25 张图详解交换机：秒懂二层交换机的 16 个问题
1、什么是中继器？
中继器（ repeater ）是一种信号增强设备，运行在 OSI 参考模型的第一层。它的功能仅仅是将信号重新输出，延迟网络的传输距离，不进行其它的数据控制，也无法识别数据链路层的 MAC 地址和网络层的 IP 地址。
2、什么是网桥？
网桥（ bridge ）是具有两个端口的二层网络设备，可隔离冲突域。作用相当于 OSI 模型中的数据链路层，能够根据 MAC 地址进行数据转发。只能连接同构网络(同一网段)，不能连接异构网络（不同网段）。
3、什么是集线器？
集线器（ hub ）是工作在物理层、具有信号放大功能、以它为中心的网络设备。即一个多端口的中继器，以集线器为中心，连接多个节点。广播方式发送数据，也就是说，当它要发送数据时，会发送到与集线器相连的所有节点。
由于集线器没有控制功能，因此所有终端共享带宽，同一时刻只能一个终端发送数据，多个终端同时发送数据就会产生冲突。这时，集线器、连接线缆以及连接在集线器上的终端设备构成了一个冲突域。于是采用 CSMA/CD 方式决定终端能否发送数据。
4、什么是交换机？
集线器是从接收方收到的数据，会转发给所有非发送方端口，也就是简单的通过复制电气信号来实现发送。
但是交换机是通过学习连接的每个终端的 MAC 地址，将数据发送给对应的目的终端上，避免将数据发送到无关端口，提供网络利用率。这里说的交换机都是二层交换机。
如果是没有学习到的 MAC 地址，或者想跟网段内所有终端进行通信，交换机会使用广播方式，将数据帧进行泛洪。
5、交换机如何学习 MAC 地址？
交换机通过数据帧的源 MAC 地址，学习到交换机端口和 MAC 地址的对应关系，并记录到交换机的 MAC 地址表中。
主机 A 向主机 D 发送数据：A 发送数据帧，数据帧的源 MAC 地址是 11:11:11:11:11:11 ，目的 MAC 地址是 44:44:44:44:44:44 。交换机端口 1 收到数据帧，记录源 MAC 地址和端口的对应到 MAC 地址表项。交换机不知道目的 MAC 地址在哪个端口，于是将数据帧进行泛洪，即转发到除端口 1 之外的所有端口。B 和 C 发现目的 MAC 地址不是自己，将丢弃数据帧。
D 发现是发送给自己的数据帧，于是发送应答数据帧，源 MAC 地址是 44:44:44:44:44:44 ，目的 MAC 地址是 11:11:11:11:11:11 。交换机端口 4 收到数据帧，记录 D 的 MAC 地址表项。于是交换机知道了主机 A 和主机 D 的 MAC 地址信息，之后会根据 MAC 地址表进行转发。交换机通过同样的方式，可以学习到主机 B 和主机 C 的 MAC 地址。
6、对比集线器，交换机有哪些优点？
7、以太网数据帧有哪些类型？
8、交换机如何转发数据帧？
交换机收到数据帧后，会有三种处理方法：直通转发、碎片隔离和存储转发。
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直通转发
直通转发是交换机只读取数据帧的前 14 个字节就进行转发。由于读取的数据量固定，发送方和接收方的速度需要一致，导致无法桥接不同速率的以太网。另外，只读取前 14 个字节，会跳过了 FCS 域，因此无法检测并丢弃 CRC 校验错误的数据帧。
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碎片隔离
碎片隔离是读取数据帧的前 64 个字节就进行转发，可以防止转发小于 64 字节的残帧。但是如果出现 CRC 错误，还是会转发数据帧。也无法桥接不同速率的以太网。
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存储转发
存在转发会读取数据帧全部内容再进行转发。这样就可以识别残帧和 CRC 校验错误帧，并将它们丢弃。交换机还能对数据帧进行缓存，因此可以桥接不同速率的以太网。
9、单工和双工通信有什么区别？
10、交换机的处理能力的指标是什么？
交换机的处理能力也叫做背板容量或交换机容量。容量单位是 bit/s（比特每秒），值越大，说明交换机在单位时间内传输的数据越多。
当交换机的所有端口的总带宽小于交换机的容量时，交换结构为非阻塞，即带宽充裕，没有等待处理的情况。反之，当所有端口总带宽超过交换机的容量时，叫做交换机结构过载。
交换机是千兆端口时，处理能力达到端口数 × 2 × 1Gbit/s 的数值，就是非阻塞。其中 × 2 表示上行和下行都是 1Gbit/s 的全双工通信。假如交换机有 24 个端口，背板容量到达 24 × 2 × 1G = 48Gbit/s ，就是非阻塞。