科技名詞定義
中文名稱：
交換機
英文名稱：
switch
定義：
網絡節點上話務承載裝置、交換級、控制和信令設備以及其他功能單元的集合體。交換機能把用戶線路、電信電路和(或)其他要互連的功能單元根據單個用戶的請求連接起來。
應用學科：
通信科技（一級學科）；交換選路（二級學科）
以上內容由全國科學技術名詞審定委員會審定公佈
百科名片
以太網交換機
交換機(英文：Switch，意爲“開關”)是一種用於電信號轉發的網絡設備。它可以爲接入交換機的任意兩個網絡節點提供獨享的電信號通路。最常見的交換機是以太網交換機。其他常見的還有電話語音交換機、光纖交換機等
概念
交換（switching）是按照通信兩端傳輸信息的需要，用人工或設備自動完成的方法，把要傳輸的信息送到符合要求的相應路由上的技術的統稱。根據工作位置的不同，可以分爲廣域網交換機和局域網交換機。廣域的交換機（switch）就是一種在通信系統中完成信息交換功能的設備,它應用在數據鏈路層。交換機有多個端口，每個端口都具有橋接功能，可以連接一個局域網或一臺高性能服務器或工作站。實際上，交換機有時被稱爲多端口網橋。
交換機
在計算機網絡系統中，交換概念的提出改進了共享工作模式。而HUB集線器就是一種共享設備，HUB本身不能識別目的地址，當同一局域網內的A主機給B主機傳輸數據時，數據包在以HUB爲架構的網絡上是以廣播方式傳輸的，由每一臺終端通過驗證數據包頭的地址信息來確定是否接收。也就是說，在這種工作方式下，同一時刻網絡上只能傳輸一組數據幀的通訊，如果發生碰撞還得重試。這種方式就是共享網絡帶寬。通俗的說，普通交換機是不帶管理功能的，一根進線，其他接口接到電腦上就可以了。
編輯本段原理
工作在數據鏈路層，交換機擁有一條很高帶寬的背部總線和內部交換矩陣。交換機的所有的端口都掛接在這條背部總線上，控制電路收到數據包以後，處理端口會查找內存中的地址對照表以確定目的MAC（網卡的硬件地址）的NIC（網卡）掛接在哪個端口上，通過內部交換矩陣迅速將數據包傳送到目的端口，目的MAC若不存在，廣播到所有的端口，接收端口迴應後交換機會“學習”新的地址，並把它添加入內部MAC地址表中。使用交換機也可以把網絡“分段”，通過對照IP地址表，交換機只允許必要的網絡流量通過交換機。通過交換機的過濾和轉發，可以有效的減少衝突域，但它不能劃分網絡層廣播，即廣播域。交換機在同一時刻可進行多個端口對之間的數據傳輸。每一端口都可視爲獨立的物理網段（注：非IP網段），連接在其上的網絡設備獨自享有全部的帶寬，無須同其他設備競爭使用。當節點A向節點D發送數據時，節點B可同時向節點C發送數據，而且這兩個傳輸都享有網絡的全部帶寬，都有着自己的虛擬連接。假使這裏使用的是10Mbps的以太網交換機，那麼該交換機這時的總流通量就等於2×10Mbps=20Mbps，而使用10Mbps的共享式HUB時，一個HUB的總流通量也不會超出10Mbps。總之，交換機是一種基於MAC地址識別，能完成封裝轉發數據幀功能的網絡設備。交換機可以“學習”MAC地址，並把其存放在內部地址表中，通過在數據幀的始發者和目標接收者之間建立臨時的交換路徑，使數據幀直接由源地址到達目的地址。
編輯本段技術發展
起源
“交換機”是一個舶來詞，源自英文“Switch”，原意是“開關”，我國技術界在引入這個詞彙時，翻譯爲“交換”。在英文中，動詞“交換”和名詞“交換機”是同一個詞（注意這裏的“交換”特指電信技術中的信號交換，與物品交換不是同一個概念）。
1993年，局域網交換設備出現，1994年，國內掀起了交換網絡技術的熱潮。其實，交換技術是一個具有簡化、低價、高性能和高端口密集特點的交換產品，體現了橋接技術的複雜交換技術在OSI參考模型的第二層操作。與橋接器一樣，交換機按每一個包中的MAC地址相對簡單地決策信息轉發。而這種轉發決策一般不考慮包中隱藏的更深的其他信息。與橋接器不同的是交換機轉發延遲很小，操作接近單個局域網性能，遠遠超過了普通橋接互聯網絡之間的轉發性能。
