3.1交换机基础
交换机(Switch)是一种用于电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。交换机是搭建局域网络时不可或缺的集线设备，其主要功能是连接设备和隔离网络中的碰撞。简单来说，交换机具有以下基本功能:
(1)像集线器一样，交换机提供了大量可供线缆连接的端口，这样可以采用“星”形拓扑布线。
(2)像中继器、集线器和网桥那样，当它转发帧时，交换机会重新产生一个不失真的方形电信号。
(3)像网桥那样，交换机在每个端口上都使用相同的转发或过滤逻辑。
(4)像网桥那样，交换机将局域网分为多个冲突域，每个冲突域都有独立的宽带，因此，大大提高了局域网的带宽。
(5)除了具有网桥、集线器和中继器的功能以外，交换机还提供了更先进的功能，如虚拟局域网(VLAN)和更高的性能。
传统交换机从网桥发展而来，属于OSI第二层即数据链路层设备。它根据MAC地址寻址，通过站表选择路由。站表的建立和维护由交换机自动进行。路由器属于OSI第三层即网络层设备，它根据IP地址进行寻址，通过路由表路由协议产生。交换机最大的好处是快速，由于交换机只需识别帧中MAC地址，直接根据MAC地址产生选择转发端口算法简单，便于ASIC实现，因此，转发速度极高。但交换机的工作机制也带来一些问题:
(1)回路。根据交换机地址学习和站表建立算法，交换机之间不允许存在回路。一旦存在回路，必须启动生成树算法，阻塞掉产生回路的端口。而路由器的路由协议没有这个问题，路由器之间可以有多条通路来平衡负载，提高可靠性。
(2)负载集中。交换机之间只能有一条通路，使得信息集中在一条通信链路上，不能进行动态分配，以平衡负载。而路由器的路由协议算法可以避免这一点，OSPF路由协议算法不但能产生多条路由，而且能为不同的网络应用选择各自不同的最佳路由。
(3)广播控制。交换机只能缩小冲突域，而不能缩小广播域。整个交换式网络就是一个大的广播域，广播报文扩散到整个交换式网络。而路由器可以隔离广播域，广播报文不能通过路由器继续进行广播。
(4)子网划分。交换机只能识别MAC地址。MAC地址是物理地址，而且采用平坦的地址结构，因此，不能根据MAC地址来划分子网。而路由器识别IP地址，IP地址由网络管理员分配，是逻辑地址且IP地址具有层次结构，被划分成网络号和主机号，可以非常方便地用于划分子网，路由器的主要功能就是用于连接不同的网络。
(5)保密问题。虽说交换机也可以根据帧的源MAC地址、目的MAC地址和其他帧中的内容对帧实施过滤，但路由器根据报文的源IP地址、目的IP地址、TCP端口地址等内容对报文实施过滤，更加直观、方便。