开关

开关是指改变连接设备状态的设备。有各种类型的开关用于不同的目的。让我们讨论开关的类型及其用途。开关分为以下三类：

• 网络交换机
• 电子开关
• 任天堂 Switch

在这里，我们将详细讨论所有三种类型的开关。

网络交换机

网络交换机是一种硬件设备，有助于计算机网络上的数据传输。它使用分组交换来以数据包的形式传输数据。

网络交换机是一种设备，通过插入其中的各种数据线连接计算机网络上的其他设备。它管理从设备到数据包预定接收目的地的传输。这被称为分组交换。

分组交换是一种以数据包形式通过网络传输数据的过程。交换机以增强的安全性和效率传输数据。网络地址用作识别连接到交换机的设备的媒介。

交换机如下图所示：

OSI 层的传输

交换机可以在 OSI（开放系统互连）模型的第 2 层和第 3 层上工作。第 2 层称为数据链路层，第 3 层称为网络层。大多数交换机在 OSI 模型的第 2 层上运行。可以在两层上运行的交换机称为多层交换机。

在第 2 层，它使用 MAC 地址转发数据；在第 3 层，它使用 IP 地址转发数据。连接到交换机不同端口的设备可以将数据传输到任何端口而不会发生干扰。交换机甚至可以在更高的 OSI 层（第 3 层及以上）运行，但功能不同。

交换机在不同 OSI 层的功能

OSI（开放系统互连）模型由七层组成。它将数据流分为这七层。

让我们讨论交换机在不同 OSI 层的功能。

第 2 层

第 2 层是 OSI 模型的数据链路层。第 2 层交换机需要 MAC 地址才能将数据从源传输到目的地。MAC 地址或物理地址用于识别连接到不同端口的设备。交换机在第 2 层的操作比在 OSI 模型其他层的操作快。

第 2 层交换机的缺点与网桥类似。

第 3 层

第 3 层是 OSI 模型的网络层。第 3 层交换机使用网络地址或 IP 地址传输数据。交换机使用物理地址识别设备，而 IP 地址识别位置。

在此层运行的交换机比第 2 层交换机更智能。它会找到发送数据包的最佳路径。

第 4 层

第 4 层是 OSI 模型的传输层。它识别数据包中包含的协议。第 4 层交换机根据应用程序协议、IP 地址和 MAC 地址转发数据包。与数据包关联的应用程序有助于第 4 层交换机组织网络流量的优先级。

第 4 层交换的信息也可以用于做出路由决策。

第 5 层和第 6 层

这些交换机也称为 内容交换机和 内容服务交换机。内容交换机通常在不同的协议（例如 HTTP、VPN 等）上使用负载平衡。它还可以包括任何 TCP/IP 流量，但使用特定的端口。

这些层上的一些交换机还可以执行 IP 空间重映射到另一个 IP 空间。该过程称为 NAT（网络地址转换）。它用于减少新 IP 地址的分配。

第 7 层

第 7 层技术可能包含一个称为网络缓存的临时缓存。它还可以参与地理分布式网络，称为内容分发网络（CDN）。

网络交换机的功能

交换机的基本功能是学习、转发和防止。

让我们详细讨论网络交换机的功能。

学习

我们知道交换机使用 MAC 地址在 OSI 模型的第 2 层转发数据。学习意味着获取连接到交换机端口的不同设备的 MAC 地址。每个连接的设备都有一个以太网帧。交换机查看源设备以太网帧中的源 MAC 地址，并将其与称为MAC 地址表的表中的地址进行比较。如果地址和端口号不匹配，它会将其添加到表列表中。如果地址匹配但端口号不匹配，它会更新表中的端口号。

转发

转发定义为将流量从交换机的一个端口传递到另一个端口的过程。交换机从以太网帧中学习源的 MAC 地址，如上所述。目的 MAC 地址确定设备连接到交换机上的目的端口号。如果目的地址与 MAC 地址表中的地址匹配，它会将网络流量转发到该端口。

如果目的地址不匹配，交换机会将网络流量转发到所有连接的端口，除了源端口。该过程称为泛洪，可防止流量丢失。当目的端口接收到网络流量时，它会向源端口发送一个回复帧。交换机会读取它并更新其 MAC 地址表。

过滤是一个过程，当交换机在源和目的地中发现相似的 MAC 地址时，它会丢弃以太网帧。

防止

防止是一项任务，旨在保护网络中连接的设备免受任何故障。为此，创建了冗余链接。但是，有时冗余链接也会导致广播风暴和交换环路。

第 2 层网络交换机的功能是保护设备免受此类广播风暴和交换环路的影响。

例如：

STP（生成树协议）

STP 既能防止网络出现交换环路，又能提供冗余。

交换机类型

有不同类型的交换机，如下所示：

• 管理型交换机
• 非管理型交换机
• 固定端口交换机
• 智能交换机
• 模块化交换机

管理型交换机

管理型交换机可以保护自身免受拒绝服务攻击。它包括 IPv4 DHCP 侦听、ND 检查等。它还包括其他安全功能，例如控制平面策略（CPP）。管理型交换机的表大小很大。因此，我们可以创建大量的 IP 路由器、VLAN 等。