交換技術允許共享型和專用型的局域網段進行帶寬調整，以減輕局域網之間信息流通出現的瓶頸問題。已有以太網、快速以太網、FDDI和ATM技術的交換產品。
類似傳統的橋接器，交換機提供了許多網絡互聯功能。交換機能經濟地將網絡分成小的衝突網域，爲每個工作站提供更高的帶寬。協議的透明性使得交換機在軟件配置簡單的情況下直接安裝在多協議網絡中；交換機使用現有的電纜、中繼器、集線器和工作站的網卡，不必作高層的硬件升級；交換機對工作站是透明的，這樣管理開銷低廉，簡化了網絡節點的增加、移動和網絡變化的操作。
利用專門設計的集成電路可使交換機以線路速率在所有的端口並行轉發信息，提供了比傳統橋接器高得多的操作性能。如理論上單個以太網端口對含有64個八進制數的數據包，可提供14880bps的傳輸速率。這意味着一臺具有12個端口、支持6道並行數據流的“線路速率”以太網交換器必須提供89280bps的總體吞吐率（6道信息流X14880bps/道信息流）。專用集成電路技術使得交換器在更多端口的情況下得以實現上述性能，其端口造價低於傳統型橋接器。
人工交換
電信號交換的歷史應當追溯到電話出現的初期。當電話被髮明後，只需要一根足夠長的導線，加上末端的兩臺電話，就可以使相距很遠的兩個人進行語音交談。
電話增多後，要使每個擁有電話的人都能相互通信，我們不可能每兩臺電話機之間都拉上一根線。於是人們設立了電話局，每個電話用戶都接一根線到電話局的一個大電路板上。當A希望和B通話時，就請求電話局的接線員接通B的電話。接線員用一根導線，一頭插在A接到電路板上的孔，另一頭插到B的孔，這就是“接續”，相當於臨時給A和B拉了一條電話線，這時雙方就可以通話了。當通話完畢後，接線員將電線拆下，這就是“拆線”。整個過程就是“人工交換”，它實際上就是一個“合上開關”和“斷開開關”的過程。因此，把“交換”譯爲“開關”從技術上講更容易讓人理解。
電路程控
人工交換的效率太低，不能滿足大規模部署電話的需要。隨着半導體技術的發展和開關電路技術的成熟，人們發現可以利用電子技術替代人工交換。電話終端用戶只要向電子設備發送一串電信號，電子設備就可以根據預先設定的程序，將請求方和被請求方的電路接通，並且獨佔此電路，不會與第三方共享（當然，由於設計缺陷的緣故，可能會出現多人共享電路的情況，也就是俗稱的“串線”）。這種交換方式被稱爲“程控交換”。而這種設備也就是“程控交換機”。
由於程控交換的技術長期被發達國家壟斷，設備昂貴，我國的電話普及率一直不高。隨着當年華爲、中興通訊等企業陸續自主研製出程控交換機，電話在我國得到迅速地普及。
語音程控交換機普遍使用的通信協議爲七號信令（Signalling System No.7）
以太網交換機
隨着計算機及其互聯技術（也即通常所謂的“網絡技術”）的迅速發展，以太網成爲了迄今爲止普及率最高的短距離二層計算機網絡。而以太網的核心部件就是以太網交換機。
以太網交換機
不論是人工交換還是程控交換，都是爲了傳輸語音信號，是需要獨佔線路的“電路交換”。而以太網是一種計算機網絡，需要傳輸的是數據，因此採用的是“分組交換”。但無論採取哪種交換方式，交換機爲兩點間提供“獨享通路”的特性不會改變。就以太網設備而言，交換機和集線器的本質區別就在於：當A發信息給B時，如果通過集線器，則接入集線器的所有網絡節點都會收到這條信息（也就是以廣播形式發送），只是網卡在硬件層面就會過濾掉不是發給本機的信息；而如果通過交換機，除非A通知交換機廣播，否則發給B的信息C絕不會收到（獲取交換機控制權限從而監聽的情況除外）。
