交换机靠什么识别和转发数据？

交换机利用数据链路层的MAC地址表来识别设备，并且可以准确地转发数据帧。当交换机通电之后就会开始学习并且不断地更新一个映射表，把每一个网络接口卡的唯一的物理地址（即MAC地址）和它所连接的那个端口进行关联起来；接收到一个以太网帧的时候会首先去解析出目标MAC地址然后在该表中查找是否有对应的条目存在如果有的话就直接发送到相应的端口否则的话就会广播出去直到找到为止而且还会把新的源MAC地址添加到这个表里去。整个过程不需要用到任何IP地址也不会涉及到跨网段的数据传输只负责完成局域网内的快速而可靠的第二层转发工作。目前市面上大多数交换机都采用了存储转发的工作方式既保证了数据的安全又可以在千兆到万兆的各种速率下提供稳定的视频流、文件传输以及终端之间的互连服务。

1.MAC地址表的动态学习机制

交换机上电之后就会开始进行自学习的过程，在接收到一个以太网帧的时候就会提取出该帧头中的源MAC地址，并且把该地址和接收这个帧的物理接口关联起来，并将其保存到本地MAC地址表中去。整个过程都是自动化的不需要人为干预并且还带有老化机制，默认情况下每隔300秒没有被更新过的条目将会被自动删除掉以免陈旧的信息占据空间。比如有一台新的笔记本电脑连接到了交换机上的第三个接口并且发送了一个ARP请求那么交换机会在几毫秒之内就完成了对源MAC地址的识别、接口绑定以及时间戳记录的工作；之后发出的所有数据包都会被准确地送到第三个接口上去而不会造成广播风暴的发生。

第二部分转収策的三种基本方式

主流交换机提供了三种转发策略来适应不同的场景：存储转发方式可以完整的接收并且校验整个数据帧（包括FCS帧校验序列），保证没有差错地发送出去，适用于对于可靠性的要求非常高的监控视频流或者金融交易数据；直通式只解析出前14个字节（包含目的MAC地址）就开始发送了，时延可以做到只有0.5微秒左右，适合于高频实时交互的应用场合；无碎片转发则是接收到前64个字节（覆盖最小的有效帧长度），既具有较低的时延又能够起到一定的错误过滤的作用。用户可以通过设备的CLI命令或者WEB管理界面里的“转发模式”选项来进行设置，在工程部署的时候一般会把监控专用网络设为存储转发模式，而工业控制环网则使用直通式的转发模式。

第三部分 泛洪和过滤边界的逻辑

如果交换机查询表单后发现目标MAC地址没有被记录下来的话，并不是所有的端口都会进行全网广播，而是一直保持严格的泛洪状态：只把除了接收这个数据包的源端口之外的所有活跃端口都发送出去，防止形成环路。另外还有一个过滤机制，在目标MAC地址对应的端口和源端口是同一个物理接口的情况下（比如虚拟机桥接或者端口镜像的情况），交换机会直接丢弃该数据包而不消耗背板带宽。因此千兆交换机即使处于满载的状态下也能保证98%以上的转发速率，在一台国产万兆交换机上有200个高清IPC并发流负载的时候，各个端口之间的平均转发延时可以稳定地控制在8.3微秒以内。

第四部分 光交换技术的发展补充

针对数据中心对高速率的需求，新的光电路交换(OCS)已经打破了传统的电交换限制。它不需要解码MAC帧，在输入/输出光纤之间用MEMS微镜阵列表达出一条物理光线路径来完成400G到1.6Tbps的数据传输，并且没有缓冲区也没有光电转换的过程。虽然现在大多被用作中心层之间的连接，但是它的零延迟、零排队和零光电转化的特点正在逐渐和传统的MAC学习型交换机产生互补的关系。

因此交换机的智能转发本质上就是软硬件协同的确定性工程——以MAC地址作为唯一的参照物、依靠表来做出判断、通过机制保证效率，并且可以支持从家庭网络到超大规模视频专网等各种场景下的稳定工作。