非管理型交换机

非管理型交换机不需要任何配置。我们只需插入设备即可开始工作。当我们只需要简单基本的连接时，首选这些交换机。我们也可以在家里或其他需要添加额外端口的地方使用这些交换机。它提供不同的功能，例如节能和环路检测。顾名思义，我们无法管理或修改这些类型的交换机。

它还具有 POE（以太网供电）功能，作为具有内置 POE 功能的简单交换机。它允许通过同一电缆为设备供电。这意味着设备可以通过同一电缆并行接收数据流量和电源。

固定端口交换机

顾名思义，固定端口交换机包含固定数量的端口。它无法扩展。固定端口交换机可以分为其他类型的交换机，例如非管理型、管理型等。

智能交换机

智能交换机与管理型交换机相比，可扩展性较低、成本较低、复杂性较低，功能也较轻。创建 VLAN 是为了将网络划分为更少的工作组。与管理型交换机相比，智能交换机包含较少的节点和 VLAN。

模块化交换机

模块化交换机通常是可扩展的。我们可以根据网络要求向交换机添加所需数量的模块。

交换机端口

交换机端口有三种类型，如下所示：

• 接入端口
• 中继端口
• 隧道端口

接入端口

接入端口属于单个 VLAN（虚拟局域网）。它传输单个虚拟局域网的流量。

中继端口

中继端口是所有 VLAN 的成员。它传输多个虚拟局域网或 VLAN 的流量。

隧道端口

这些端口与接入端口和中继端口不同。在这里，每个唯一的 VLAN 都属于一个客户。分配给隧道端口中单个客户的 VLAN 支持分配给不同客户的所有其他 VLAN。隧道端口配置旨在支持隧道，允许数据从一个网络移动到另一个网络。

每个交换机都有不同数量的端口。企业拥有的网络用户越多，交换机所需的端口数量就越多。

电子开关

电子开关用于切换通过电路的电流。开关通常是手动操作的，可以手动控制。它是一种二进制设备，可以是开或关。当开关处于开状态时，表示电路闭合，电流通过电路的组件。当开关处于关状态时，电路断开。它阻断了电路中的电流流动。

交换机类型

各种类型的开关用于不同的设备，例如拨动开关、按钮开关、操纵杆开关等。如今还使用限位开关来控制机械部件。让我们详细讨论不同类型开关的概念和电路图。

• 按钮开关
• 拨动开关
• 限位开关
• 浮动开关
• 滑动开关
• 磁性开关

让我们详细讨论上述类型的电子开关。

按钮开关

按钮开关是简单的按钮，当物理按下时会改变电路的状态。按钮开关进一步分为 NO（常开）和 NC（常闭），如下图所示：

NO 和 NC 按钮也称为“按通”和“按断”按钮。让我们详细讨论一下。

否

当按钮释放时，它会阻止电流流动。这种状态通常被称为 NO 或常开。常开是电路的一种状态，它不与电路进行电气接触。这意味着电路处于关断状态。示例包括计算器按钮和键盘按键。

让我们用一个例子来理解它。

考虑一个带有 NO 开关的电路，如下图所示：

当我们按住或按下 NO 按钮时，电路将显示为：

这意味着 NO 按钮在按下时允许电流通过电路。一旦我们释放按钮，它就会回到原来的位置。

NC

常闭按钮与 NO 按钮相反。它是一种保持电气接触的电路状态。这意味着当它未按下时，电路处于 ON 状态。例如，警报开关等。

让我们用一个例子来理解它。

考虑一个带有 NC 开关的电路，如下图所示：

默认情况下，当输入施加电压时，上述电路允许电流流动。一旦我们按下 NC 按钮，电路就会停止。这意味着当我们按下 NC 按钮时，电路会断开。

拨动开关

拨动开关如下图所示：

它也称为翻转开关。

我们可以前后移动控制杆来打开和关闭电路。这意味着电路中的电流流动可以通过拨动开关顶部的控制杆或手柄来控制。这些开关通常用于打开/关闭电器。

许多拨动开关被制造成多个套件，以控制大电压。

拨动开关可进一步分类为：

• SPST
• SPDT
• SP3T
• DPDT

让我们详细讨论上述类型的拨动开关。

SPST（单刀单掷）开关

它是一个具有一个输入和一个输出的开关。电路的 ON 状态允许电流流过电路。这发生在开关闭合时。类似地，当 SPDT 开关的状态打开时，电路处于 OFF 状态。它阻止电流流动。