以太網交換機廠商根據市場需求，推出了三層甚至四層交換機。但無論如何，其核心功能仍是二層的以太網數據包交換，只是帶有了一定的處理IP層甚至更高層數據包的能力。網絡交換機是一個擴大網絡的器材，能爲子網絡中提供更多的連接端口，以便連接更多的計算機。隨着通信業的發展以及國民經濟信息化的推進，網絡交換機市場呈穩步上升態勢。它具有性能價格比高、高度靈活、相對簡單、易於實現等特點。
光交換
光交換是人們正在研製的下一代交換技術。所有的交換技術都是基於電信號的，即使是的光纖交換機也是先將光信號轉爲電信號，經過交換處理後，再轉回光信號發到另一根光纖。由於光電轉換速率較低，同時電路的處理速度存在物理學上的瓶頸，因此人們希望設計出一種無需經過光電轉換的“光交換機”，其內部不是電路而是光路，邏輯原件不是開關電路而是開關光路。這樣將大大提高交換機的處理速率。
編輯本段遠程配置
遠程配置交換機
交換機除了可以通過“Console”端口與計算機直接連接，還可以通過普通端口連接。此時配置交換機就不能用本地配置，而是需要通過Telnet或者Web瀏覽器的方式實現交換機配置。具體配置方法如下：
1、Telnet
Telnet協議是一種遠程訪問協議，可以通過它登錄到交換機進行配置。
假設交換機IP爲：192.168.0.1，通過Telnet進行交換機配置只需兩步：
第1步，單機開始，運行，輸入“Telnet 192.168.0.1”
第2步，輸入好後，單擊“確定”按鈕，或單擊回車鍵，建立與遠程交換機的連接。然後，就可以根據實際需要對該交換機進行相應的配置和管理了。
2、Web
通過Web界面，可以對交換機設置，方法如下：
第1步，運行Web瀏覽器，在地址欄中輸入交換機IP，回車，彈出如下對話框。
第2步，輸入正確的用戶名和密碼。
第3步，連接建立，可進入交換機配置系統。
第4步，根據提示進行交換機設置和參數修改。
編輯本段分類
交換機的傳輸模式有全雙工，半雙工，全雙工/半雙工自適應
交換機的全雙工是指交換機在發送數據的同時也能夠接收數據，兩者同步進行，這好像我們平時打電話一樣，說話的同時也能夠聽到對方的聲音。交換機都支持全雙工。全雙工的好處在於遲延小，速度快。
提到全雙工，就不能不提與之密切對應的另一個概念，那就是“半雙工”，所謂半雙工就是指一個時間段內只有一個動作發生，舉個簡單例子，一條窄窄的馬路，同時只能有一輛車通過，當有兩輛車對開，這種情況下就只能一輛先過，等到頭兒後另一輛再開，這個例子就形象的說明了半雙工的原理。早期的對講機、以及早期集線器等設備都是實行半雙工的產品。隨着技術的不斷進步，半雙工會逐漸退出歷史舞臺。
從廣義上來看，網絡交換機分爲兩種：廣域網交換機和局域網交換機。廣域網交換機主要應用於電信領域，提供通信用的基礎平臺。而局域網交換機則應用於局域網絡，用於連接終端設備，如PC機及網絡打印機等。從傳輸介質和傳輸速度上可分爲以太網交換機、快速以太網交換機、千兆以太網交換機、FDDI交換機、ATM交換機和令牌環交換機等。從規模應用上又可分爲企業級交換機、部門級交換機和工作組交換機等。各廠商劃分的尺度並不是完全一致的，一般來講，企業級交換機都是機架式，部門級交換機可以是機架式（插槽數較少），也可以是固定配置式，而工作組級交換機爲固定配置式（功能較爲簡單）。另一方面，從應用的規模來看，作爲骨幹交換機時，支持500個信息點以上大型企業應用的交換機爲企業級交換機，支持300個信息點以下中型企業的交換機爲部門級交換機，而支持100個信息點以內的交換機爲工作組級交換機。本文所介紹的交換機指的是局域網交換機。
編輯本段功能
交換機的主要功能包括物理編址、網絡拓撲結構、錯誤校驗、幀序列以及流控。交換機還具備了一些新的功能，如對VLAN（虛擬局域網）的支持、對鏈路匯聚的支持，甚至有的還具有防火牆的功能。
學習：以太網交換機瞭解每一端口相連設備的MAC地址，並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（如該數據幀爲廣播/組播幀則轉發至所有端口）。
