交换方式

• 当用户访问互联网或其直接位置以外的另一个计算机网络时，消息会通过传输介质网络发送。这种将信息从一个计算机网络传输到另一个网络的技术称为**交换**。
• 计算机网络中的交换是通过使用交换机实现的。交换机是一种小型硬件设备，用于将多个计算机连接到一个局域网 (LAN) 中。
• 网络交换机在 OSI 模型中的第 2 层（数据链路层）工作。
• 交换对用户是透明的，并且在家庭网络中不需要任何配置。
• 交换机用于根据 MAC 地址转发数据包。
• 交换机用于仅将数据传输到已寻址的设备。它会验证目标地址以正确路由数据包。
• 它以全双工模式运行。
• 由于它直接在源和目标之间通信，因此数据包冲突最少。
• 它不会广播消息，因为它工作在有限的带宽内。

交换的兴起：从集线器到交换机

随着计算机网络的不断发展以及对高质量通信的需求不断扩大，基于集线器的网络的限制变得越来越明显。这是关于网络交换的演变，交换机取代了集线器，因为它们是主要的连接设备。网络交换机在 OSI 模型的第 2 层上运行，从而实现更高效和有选择性的数据传输。与集线器不同，交换机使用 MAC 地址将信息仅提供给其目标设备，从而减少了不必要的网络拥塞并提高了整体性能。

网络交换的类型

网络交换的多方面方法已发展出多种类型，每种类型都满足特定的需求和条件。

主要类型讨论如下：

电路交换：在传统的手机网络中，电路交换在设备进行通话时建立了一条专用的通信路径。虽然有效，但它在可伸缩性和性能方面存在局限性。

分组交换：与电路交换相比，分组交换将数据分解成数据包，这些数据包可以在网络上独立传输。这种由互联网使用的方法可以更有效、更熟练地利用带宽并提高可伸缩性。

报文交换：报文交换涉及将整个报文从源发送到目的地。在现代计算机网络中，它是一种早期的数据传输形式。

虚拟电路交换：结合了电路交换和分组交换的优点，虚拟电路交换在通话会话过程中建立了一条专用路径，类似于电路交换；但是，它使用类似数据包的传输来保持性能。

以太网交换：以太网交换已成为局域网 (LAN) 中网络交换的主要形式。它在 OSI 模型的第 2 层上运行。使用 MAC 地址将数据仅发送到预期的接收者。

为什么需要交换概念？

交换概念是由于以下原因而开发的：

• 带宽：它被定义为电缆的最大传输速率。它是一种非常关键且昂贵的资源。因此，交换技术用于有效利用网络的带宽。
• 冲突：当多个设备通过同一物理介质传输消息并发生冲突时，就会发生冲突。为了克服这个问题，实现了交换技术，以避免数据包之间发生冲突。

交换的优点

• 交换机增加了网络的带宽。
• 它通过仅将信息发送到已寻址的设备来减少个人 PC 的工作负载。
• 通过减少网络上的流量来提高网络的整体性能。
• 由于交换机为每次连接创建了冲突域，因此帧冲突会更少。

交换的缺点

• 交换机的成本高于网络桥。
• 交换机无法轻松确定网络连接问题。
• 需要正确设计和配置交换机才能处理组播数据包。

挑战和未来趋势

虽然网络交换已经取得了长足的进步，但它仍然带来挑战和发展机遇。一些关键的关注点和未来的发展包括以下内容：

安全问题：随着网络互联程度的提高，安全威胁也在不断演变。交换机在网络安全中起着重要作用，而加密、访问管理和威胁检测的进步对于保护敏感信息至关重要。

5G 集成：5G 技术的发展为网络交换带来了新的机遇和挑战。更高的速度和性能要求交换基础设施支持日益增多的各种连接设备和应用程序。

边缘计算：边缘计算的兴起，即处理发生在数据流的源头，需要网络交换能够有效地管理分布式和去中心化的架构。

人工智能 (AI) 集成：集成 AI 网络交换机可以增强自动化、预测性维护和自适应网络优化。机器学习算法可以分析网络流量模式，以预测和防止性能问题。

量子网络：随着量子计算和通信的研究，网络交换的格局可能会发生革命性的变化。量子交换机利用量子纠缠的概念，必须重新定义信息传输的方式。