SPST 开关的打开状态如下图所示：

SPDT（单刀双掷）开关

它是一个三端开关。它有一个输入，可以在两个输出之间切换。它也称为转换开关。我们可以借助单个开关在两个设备之间切换。

例如，同一个开关可以打开第一个终端处的绿色 LED 和另一个终端处的黄色 LED。

SPDT 开关与第一个终端接触的状态如下图所示：

SP3T（单刀三掷）开关

它是一个具有一个输入和三个输出的开关。一个单刀可以在三个 ON 位置之间切换。

SP3T 开关用于军事工业、商业工业等。类似地，其他开关，如 SP4T、SP5T、SP6T 等，作为多配置开关用于不同的应用。

SP3T 开关与第二个 ON 位置接触的状态如下图所示：

DPDT（双刀双掷）开关

它是一个具有两个输入和四个输出的开关。每个输入可以在两个 ON 位置之间切换。DPDT 开关使用两个由单个开关控制的 SPDT。它通常用于主电气开关，其中 DPDT 开关可以分离两个（中性线和火线）连接。它还用于开合布线应用，例如桥梁。

DPDT 开关如下图所示：

在这里，每个极都与第二个投掷接触。

其中，

极：它表示产品可以控制的电路数量。单极表示控制单个电路的开关。双极表示控制两个电路的开关。类似地，其他极电路也这样工作。

掷：它表示开关每个极可以连接的位置数量。“掷”一词决定了开关包含的 ON 位置的数量。

例如，SP3T 有三个掷。这意味着单个开关可以控制三个位置。

限位开关

限位开关最初用于确定物体可以行进的极限。因此，该开关被命名为限位开关。限位开关用于检测机械部件（例如控制系统）中物体的运动或存在。它还可以用于计数通过一点的物体。该开关由金属触点组成。当设备与开关接触时，它会操作以允许或阻止电流通过电路。

限位开关的优点是其可靠性、低功耗和高精度。它可以确定不同移动物体的参数，例如通过、行程结束、存在、缺失等。

浮动开关

浮子开关用于检查水位或液位。它还可以用于控制泵等。

让我们讨论浮子开关的两个应用。

浮子开关的第一个应用是用于冷凝水泵。它检测水箱中流体或液体水平的升高，从而使泵通电。然后泵排出多余的液体以保持液位。之后，泵关闭。

浮子开关的第二个应用是两级开关。在第一级，水箱充满，液体上升到标记的液位。如果流体或液体继续上升超过该液位，它会触发警报，从而关闭液体源。

滑动开关

滑动开关顶部有一个滑块，用于打开/关闭电路。如下图所示：

与拨动开关相比，滑动开关更容易制造。此类开关用于小型项目。最常见的滑动开关类型是金属滑块，它由金属触点组成。当我们滑动开关时，金属滑块与开关的金属接触，完成电路并允许电流通过电路。

开关的滑块保持在一个状态，直到我们将其滑动到另一个状态。例如，滑动开关将保持在 ON 位置，直到我们再次将开关滑动到 OFF 位置，反之亦然。

磁性开关

磁性开关的运行取决于施加的磁场，每当开关检测到磁场时，它就会打开或关闭以保持或阻断与电路的电接触。

磁性开关比其他机械开关有各种优点，如下所示：

• 这些开关受空气、冰、水、灰尘等影响较小。
• 它被认为是最通用的开关类型。
• 寿命更长
• 响应时间快
• 维护成本低

我们需要确保使用质量最好的磁性开关以获得最佳效果。其他类型的磁性开关包括干簧开关、晶体管开关、霍尔效应开关等。让我们简要介绍一下这些类型的磁性开关。

晶体管磁性开关用于直流电路。它之所以受到青睐，是因为它可以切换高电流和电压；这些开关用于食品加工、处置等所需的设备中。

干簧磁性开关也称为“干触点”开关。干簧开关可以在交流和直流电压下工作；常见应用包括电力传输和自动化设备。

霍尔效应开关与其他类型的磁性开关相比，可以承受机械冲击。应用包括电梯、直流变压器等。

任天堂 Switch

任天堂 Switch 于 2017 年 3 月 3 日由任天堂在全球发布，作为一款视频游戏机。视频游戏机定义为通过遥控器或游戏控制器控制并在屏幕上显示的视频游戏。任天堂是位于京都的日本跨国公司。它是一家消费电子和视频游戏公司。

任天堂 Switch 系列广泛用于玩不同的独家游戏。它还通过可用的互联网连接提供在线游戏。它还提供与其他任天堂游戏机的本地无线连接。最新的任天堂 Switch 包括一个显示屏、两个 Joy-Con 控制器、HDMI（用于连接电视）、充电器和底座。带两个 Joy-Con 控制器的显示屏可以用作掌上 Switch。组件如下图所示：

任天堂 Switch 的组件

让我们详细讨论这些组件。

底座

任天堂 Switch 套件中的底座用于将其连接到电视。我们不需要拔掉主设置。在借助底座将任天堂 Switch 连接到电视后，我们可以轻松地与家人一起玩游戏。

Joy-Con 控制器

它是一个无线游戏控制器，分为两个独立单元。它可以连接到显示屏或视频游戏机。每个单元都包含一个模拟摇杆（用于 2D 输入）和一组按钮（用于控制视频游戏），如下图所示：