消除迴路：當交換機包括一個冗餘迴路時，以太網交換機通過生成樹協議避免迴路的產生，同時允許存在後備路徑。
交換機除了能夠連接同種類型的網絡之外，還可以在不同類型的網絡（如以太網和快速以太網）之間起到互連作用。如今許多交換機都能夠提供支持快速以太網或FDDI等的高速連接端口，用於連接網絡中的其它交換機或者爲帶寬佔用量大的關鍵服務器提供附加帶寬。
一般來說，交換機的每個端口都用來連接一個獨立的網段，但是有時爲了提供更快的接入速度，我們可以把一些重要的網絡計算機直接連接到交換機的端口上。這樣，網絡的關鍵服務器和重要用戶就擁有更快的接入速度，支持更大的信息流量。
最後簡略的概括一下交換機的基本功能：
1．像集線器一樣，交換機提供了大量可供線纜連接的端口，這樣可以採用星型拓撲佈線。
2．像中繼器、集線器和網橋那樣，當它轉發幀時，交換機會重新產生一個不失真的方形電信號。
3．像網橋那樣，交換機在每個端口上都使用相同的轉發或過濾邏輯。
4．像網橋那樣，交換機將局域網分爲多個衝突域，每個衝突域都是有獨立的寬帶，因此大大提高了局域網的帶寬。
5．除了具有網橋、集線器和中繼器的功能以外，交換機還提供了更先進的功能，如虛擬局域網（VLAN）和更高的性能。
編輯本段產品比較
傳統交換機從網橋發展而來，屬於OSI第二層即數據鏈路層設備。它根據MAC地址尋址，通過站表選擇路由，站表的建立和維護由交換機自動進行。路由器屬於OSI第三層即網絡層設備，它根據IP地址進行尋址，通過路由表路由協議產生。交換機最大的好處是快速，由於交換機只須識別幀中MAC地址，直接根據MAC地址產生選擇轉發端口算法簡單，便於ASIC實現，因此轉發速度極高。但交換機的工作機制也帶來一些問題。
1．迴路：根據交換機地址學習和站表建立算法，交換機之間不允許存在迴路。一旦存在迴路，必須啓動生成樹算法，阻塞掉產生迴路的端口。而路由器的路由協議沒有這個問題，路由器之間可以有多條通路來平衡負載，提高可靠性。
2．負載集中：交換機之間只能有一條通路，使得信息集中在一條通信鏈路上，不能進行動態分配，以平衡負載。而路由器的路由協議算法可以避免這一點，OSPF路由協議算法不但能產生多條路由，而且能爲不同的網絡應用選擇各自不同的最佳路由。
3．廣播控制：交換機只能縮小衝突域，而不能縮小廣播域。整個交換式網絡就是一個大的廣播域，廣播報文散到整個交換式網絡。而路由器可以隔離廣播域，廣播報文不能通過路由器繼續進行廣播。
4．子網劃分：交換機只能識別MAC地址。MAC地址是物理地址，而且採用平坦的地址結構，因此不能根據MAC地址來劃分子網。而路由器識別IP地址，IP地址由網絡管理員分配，是邏輯地址且IP地址具有層次結構，被劃分成網絡號和主機號，可以非常方便地用於劃分子網，路由器的主要功能就是用於連接不同的網絡。
5．保密問題：雖說交換機也可以根據幀的源MAC地址、目的MAC地址和其他幀中內容對幀實施過濾，但路由器根據報文的源IP地址、目的IP地址、TCP端口地址等內容對報文實施過濾，更加直觀方便。
編輯本段集線比較
1．從OSI體系結構來看，集線器屬於第一層物理層設備，而交換機屬於OSI的第二層數據鏈路層設備。也就是說集線器只是對數據的傳輸起到同步、放大和整形的作用，對於數據傳輸中的短幀=碎片等無法進行有效的處理，不能保證數據傳輸的完整性和正確性；而交換機不但可以對數據的傳輸做到同步、放大和整形，而且可以過濾短幀、碎片等。
2．從工作方式看，集線器是一種廣播模式，也就是說集線器的某個端口工作的時候，其它所有端口都能夠收聽到信息，容易產生廣播風暴，當網絡較大時網絡性能會受到很大影響；而交換機就能夠避免這種現象，當交換機工作的時候，只有發出請求的端口與目的端口之間相互響應而不影響其它端口，因此交換機就能夠隔離衝突域並有效地抑制廣播風暴的產生。
