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交换机是什么？
人们经常把交换机和hub放在一起进行比较，这是因为两者都具有网络连接作用。但是与hub只是简单地把所接收到的信号通过所有端口重复发送出去不同，交换机可以检查每一个收到的数据包，并对数据包进行相应的处理。交换机内保存有每一个网段上所有节点的物理地址，只允许必要的网络流量通过交换机。举例来说，当交换机接收到一个数据包之后，根据自身保存的网络地址表检查数据包内包含的发送和接收方地址。如果接收方位于发送方网段，该数据包就会被交换机丢弃，不能通过交换机传送到其它的网段；如果接收方和发送方位于两个不同的网段，该数据包就会被交换机转发到目标网段。这样，通过交换机的过滤和转发，可以有效避免网络广播风暴，减少误包和错包的出现。
因为交换机可以过滤数据包或者重新生成并转发新包，所以交换技术可以被用来把一个大的网络划分成几个独立的冲突域，有效的降低网络中的信号碰撞率。此外，因为交换机可以重新生成原数据包并进行转发，所以支持更长的传输距离，更多的网络节点。交换机和hub的最大不同之处就在于使用交换机连接的交换网络的每一个网段都是一个单独的冲突域，而使用hub连接的共享网络的所有节点则只能共同使用一个网络范围内的冲突域。
交换机易于安装，具有自适应功能。交换机可以查看流经的每一个数据包，并根据数据包的发送和接收方地址自动建立和维护包含每个网段所有节点的地址表，不需要任何人工干预。这种“即插即用”的功能使交换机成为hub的最佳替代品。
交换机除了能够连接同种类型的网络之外，还可以在不同类型的网络（如以太网和快速以太网）之间起到互连作用。如今许多交换机都能够提供支持快速以太网或FDDI等的高速连接端口，用于连接网络中的其它交换机或者为带宽占用量大的关键服务器提供附加带宽。通常人们把这种由使用快速上连线连接在一起的多个交换机所组成的网络称为CollapsedBackbone（? 式主干网络）。
一般来说，交换机的每个端口都连接一个独立的网段，但是有时为了提供的更快的接入速度，我们可以把一些重要的网络计算机直接连接到交换机的端口上。这样，网络的关键服务器和重要用户就完全独享本节点所拥有的整个网段资源，提供更快的接入速度，支持更大的信息流量。
全双工是另外一种增加网络关键工作站或服务器带宽的方法。使用全双工时，必须要求服务器或工作站所使用的网卡以及交换机本身都支持全双工模式。全双工可以成倍的增加网络带宽，在以太网和快速以太网环境下，最大带宽可以分别达到20Mps和200Mps。

网络拥挤

随着共享网络用户数量的增加和网络信息传输量的加大，网络的性能会逐渐降低。这是因为一个共享网络的所有用户都只能使用同一条网络带宽。一般来说，考虑到数据包的发送成本，发送间隔时间以及碰撞率，中等负载的10Mps以太网的利用率只能达到35%，数据吞吐量仅为2.5Mps。
因为以太网本身是一种共享式网络技术，所以为了避免发生冲突，保证数据的完整性，对数据包的发送机制进行了严格规定。以太网上的任何节点在向网络发送数据之前，必须首先检查网络是否可用。有时，两个位于不同网络位置的节点可能会同时试图向网络发送数据，从而导致信号冲突。发生碰撞冲突的两个数据包必须重新发送，这就增加了不必要的网络流量。尽可能减少碰撞的发生是网络设计和维护过程中非常重要的一个方面。过多的碰撞和冲突往往预示着网络的用户数量或信息流量超出了可承受范围。一个非常明显的表现就是用户客户端的网络性能严重下降。此时，使用交换机或路由器对网络进行合理分段是解决网络过分拥挤的最好方法。
虽然过多的数据包碰撞会严重影响网络性能，但是一个完全不会发生任何数据冲突和碰撞的网络还是不存在的。我们只要把网络的碰撞率维持在最小限度内就行。一般来说，小于10%的碰撞率都是可以接受的。
利用率是另外一个经常被用来衡量网络是否正常运行的标志。绝大多数的网络分析软件以及象Novell或WindowsNT等的网络操作系统都可以提供关于网络使用情况的统计信息。我们可能会认为网络利用率越高越好，其实不然。一般来说，35%的网络利用率是较为优化的网络环境。如果利用率过高或过低都表明网络中存在着潜在问题。
路由器


