機架式交換機端口多，裝在機柜中，適合企業；工業交換機耐高溫、防塵，適合工廠等惡劣環境；PoE交換機通過網線供電，方便IP攝像頭等設備使用。

- 按硬件形態分類：盒式交換機擁有固定配置，固定端口數量、電源模塊、風扇等，不具備擴展性，一般應用于接入層和匯聚層；框式交換機可按需基于機框，對接口板卡、交換板卡、電源模塊等槽位數量獨立配置，具備良好的擴展性，應用于核心層。?

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工作原理

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當交換機收到數據幀時，會檢查數據幀的目標MAC地址，然后對照自己學習到的MAC地址表，把數據幀從對應的端口轉發出去，從而實現設備間的通信。同時，交換機還通過生成樹協議等避免網絡環路，確保網絡的穩定性。

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交換機常見的轉發方式有以下三種

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- 直通式：交換機檢測到目的MAC地址后，立即轉發數據幀，無需等待整個數據幀接收完。其優點是轉發速度快，延遲低，適用于實時性要求高的應用；缺點是無法檢測數據幀錯誤，可能轉發錯誤幀，且對數據幀長度有要求。

- 存儲轉發式：交換機先接收完整的數據幀，進行錯誤檢測和校驗，確認無誤后再根據目的MAC地址轉發。優點是能保證數據幀的正確性和完整性，提高網絡可靠性；缺點是轉發延遲較大，因為要等整個數據幀接收和處理完才轉發，適用于對數據準確性要求高的場景。

- 碎片隔離式：交換機接收數據幀時，先檢查前64字節，這部分通常包含了數據幀的關鍵信息和大部分錯誤檢測信息。如果前64字節無錯誤，就開始轉發數據幀。這種方式結合了直通式和存儲轉發式的優點，能減少轉發延遲，同時避免轉發碎片幀，提高了網絡性能和可靠性，但仍不能完全保證數據幀的完整性。交換機的三種轉發方式分別適用于以下場景：

直通式

- 實時性要求高的場景：如視頻會議、在線游戲、IP電話等，這些應用要求數據能快速傳輸，對延遲敏感，直通式轉發的低延遲特性可保證音視頻的流暢性和游戲的實時響應。

- 網絡可靠性較高的場景：當網絡中的設備和鏈路質量較好，出現數據錯誤的概率較低時，直通式轉發能在保證速度的同時，不會因過多錯誤幀的轉發而影響網絡性能。

存儲轉發式

- 對數據準確性要求極高的場景：如金融交易系統、數據中心的數據存儲和傳輸等，這些場景不容許數據出現錯誤，存儲轉發式的錯誤檢測和校驗功能可確保數據的完整性和準確性。

- 復雜網絡環境：在網絡拓撲復雜、存在多種設備和不同類型數據流量的環境中，存儲轉發式能更好地處理各種數據幀，對不同長度和格式的數據幀進行統一的處理和轉發，避免因數據幀不規范而導致的錯誤。

碎片隔離式

- 工業自動化網絡：工業環境中的數據傳輸對可靠性和實時性都有一定要求，碎片隔離式既能快速轉發大部分正確的數據幀，又能避免轉發碎片幀，適用于工業自動化生產線、監控系統等場景。

- 一般辦公網絡：辦公網絡中通常有多種類型的數據流量，包括文件傳輸、網頁瀏覽、電子郵件等，碎片隔離式可以在一定程度上平衡轉發速度和數據準確性，滿足日常辦公的網絡需求。