3．從帶寬來看，集線器不管有多少個端口，所有端口都共享一條帶寬，在同一時刻只能有兩個端口傳送數據，其它端口只能等待，同時集線器只能工作在半雙工模式下；而對於交換機而言，每個端口都有一條獨佔的帶寬，當兩個端口工作時不影響其它端口的工作，同時交換機不但可以工作在半雙工模式下而且可以工作在全雙工模式下。
編輯本段交換方式
交換機通過以下三種方式進行交換：
1) 直通式：
直通方式的以太網交換機可以理解爲在各端口間是縱橫交叉的線路矩陣電話交換機。它在輸入端口檢測到一個數據包時，檢查該包的包頭，獲取包的目的地址，啓動內部的動態查找錶轉換成相應的輸出端口，在輸入與輸出交叉處接通，把數據包直通到相應的端口，實現交換功能。由於不需要存儲，延遲非常小、交換非常快，這是它的優點。它的缺點是，因爲數據包內容並沒有被以太網交換機保存下來，所以無法檢查所傳送的數據包是否有誤，不能提供錯誤檢測能力。由於沒有緩存，不能將具有不同速率的輸入/輸出端口直接接通，而且容易丟包。
2)存儲轉發：
存儲轉發方式是計算機網絡領域應用最爲廣泛的方式。它把輸入端口的數據包先存儲起來，然後進行CRC（循環冗餘碼校驗）檢查，在對錯誤包處理後才取出數據包的目的地址，通過查找錶轉換成輸出端口送出包。正因如此，存儲轉發方式在數據處理時延時大，這是它的不足，但是它可以對進入交換機的數據包進行錯誤檢測，有效地改善網絡性能。尤其重要的是它可以支持不同速度的端口間的轉換，保持高速端口與低速端口間的協同工作。
3) 碎片隔離：
這是介於前兩者之間的一種解決方案。它檢查數據包的長度是否夠64個字節，如果小於64字節，說明是假包，則丟棄該包；如果大於64字節，則發送該包。這種方式也不提供數據校驗。它的數據處理速度比存儲轉發方式快，但比直通式慢。
編輯本段交換技術
端口交換
端口交換技術最早出現在插槽式的集線器中，這類集線器的背板通常劃分有多條以太網段（每條網段爲一個廣播域），不用網橋或路由連接，網絡之間是互不相通的。以大主模塊插入後通常被分配到某個背板的網段上，端口交換用於將以太模塊的端口在背板的多個網段之間進行分配、平衡。根據支持的程度，端口交換還可細分爲：
·模塊交換：將整個模塊進行網段遷移。
·端口組交換：通常模塊上的端口被劃分爲若干組，每組端口允許進行網段遷移。
·端口級交換：支持每個端口在不同網段之間進行遷移。這種交換技術是基於OSI第一層上完成的，具有靈活性和負載平衡能力等優點。如果配置得當，那麼還可以在一定程度進行容錯，但沒有改變共享傳輸介質的特點，自而未能稱之爲真正的交換。
幀交換
幀交換是應用最廣的局域網交換技術，它通過對傳統傳輸媒介進行微分段，提供並行傳送的機制，以減小衝突域，獲得高的帶寬。一般來講每個公司的產品的實現技術均會有差異，但對網絡幀的處理方式一般有以下幾種：
直通交換：提供線速處理能力，交換機只讀出網絡幀的前14個字節，便將網絡幀傳送到相應的端口上。
存儲轉發：通過對網絡幀的讀取進行驗錯和控制。
前一種方法的交換速度非常快，但缺乏對網絡幀進行更高級的控制，缺乏智能性和安全性，同時也無法支持具有不同速率的端口的交換。因此，各廠商把後一種技術作爲重點。
有的廠商甚至對網絡幀進行分解，將幀分解成固定大小的信元，該信元處理極易用硬件實現，處理速度快，同時能夠完成高級控制功能（如美國MADGE公司的LET集線器）如優先級控制。
信元交換
ATM技術採用固定長度53個字節的信元交換。由於長度固定，因而便於用硬件實現。ATM採用專用的非差別連接，並行運行，可以通過一個交換機同時建立多個節點，但並不會影響每個節點之間的通信能力。ATM還容許在源節點和目標、節點建立多個虛擬鏈接，以保障足夠的帶寬和容錯能力。ATM採用了統計時分電路進行復用，因而能大大提高通道的利用率。ATM的帶寬可以達到25M、155M、622M甚至數Gb的傳輸能力。但隨着萬兆以太網的出現，曾經代表網絡和通訊技術發展的未來方向的ATM技術，開始逐漸失去存在的意義。
