3.3.1 交换机的工作原理
共享型集线器组成的系统，在物理上看似星型结构，但由于共享型集线器的结构和功能仅是物理层中继器的功能，因此在逻辑上可以认为是具有多个连接点的公共总线。
图3-7 以太网交换机工作原理示意图
为了能够让以太网交换机摆脱CSM A/CD媒体访问控制方式的约束，交换机中同时存在着多个数据通道。同时不同端口的数据通道之间存在一种受控的连接关系，在逻辑上可以认为是一个受控制的多端口开关矩阵，如图3-7所示。该图中给出的例子是一个具有5个端口的交换机，在两个不同的端口之间有两个逻辑开关，控制这两个端口之间的两个数据通道，分别用于传输这两个端口之间两个方向的通信数据。这样在这个交换机中共存在20个数据通道。正常工作时，一个端口不能同时向一个以上的端口发送帧（广播或组播帧除外），一个通道不能同时进行双向的数据传输。因此，除了广播和组播帧的情况外，在交换机中最多可以同时激活10个数据通道。
从上述交换机的工作原理来看，交换机各端口的信息流是受控制的，控制的依据是流入端口中的帧所包含的目的M AC地址以及各端口所包含的M AC地址列表。
以太网交换机中，端口间基于帧的交换方式可分为静态交换方式和动态交换方式两类。
1．静态交换和动态交换
静态交换方式用于早期的以太网交换机中，目前仍被简易、低廉的低档交换机所采用。端口间的通道连接由人工预先在交换机中设定，因此这种交换机端口之间的连接通道是固定的。连接在不同端口中的服务器和工作站组成了固定的工作群组，在一个工作群组内部各服务器和工作站之间可以进行数据通信，而相互之间并不能进行数据通信。如果要改变端口之间的连接通道，必须重新进行人工设置。这种采用静态交换的交换机并没有实现交换端口间的隔离，而只是简单的硬件连接，一旦配置完成后，端口之间就按照固定的连接方式进行帧交换。
动态交换方式是基于网桥的工作原理发展而成的交换机的交换方式。虽然动态交换最终也实现了两个交换端口之间的连接，形成了一个帧的交换通道，但是这种连接和交换通道都是动态形成的。动态交换机方式的交换连接和交换通道的动态性主要体现在：交换机根据网桥的工作原理，各交换端口动态地学习、生成和维护交换机的M AC地址表，然后对进入该交换机的报文根据其目的M AC地址查找M AC地址表，确定目的端口，并在源端口和目的端口之间动态地建立一个连接，动态地形成帧交换通道。该交换通道只转发一个帧，该帧转发结束后，交换连接将自动断开。
目前，动态交换方式被厂家广泛地应用于各种型号的交换机中，而厂家所使用的动态交换技术并不完全相同，各具特点。根据帧转发时机的不同，动态交换技术又可以分为存储转发（Store Forward）交换方式和直通（Cut Through）交换方式两种。
2．存储转发交换方式
存储转发交换方式是将从端口中接收到的帧先存储在该端口的高速缓存中，在完整地接收到一个帧之后，再根据高速缓存中的帧的目的地址查找交换机的M AC地址表，获得目的端口后才将帧转发到目的端口。
这种交换方式的缺点是显而易见的，也就是帧在交换机中的延迟时间较长。因为一个帧进入端口后，先通过串/并转换后保存在高速缓存内，等确定了目的端口后，帧从源端口的高速缓存转发到目的端口的高速缓存中，最后再通过并/串转换后，由目的端口向外发送出去。串/并转换和并/串转换是造成存储转发交换方式时间延迟较长的主要原因。
而存储转发方式的主要优点是帧转发的可靠性较好，不会向网络转发错误的或无用的帧，从而可以节省目的端口的带宽。因为存储转发在接收到完整的帧之后，还会对该帧进行CRC校验运算，如果运算结果表明这是一个错误或无用的帧，交换机将丢弃该帧，不再将它从目的端口中转发出去。
3．直通交换方式
直通交换方式是在接收到帧的目的地址后，马上查找交换机的M AC地址，获得目的端口后就将正在接收的帧转发到目的端口，而不必等到整个帧接收完毕再进行转发。因此，直通交换方式与存储转发交换方式相比，减少了帧在交换机中的滞留时间，缩短了帧的转发延迟时间，提高了交换机的交换性能，这是直通交换方式的主要优点。
但是这种在接收帧的同时就将它进行转发的方式的缺点也是明显的：如果接收到的帧是错误的，交换机将无法识别并仍然将其转发，直到接收到帧尾部的循环冗余校验和（CRC）之后才能判别出该帧是错误的，但此时已经浪费了输出端口的带宽。因此，在网络出错概率较大的情况下，采用直通交换方式的交换机的转发效率将会低于采用存储转发交换方式的交换机。
实际网络性能测试表明，在正常情况下，采用存储转发交换方式的交换机和采用直通交换方式的交换机性能的差别并不是很大。另外，存储转发方式适用于局域网交换机的流量控制，在通信流量较大的情况下，存储转发方式的交换效率会更好一些。因此，存储转发方式是目前交换机中采用最多的动态交换方式。
有的局域网交换机，如IBM公司的8271以太网交换机，同时支持直通交换方式和存储转发交换方式，在接收差错率较低的情况下采用直通交换方式，在接收差错率高于指定阀值时就转为存储转发交换方式，而且阀值可以由用户自行设定。
