交换机的启动过程及运作原理
什么是交换机
交换机（switch）意为“开关”是一种用于电（光）信号转发的网络设备。它可以为接入交换机的任意两个网络节点提供独享的电信号通路。最常见的交换机是以太网交换机。其他常见的还有电话语音交换机、光纤交换机等。
交换（switching）是按照通信两端传输信息的需要，用人工或设备自动完成的方法，把要传输的信息送到符合要求的相应路由上的技术的统称。交换机根据工作位置的不同，可以分为广域网交换机和局域网交换机。广域的交换机（switch）就是一种在通信系统中完成信息交换功能的设备，它应用在数据链路层。交换机有多个端口，每个端口都具有桥接功能，可以连接一个局域网或一台高性能服务器或工作站。实际上，交换机有时被称为多端口网桥。
交换机启动过程 交换机的通常启动过程包括启动装载软件的操作，完成以下任务：
完成低级交换机cpu初始化。它将初始化控制映象的物理内存、cpu寄存器，包括数量、速度等参数。
为cpu子系统完成加电自检（post）。它将检测cpu dram和生存闪存文件系统的闪存设备。
初始化系统主板上的闪存系统。
装载默认操作系统软件映象到内存，启动交换机。
这个启动装载提供程序是在操作系统装载前访问闪存文件系统的。通常情况下，启动装载程序仅用于装载、解压和登录操作系统。在启动装载程序移交cpu控制权限到操作系统后，这个启动装载程序就处于非活动状态，直到下次系统重启或重新开启电源。
在可以为交换机分配信息前，确保交换机控制台接口已连接到pc机或者终端上，并为交换机控制台接口配置好了pc机或者终端仿真软件连接速率和字符格式。连接速率默认为9600b/s，数据位默为8位。
交换机的工作原理
当交换机收到数据时，它会检查它的目的mac地址，然后把数据从目的主机所在的接口转发出去。交换机之所以能实现这一功能，是因为交换机内部有一个mac地址表，mac地址表记录了网络中所有mac地址与该交换机各端口的对应信息。某一数据帧需要转发时，交换机根据该数据帧的目的mac地址来查找mac地址表，从而得到该地址对应的端口，即知道具有该mac地址的设备是连接在交换机的哪个端口上，然后交换机把数据帧从该端口转发出去。
1.交换机根据收到数据帧中的源mac地址建立该地址同交换机端口的映射，并将其写入mac地址表中。
2.交换机将数据帧中的目的mac地址同已建立的mac地址表进行比较，以决定由哪个端口进行转发。
3.如数据帧中的目的mac地址不在mac地址表中，则向所有端口转发。这一过程称为泛洪（flood）。
4.广播帧和组播帧向所有的端口转发。
例：某网络如图1所示。
表1端口/mac地址映射表
mac地址 端口
00-10-b5-4b-30-85e0/1
00-10-b5-4b-30-90e0/2
00-10-b5-4b-30-65e0/24
假设主机pc1向主机pc7发送一个数据帧，该数据帧被送到交换机后，交换机首先查mac地址表，发现主机pc7连接在e0/24接口上，就将数据帧从e0/24接口转发出去。
二、mac地址表的构建过程
为快速转发报文，以太网交换机需要建立和维护mac地址表。交换机采用源mac地址学习的方法建立mac地址表。
（1）交换机初始状态
交换机的初始状态mac地址表为空，如图2所示。
（2）地址表源mac地址学习
当计算机pc1要发送数据帧给计算机pc6时，因此时地址表是空的，交换机将向除pc1连接端口e0/1以外的其他所有端口转发数据帧。在转发之前，首先检查该数据帧的源mac地址（00-10-b5-4b-30-85），并在交换机的mac地址表中添加一条记录（00-10-b5-4b-30-85，e0/1）使之和端口e0/1相对应。
（3）计算机pc6接收数据帧
计算机pc6收到发送的数据帧后，用该数据帧的目的mac地址和本机的mac地址比较，发现pc1找的正是它，则接收该数据帧，其他计算机丢弃数据帧。
计算机pc6回复pc1时，交换机直接从端口e0/1转发，并学习到（00-10-b5-4b-30-65）为pc6连接的端口，将其添加到地址表中，如图3所示。
交换机的其他端口利用源mac地址学习的方法在mac地址表中不断添加新的mac地址与端口号的对应信息。直到mac地址表添加完整为止。
为了保证mac地址表中的信息能够实时地反映网络情况，每个学习到的记录都有一个老化时间，如果在老化时间内收到地址信息则刷新记录。对没有收到相应的地址信息的则删除该记录。例如，计算机pc6停止了和交换机通信，达到老化时间后，交换机会将其对应的记录从mac地址表中删除。
也可以手工添加交换机的mac地址表的静态记录，手工配置的静态记录没有老化时间的限制。由于mac地址表中对于同一个mac地址只能有一条记录，所以如果手工配置了mac地址和端口号对应关系后，交换机就不再动态学习这台计算机的mac地址了。
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交换机启动过程 交换机的通常启动过程包括启动装载软件的操作，完成以下任务：
完成低级交换机cpu初始化。它将初始化控制映象的物理内存、cpu寄存器，包括数量、速度等参数。
为cpu子系统完成加电自检（post）。它将检测cpu dram和生存闪存文件系统的闪存设备。
初始化系统主板上的闪存系统。
装载默认操作系统软件映象到内存，启动交换机。
这个启动装载提供程序是在操作系统装载前访问闪存文件系统的。通常情况下，启动装载程序仅用于装载、解压和登录操作系统。在启动装载程序移交cpu控制权限到操作系统后，这个启动装载程序就处于非活动状态，直到下次系统重启或重新开启电源。
在可以为交换机分配信息前，确保交换机控制台接口已连接到pc机或者终端上，并为交换机控制台接口配置好了pc机或者终端仿真软件连接速率和字符格式。连接速率默认为9600b/s，数据位默为8位。
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1.交换机根据收到数据帧中的源mac地址建立该地址同交换机端口的映射，并将其写入mac地址表中。
2.交换机将数据帧中的目的mac地址同已建立的mac地址表进行比较，以决定由哪个端口进行转发。
3.如数据帧中的目的mac地址不在mac地址表中，则向所有端口转发。这一过程称为泛洪（flood）。
4.广播帧和组播帧向所有的端口转发。
例：某网络如图1所示。
表1端口/mac地址映射表
mac地址 端口
00-10-b5-4b-30-85e0/1
00-10-b5-4b-30-90e0/2
00-10-b5-4b-30-65e0/24
假设主机pc1向主机pc7发送一个数据帧，该数据帧被送到交换机后，交换机首先查mac地址表，发现主机pc7连接在e0/24接口上，就将数据帧从e0/24接口转发出去。
二、mac地址表的构建过程
为快速转发报文，以太网交换机需要建立和维护mac地址表。交换机采用源mac地址学习的方法建立mac地址表。
（1）交换机初始状态
交换机的初始状态mac地址表为空，如图2所示。
（2）地址表源mac地址学习
当计算机pc1要发送数据帧给计算机pc6时，因此时地址表是空的，交换机将向除pc1连接端口e0/1以外的其他所有端口转发数据帧。在转发之前，首先检查该数据帧的源mac地址（00-10-b5-4b-30-85），并在交换机的mac地址表中添加一条记录（00-10-b5-4b-30-85，e0/1）使之和端口e0/1相对应。
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计算机pc6回复pc1时，交换机直接从端口e0/1转发，并学习到（00-10-b5-4b-30-65）为pc6连接的端口，将其添加到地址表中，如图3所示。
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