編輯本段發展前景
作爲局域網的主要連接設備，以太網交換機成爲應用普及最快的網絡設備之一。隨着交換技術的不斷髮展，以太網交換機的價格急劇下降，交換到桌面已是大勢所趨。
如果你的以太網絡上擁有大量的用戶、繁忙的應用程序和各式各樣的服務器，而且你還未對網絡結構做出任何調整，那麼整個網絡的性能可能會非常低。解決方法之一是在以太網上添加一個10/100Mbps的交換機，它不僅可以處理10Mbps的常規以太網數據流，而且還可以支持100Mbps的快速以太網連接。
如果網絡的利用率超過了40%，並且碰撞率大於10%，交換機可以幫你解決一點問題。帶有100Mbps快速以太網和10Mbps以太網端口的交換機可以全雙工方式運行，可以建立起專用的20Mbps到200Mbps連接。
不僅不同網絡環境下交換機的作用各不相同，在同一網絡環境下添加新的交換機和增加現有交換機的交換端口對網絡的影響也不盡相同。充分了解和掌握網絡的流量模式是能否發揮交換機作用的一個非常重要的因素。因爲使用交換機的目的就是儘可能的減少和過濾網絡中的數據流量，所以如果網絡中的某臺交換機由於安裝位置設置不當，幾乎需要轉發接收到的所有數據包的話，交換機就無法發揮其優化網絡性能的作用，反而降低了數據的傳輸速度，增加了網絡延遲。
除安裝位置之外，如果在那些負載較小，信息量較低的網絡中也盲目添加交換機的話，同樣也可能起到負面影響。受數據包的處理時間、交換機的緩衝區大小以及需要重新生成新數據包等因素的影響，在這種情況下使用簡單的HUB要比交換機更爲理想。因此，我們不能一概認爲交換機就比HUB有優勢，尤其當用戶的網絡並不擁擠，尚有很大的可利用空間時，使用HUB更能夠充分利用網絡的現有資源。
編輯本段層數區別
二層交換機，三層交換機及四層交換機的區別
二層交換
二層交換技術的發展比較成熟，二層交換機屬數據鏈路層設備，可以識別數據包中的MAC地址信息，根據MAC地址進行轉發，並將這些MAC地址與對應的端口記錄在自己內部的一個地址表中。
具體的工作流程如下：
1) 當交換機從某個端口收到一個數據包，它先讀取包頭中的源MAC地址，這樣它就知道源MAC地址的機器是連在哪個端口上的；
2) 再去讀取包頭中的目的MAC地址，並在地址表中查找相應的端口；
3) 如表中有與這目的MAC地址對應的端口，把數據包直接複製到這端口上；
4) 如表中找不到相應的端口則把數據包廣播到所有端口上，當目的機器對源機器迴應時，交換機又可以記錄這一目的MAC地址與哪個端口對應，在下次傳送數據時就不再需要對所有端口進行廣播了。不斷的循環這個過程，對於全網的MAC地址信息都可以學習到，二層交換機就是這樣建立和維護它自己的地址表。
從二層交換機的工作原理可以推知以下三點：
1) 由於交換機對多數端口的數據進行同時交換，這就要求具有很寬的交換總線帶寬，如果二層交換機有N個端口，每個端口的帶寬是M，交換機總線帶寬超過N×M，那麼這交換機就可以實現線速交換
2) 學習端口連接的機器的MAC地址，寫入地址表，地址表的大小（一般兩種表示方式：一爲BEFFER RAM，一爲MAC表項數值），地址表大小影響交換機的接入容量
3) 還有一個就是二層交換機一般都含有專門用於處理數據包轉發的ASIC（Application specific Integrated Circuit，專用集成電路）芯片，因此轉發速度可以做到非常快。由於各個廠家採用ASIC不同，直接影響產品性能。
以上三點也是評判二、三層交換機性能優劣的主要技術參數，這一點請大家在考慮設備選型時注意比較。
三層交換
下面先來通過一個簡單的網絡來看看三層交換機的工作過程。
