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出于安全和管理方便的考慮，主要是為了減小廣播風暴的危害，必須把大型

局域網按功能或地域等因素劃成一個個小的局域網，這就使VLAN技術在網絡中得以大量應用，而各個不同VLAN間的通信都要經過路由器來完成轉發，隨著網間互訪的不斷增加。單純使用路由器來實現網間訪問，不但由于端口數量有限，而且路由速度較慢，從而限制了網絡的規模和訪問速度。基于這種情況三層交換機便應運而生，三層交換機是為IP設計的，接口類型簡單，擁有很強二層包處理能力，非常適用于大型局域網內的數據路由與交換，它既可以工作在協議第三層替代或部分完成傳統路由器的功能，同時又具有幾乎第二層交換的速度，且價格相對便宜些。

在企業網和教學網中，一般會將三層交換機用在網絡的核心層，用三層交換機上的千兆端口或百兆端口連接不同的子網或VLAN。不過應清醒認識到三層交換機出現的目的是加快大型局域網內部的數據交換，所具備的路由功能也多是圍繞這一目的而展開的，所以它的路由功能沒有同一檔次的專業路由器強。畢竟在安全、協議支持等方面還有許多欠缺，并不能完全取代路由器工作。

交換機的三個主要功能

學習：以太網交換機了解每一端口相連設備的MAC地址，并將地址同相應的端口映射起來存放在交換機緩存中的MAC地址表中。

轉發/過濾：當一個數據幀的目的地址在MAC地址表中有映射時，它被轉發到連接目的節點的端口而不是所有端口（如該數據幀為廣播/組播幀則轉發至所有端口）。

消除回路：當交換機包括一個冗余回路時，以太網交換機通過生成樹協議避免回路的產生，同時允許存在后備路徑。

交換機的作用主要有這么兩個：

1.維護CAM（ContextAddress Memory）表，是MAC 地址和交換機端口的映射表；

2.根據CAM 來進行數據幀的轉發。

交換機的工作

交換機的每一個端口所連接的網段都是一個獨立的沖突域。

交換機所連接的設備仍然在同一個廣播域內，也就是說，交換機不隔絕廣播（例外是在配有VLAN的環境中）。

交換機依據幀頭的信息進行轉發，因此說交換機是工作在數據鏈路層的網絡設備

交換機轉發數據幀方式

（1） 存儲轉發（Store-and-Forward）

存儲轉發方式是先存儲后轉發的方式。它把從端口輸入的數據幀先全部接收并存儲起來；然后進行CRC（循環冗余碼校驗）檢查，把錯誤幀丟棄；后才取出數據幀目的地址，查找地址表后進行過濾和轉發。存儲轉發方式延遲大；但是它可以對進入交換機的數據包進行別的錯誤檢測。這種方式可以支持不同速度的端口間的轉發。

（2） 直接轉發（Cut-Through）

交換機在輸入端口檢測到一個數據幀時，檢查該幀的幀頭，只要獲取了幀的目的地址，就開始轉發幀。它的優點是：開始轉發前不需要讀取整個完整的幀，延遲非常小。它的缺點是：不能提供錯誤檢測能力。

（3） 無碎片（Fragment-Free）

這是改進后的直接轉發，是介于前兩者之間的一種解決方法。無碎片方法在讀取數據幀的長前64個字節后，就開始轉發該幀。這種方式雖然也不提供數據校驗，但是能夠避免大多數的錯誤。它的數據處理速度比直接轉發方式慢，但比存儲轉發方式快許多。CISCO 交換機和路由器一樣，本質上也是一臺特殊的計算機，也有 CPU、RAM 等部件。也采用 IOS，所以交換機的很多基本配置（例如密碼、主機名等）和路由器是類似的。