什么是网络交换机？

网络交换机是让两个或多个 IT 设备（例如计算机）相互通信的设备。将多个 IT 设备连接在一起即可搭建起一个通信网络。计算、打印、服务器、文件存储、互联网访问和其他 IT 资源均可通过网络共享。

IT 设备通过在网络中交换数据“包”来完成通信。基本交换机将数据包从一台设备转发到另一台设备，而更复杂的操作（例如决定是否允许数据包到达其预期目的地）传统上是其他类型网络设备的领域。

交换机可以采用专用装置的形式，也可以作为其他设备（例如网络路由器和无线接入点 (AP)）的组件，对数据包执行操作。基本交换技术已经存在了几十年，是包括互联网在内所有现代 IT 网络的基本组成部分之一。 

交换机解决了哪些问题？

网络交换机连接网络上的用户、应用和设备，以便相互通信并共享资源。最简单的网络交换机专门为单个局域网 (LAN) 上的设备提供连接。更高级的交换机可以连接来自多个 LAN 的设备，甚至可以包含基本的数据安全功能。 

在更高级的交换机中，简单 LAN 互连以外的功能通常是其他网络设备（例如路由器和防火墙）的附属功能。尽管这些交换机拥有高级功能，但仍被称为“交换机”，因为其主要目的是在 IT 网络中将设备相互连接。 

高级交换机的一个重要作用是创建“虚拟网络”。虚拟网络根据网络管理员提供的配置，将联网系统组相互隔离。通过此功能可以将大量系统连接到单个物理网络，同时将特定系统与其他系统安全分割开来。虚拟网络类型包括经常被用于中型和大型网络的虚拟专用网络 (VPN)、虚拟 LAN (VLAN) 和以太网 VPN 虚拟可扩展 LAN (EVPN-VXLAN)。现代企业网络中的网络分段越来越普遍采用 EVPN-VXLAN。

网络交换机有不同速度、功能和尺寸，可以支持从三台设备到数千台设备不等。可以将多个网络交换机连接在一起以支持更多设备。具体这些交换机如何连接的，被称为“网络拓扑”。

使用端口密度高的高速交换机的现代“脊叶式”拓扑，可以轻松将数以万计的设备连接到单个物理网络中。在脊叶数据中心网络中，叶式交换机聚合来自服务器的流量并直接连接到主干交换机，后者将所有叶式交换机以全网状拓扑互连。这些大型网络通常使用 EVPN-VXLAN 分割成大量虚拟网络，叶式交换机提供对不同网络分段的访问（和路由）。

这种类型的网络在许多客户共享的数据中心（称为“多租户”数据中心）以及政府和大型企业使用的数据中心中很常见。

交换机的工作原理？

网络交换机实现设备间通信的方式是所有连接的系统，包括交换机本身，都遵循一组标准的通信协议。这些标准由国际标准组织（例如电气和电子工程师协会 (IEEE) 和互联网工程任务组 (IETF)）定义和维护。

设备连接到网络的方式主要有三种：无线电（例如 Wi-Fi）、电气（例如 RJ-45 以太网）和基于光的光学器件。每种连接方法都使用不同的物理网络互连方式（分别为射频频谱、铜缆和光纤），IT 设备通过这些方式相互发送二进制流进行通信。

网络标准允许将这些二进制流理解为数据包。数据包包含标头和有效负载。数据包标头包含信息，例如参与此通信的设备的源地址和目标地址。有效负载包含联网设备实际尝试交换的数据。网络上的每个设备都有一个或多个地址，数据包可以寻址到这些地址。

被两个或多个地址交换的数据包组称为“数据流”。数据流大致相当于联网设备之间的单独对话。交换机从数据包标头中读取地址，然后将数据包转发到目的地。

交换机维护记录，称为查找表 (LUT)。LUT 包含使用特定交换机端口可以访问的地址列表。某些交换机以及所有路由器都可以配置“路由”。路由也是一种 LUT，其指示交换机将具有特定目的地的所有数据包发送到中间交换机或路由器。使用路由可以让交换机将数据包发送到交换机没有地址信息的设备。

例如，让我们看看智能手机是如何使用家庭 Wi-Fi 网络访问的网页。智能手机通过 Wi-Fi 连接到 AP。AP 有一个内置的 RJ-45/以太网交换机，连接到互联网路由器。