使用IP的設備A------------------------三層交換機------------------------使用IP的設備B
比如A要給B發送數據，已知目的IP，那麼A就用子網掩碼取得網絡地址，判斷目的IP是否與自己在同一網段。如果在同一網段，但不知道轉發數據所需的MAC地址，A就發送一個ARP請求，B返回其MAC地址，A用此MAC封裝數據包併發送給交換機，交換機起用二層交換模塊，查找MAC地址表，將數據包轉發到相應的端口。
如果目的IP地址顯示不是同一網段的，那麼A要實現和B的通訊，在流緩存條目中沒有對應MAC地址條目，就將第一個正常數據包發送向一個缺省網關，這個缺省網關一般在操作系統中已經設好，這個缺省網關的IP對應第三層路由模塊，所以對於不是同一子網的數據，最先在MAC表中放的是缺省網關的MAC地址（由源主機A完成）；然後就由三層模塊接收到此數據包，查詢路由表以確定到達B的路由，將構造一個新的幀頭，其中以缺省網關的MAC地址爲源MAC地址，以主機B的MAC地址爲目的MAC地址。通過一定的識別觸發機制，確立主機A與B的MAC地址及轉發端口的對應關係，並記錄進流緩存條目表，以後的A到B的數據（三層交換機要確認是由A到B而不是到C的數據，還要讀取幀中的IP地址。），就直接交由二層交換模塊完成。這就通常所說的一次路由多次轉發。
以上就是三層交換機工作過程的簡單概括，可以看出三層交換的特點：
1）由硬件結合實現數據的高速轉發。這就不是簡單的二層交換機和路由器的疊加，三層路由模塊直接疊加在二層交換的高速背板總線上，突破了傳統路由器的接口速率限制，速率可達幾十Gbit/s。算上背板帶寬，這些是三層交換機性能的兩個重要參數。
2）簡潔的路由軟件使路由過程簡化。大部分的數據轉發，除了必要的路由選擇交由路由軟件處理，都是由二層模塊高速轉發，路由軟件大多都是經過處理的高效優化軟件，並不是簡單照搬路由器中的軟件。
二層和三層交換機的選擇
二層交換機用於小型的局域網絡。這個就不用多言了，在小型局域網中，廣播包影響不大，二層交換機的快速交換功能、多個接入端口和低廉價格爲小型網絡用戶提供了很完善的解決方案。
三層交換機的優點在於接口類型豐富，支持的三層功能強大，路由能力強大，適合用於大型的網絡間的路由，它的優勢在於選擇最佳路由，負荷分擔，鏈路備份及和其他網絡進行路由信息的交換等等路由器所具有功能。
三層交換機的最重要的功能是加快大型局域網絡內部的數據的快速轉發，加入路由功能也是爲這個目的服務的。如果把大型網絡按照部門，地域等等因素劃分成一個個小局域網，這將導致大量的網際互訪，單純的使用二層交換機不能實現網際互訪；如單純的使用路由器，由於接口數量有限和路由轉發速度慢，將限制網絡的速度和網絡規模，採用具有路由功能的快速轉發的三層交換機就成爲首選。
一般來說，在內網數據流量大，要求快速轉發響應的網絡中，如全部由三層交換機來做這個工作，會造成三層交換機負擔過重，響應速度受影響，將網間的路由交由路由器去完成，充分發揮不同設備的優點，不失爲一種好的組網策略，當然，前提是客戶的腰包很鼓，不然就退而求其次，讓三層交換機也兼爲網際互連。
四層交換
第四層交換的一個簡單定義是：它是一種功能，它決定傳輸不僅僅依據MAC地址(第二層網橋)或源/目標IP地址（第三層路由），而且依據TCP/UDP(第四層) 應用端口號。第四層交換功能就象是虛IP，指向物理服務器。它傳輸的業務服從的協議多種多樣，有HTTP、FTP、NFS、Telnet或其他協議。這些業務在物理服務器基礎上，需要複雜的載量平衡算法。