从过滤网络流量的角度来看，路由器的作用与交换机和网桥非常相似。但是与工作在网络物理层，从物理上划分网段的交换机不同，路由器使用专门的软件协议从逻辑上对整个网络进行划分。例如，一台支持IP协议的路由器可以把网络划分成多个子网段，只有指向特殊IP地址的网络流量才可以通过路由器。对于每一个接收到的数据包，路由器都会重新计算其校验值，并写入新的物理地址。因此，使用路由器转发和过滤数据的速度往往要比只查看数据包物理地址的交换机慢。但是，对于那些结构复杂的网络，使用路由器可以提高网络的整体效率。路由器的另外一个明显优势就是可以自动过滤网络广播，但是从总体上说，在网络中添加路由器的整个安装过程要比即插即用的交换机复杂很多。
如何使用交换机


早期交换机的价格相当昂贵，很难取代hub在网络中的位置。但是随着近几年交换技术的不断发展，交互机的价格急剧下降。而hub由于本身已经是一种相当成熟的技术，价格下调空间有限，所以交换机和hub之间的价格差距越来越小。丧失了价格上的优势之后，hub正逐渐被网络交换机取代。
交换机在网络中主要具有以下两个方面的重要作用。首先，交换机可以把原有的网络划分成多个小网络，扩展网络有效传输距离，支持更多网络节点。其次，使用交换机划分网络可以有效隔离网络流量，减少网络冲突，缓解网络拥挤状况。相比较而言，人们很容易认识到网络扩容的需要，进而使用交换机对现有网络进行扩展和延伸；但是对交换机缓解网络拥挤状况的作用却相对较难发觉，尤其是使用交换机可以在多大程度上改善网络整体性能则更难被掌握。因为使用交换机处理数据包不可避免的会带来处理延迟时间，所以如果在不必要的情况下盲目使用交换机可能会在实际上降低整个网络的性能。
不仅不同网络环境下交换机的作用各不相同，在同一网络环境下添加新的交换机和增加现有交换机的交换端口对网络的影响也不尽相同。充分了解和掌握网络的流量模式是能否发挥交换机作用的一个非常重要的因素。因为使用交换机的目的就是尽可能的减少和过滤网络中的数据流量，所以如果网络中的某台交换机由于安装位置设置不当，几乎需要转发接收到的所用数据包的话，交换机就无法发挥其优化网络性能的作用，反而降低了数据的传输速度，增加了网络延迟。
除安装位置之外，如果在那些负载较小，信息量较低的网络中也盲目添加交换机的话，同样也可能起到负面影响。受数据包的处理时间，交换机的缓冲区大小以及需要重新生成新数据包等因素的影响，使用简单的hub要比交换机更为理想。因此，我们不能一概认为交换机就比hub有优势，尤其当用户的网络并不拥挤，尚有很大的可利用空间时，使用hub更能够充分发挥网络的现有资源。
使用交换机取代中央hub

当一个由级连hub组成的共享网络趋于饱和时，我们就需要考虑使用交换机来替换已经无法满足要求的hub。在网络中加入交换机之后，可以为一些关键的服务器提供更加快速的网络连接，同时把互不相关的网络流量隔离在各自的独立网段中。随着网络瓶颈的消失，整个系统的性能会逐步改善。
在主干交换网中添加新的交换机

随着网络节点的增多和信息传送量的增大，使用交换机连接的交换网络也会逐渐变得拥挤。这时，我们可以添加更多的交换机端口，并提升交换端口的连接速度。此外，我们还可以安装新的交换机对现有网络进行重新划分。
最优化网络设计