在IP世界，業務類型由終端TCP或UDP端口地址來決定，在第四層交換中的應用區間則由源端和終端IP地址、TCP和UDP端口共同決定。在第四層交換中爲每個供搜尋使用的服務器組設立虛IP地址（VIP），每組服務器支持某種應用。在域名服務器（DNS）中存儲的每個應用服務器地址是VIP，而不是真實的服務器地址。當某用戶申請應用時，一個帶有目標服務器組的VIP連接請求（例如一個TCP SYN包）發給服務器交換機。服務器交換機在組中選取最好的服務器，將終端地址中的VIP用實際服務器的IP取代，並將連接請求傳給服務器。這樣，同一區間所有的包由服務器交換機進行映射，在用戶和同一服務器間進行傳輸。
特點：
OSI模型的第四層是傳輸層。傳輸層負責端對端通信，即在網絡源和目標系統之間協調通信。在IP協議棧中這是TCP（一種傳輸協議）和UDP（用戶數據包協議）所在的協議層。
在第四層中，TCP和UDP標題包含端口號（port number），它們可以唯一區分每個數據包包含哪些應用協議（例如HTTP、FTP等）。端點系統利用這種信息來區分包中的數據，尤其是端口號使一個接收端計算機系統能夠確定它所收到的IP包類型，並把它交給合適的高層軟件。端口號和設備IP地址的組合通常稱作"插口（socket）"。1和255之間的端口號被保留，他們稱爲"熟知"端口，也就是說，在所有主機TCP/I P協議棧實現中，這些端口號是相同的。除了"熟知"端口外，標準UNIX服務分配在256到1024端口範圍，定製的應用一般在1024以上分配端口號。分配端口號的清單可以在RFC1700 "AssignedNumbers"上找到。
TCP/UDP端口號提供的附加信息可以爲網絡交換機所利用，這是第四層交換的基礎。具有第四層功能的交換機能夠起到與服務器相連接的"虛擬IP"(VIP)前端的作用。每臺服務器和支持單一或通用應用的服務器組都配置一個VIP地址。這個VIP地址被髮送出去並在域名系統上註冊。在發出一個服務請求時，第四層交換機通過判定TCP開始，來識別一次會話的開始。然後它利用複雜的算法來確定處理這個請求的最佳服務器。一旦做出這種決定，交換機就將會話與一個具體的IP地址聯繫在一起，並用該服務器真正的IP地址來代替服務器上的VIP地址。
每臺第四層交換機都保存一個與被選擇的服務器相配的源IP地址以及源TCP端口相關聯的連接表。然後第四層交換機向這臺服務器轉發連接請求。所有後續包在客戶機與服務器之間重新影射和轉發，直到交換機發現會話爲止。在使用第四層交換的情況下，接入可以與真正的服務器連接在一起來滿足用戶制定的規則，諸如使每臺服務器上有相等數量的接入或根據不同服務器的容量來分配傳輸流。
1) 速度
爲了在企業網中行之有效，第四層交換必須提供與第三層線速路由器可比擬的性能。也就是說，第四層交換必須在所有端口以全介質速度操作，即使在多個千兆以太網連接上亦如此。千兆以太網速度等於以每秒1488000 個數據包的最大速度路由(假定最壞的情形，即所有包爲以及網定義的最小尺寸，長64字節)。
2)服務器容量平衡算法
依據所希望的容量平衡間隔尺寸，第四層交換機將應用分配給服務器的算法有很多種，有簡單的檢測環路最近的連接、檢測環路時延或檢測服務器本身的閉環反饋。在所有的預測中，閉環反饋提供反映服務器現有業務量的最精確的檢測。
3) 表容量
應注意的是，進行第四層交換的交換機需要有區分和存貯大量發送表項的能力。交換機在一個企業網的核心時尤其如此。許多第二/三層交換機傾向發送表的大小與網絡設備的數量成正比。對第四層交換機，這個數量必須乘以網絡中使用的不同應用協議和會話的數量。因而發送表的大小隨端點設備和應用類型數量的增長而迅速增長。第四層交換機設計者在設計其產品時需要考慮表的這種增長。大的表容量對製造支持線速發送第四層流量的高性能交換機至關重要。
4) 冗餘
第四層交換機內部有支持冗餘拓撲結構的功能。在具有雙鏈路的網卡容錯連接時，就可能建立從一個服務器到網卡，鏈路和服務器交換器的完全冗餘系統。
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