对网络的设计和维护应当是一个逐步完善的渐进过程，我们不能够有任何一劳永逸的想法。当我们需要调整现有网络时，较为可取的方法就是在尽可能充分利用现有投入的基础上，根据实际需要，逐步使用新的技术和设备替换和淘汰已经过时或无法胜任的设备和技术。
大多数网络都可以很方便的升级到快速以太网。交换机或网桥允许快速以太网连接现有的网络架构为关键网络设备提供高速连接。通常，快速以太网被用于多台交换机之间的相互连接，还可以为带宽占用量大的服务器提供更多带宽，避免出现网络瓶颈。
许多采用客户—服务器模式的网络经常遇到的一个问题就是访问同一台服务器的用户数量过多，造成服务器响应缓慢，成为网络瓶颈。如果我们采用的是交换以太网，可以通过交换机的快速以太网端口，为服务器提供专门的高速连接，从而在根本上解决服务器响应时间慢，信息传送量小的问题。
高级交换技术问题
网络管理功能

具有网络管理功能的交换机可以为网络的管理和维护带来诸多益处。许多运行关键应用程序的大型网络都采用各种复杂的管理工具，如SNMP等，管理和监控网络中的各种设备。使用SNMP或RMON（SNMP网络管理程序的扩展，可以使用更少的带宽提供更多的数据）网络管理软件不仅可以监控每一台网络设备，还可以对关键的网络区域进行重点管理。
交换机网络管理功能的另外一个重要体现就是VLAN。VLAN允许用户把网络中的某些节点组合在一起，成为一个逻辑上的局域网段，而不必考虑每个节点的实际物理连接位置。VLAN的一个重要功能就是可以有效的管理和避免由广播和多点发送所引发的网络流量。一般来说，交换机不象路由器那样具有自动过滤网络广播的功能，任何广播或多点发送的数据包都可以通过交换机的所有端口进行发送。但是，如果采用VLAN功能，基于VLAN技术创建的逻辑网段可以有效的隔离网络广播风暴，优化网络性能。
交换机网络管理中经常会用到的一个概念就是扩展树算法（SpanningTreeAlgorithm）。扩展树算法是一种协议，允许网络管理人员为网络设计冗余链路。为避免出现网络回路，扩展树算法能够在多台交换机之间进行协同工作，以确保使用同一条冗余链路传送数据。当现有线路出现问题时，备用线路自动被激活并使用。对于那些运行重要应用程序的网络来说，使用扩展树算法设置冗余链路就显得极为重要。
存储转发和开通式交换技术

网络交换机主要使用两种基本的交换技术，分别为：开通式交换技术（Cut-Through）和存储转发交换技术（Store-and-Forward）。使用开通式交换技术的交换机转发数据包时只是简单地查看数据包中包含的接收方地址；而存储转发交换机在转发数据时则需要接收并分析整个数据包的内容。虽然检查整个数据包需要花费更多的时间，但是存储转发交换机可以及时捕获并过滤掉网络中的误包或错包，有效的改善网络性能。随着交换技术的不断发展和成熟，存储转发交换机和开通式交换机之间的速度差距越来越小。此外，许多厂商已经推出了可以根据网络的运行情况，自动选择不同交换技术的混合性交换机。
第三层交换技术

目前，交换机技术发展的一种趋势就是第三层交换技术。该类型的交换机将传统路由器的数据包处理功能和交换机的速度优势结合在一起，可以同时在OSI七层网络模型的第二层和第三层上工作，所以被称为多层交换机或路由交换机。当网络正常运行时，为了获取更快的速度，多层交换机在物理层工作。当网络流量超出正常范围时，多层交换机改用路由功能处理网络流量。这样，第三层交换技术即避免了不必要的网络路由成本，又可以根据不同的网络状况实现最优化的网络性能。随着网络技术的不断发展，多层交换机有望在大规模网络中取代现有路由器的位置。