交换机工作原理的直观解释

交换机（switch）是一种在通信系统中完成信息交换功能的设备，是我们网络中的通信专家。

通过从OT执行技术、IIT工业信息技术到IT信息技术的所有通信层，智能地将数据路由到目的地。它们是如何运作的？他们取得了什么成就？我们来看看PROFIBUS中的OT层。

这一级不需要交换机等高性能基础设施，因为主站和从站之间的通信只能按顺序进行。根据问答机制和交通状况，这种方式意味着只有一辆车可以单向行驶。它是生产商和供应商之间的双向通信，以及以太网中的基本通信，如PROFINET。消息不仅可以在控制器和设备之间，或者在IT服务器和客户端之间传输，这些设备还可以通过交换机而不是通过控制器相互通信。这些交换机和路上的红绿灯系统一样重要。

现代交换机就像一个物流中心，就像被包裹在一个装载站里。消息通过所谓的端口接收和发送。8个端口交换机可以与设备或其他交换机交换8个不同的数据连接，每个端口可以运行在1G、100M或10M的速度模式下。根据网络电缆的类型，是高速公路还是乡村公路，取决于网线的质量。遇到坑洼时，汽车不得不减速。这两个因素会影响端口的传输模式。为了加快速度，全双工模式可以同时发送和接收消息。

但是，如果其中一个链路出现问题，受影响的端口将自动切换到半双工模式，该模式仅支持并行发送或接收。这样做会延迟大量数据的处理时间。一旦链路完全恢复，系统会自动切换到最快的传输模式，也就是我们常说的自动协商机制。

交换机的重要之处在于它的存储。它被用作输入和输出映射。所谓输入输出映射，就像大家熟知的内存，也就是缓存。让我们看看消息是如何通过交换机传递的。

首先，消息到达输入队列，以转发模式存储，如果需要，立即删除。然后，MAC地址被用来读出它被路由到的端口。现在它进入缓冲区，在那里它被排序和临时存储。最后根据先入先出原则，重新定位并转发到相应的输出队列。

交换机通常以存储转发模式运行。但是有一些直通交换机，可以直接将消息从输入队列移动到输出队列，不需要错误检查。虽然这缩短了处理时间，但增加了转发错误消息的可能性。如果输出队列负载明显增加，为了避免数据丢失，直通交换机会自动切换到转发存储模式。同时，通过TSN(时间敏感网络)可以缩短延迟，数据不需要返回存储区的传输模式，因为队列中的容量已经被预留。在动态模式下，输出队列中未充分利用的内存可以在另一个输出队列中使用，以发送消息。

现代交换机有一个优先级机制，就是对事件有严格要求的数据包，比如OT中的Profinet消息或者通过IP和IT的语音，在网络中总能获得优先级。大的非循环数据包需要长时间占用大带宽。一个好的交换机 each端口有很多输出队列和大量的内存空间。交换机可以处理传入和传出的消息，但只有好的交换机会自动计算网络负载的百分比，并以毫秒为单位显示峰值负载。

交换机可以承受高网络负载。这种能力用PROFINET中的网络负载等级来表示，等级3是最高的。在IIT和IT中,交换机的性能取决于交换机的交换容量，即它能以多快的速度存储和转移交换内存，它有多大的存储空间，它的切换速度有多快，它的工作速度有多快。通常，来自多个输入队列的大多数消息被路由到一个端口，例如，路由到主干网络或控制器，这将导致输出队列满，然后所有新的传入消息将丢失。这叫做丢包，是网络不稳定的表现。

在机械工程和工厂制造中，数据线的屏蔽层经常带电，比如雷击，对信息传输影响很大。好的交换机可以承受这些EMC干扰的影响，对其进行监控，并报告负载增加。一个网管交换机是必不可少的。如果所有这些运行参数不仅被记录，而且用于外部分析，这是在网络中断发生之前及时消除极端网络条件的唯一方法。

好的交换机有SNMP，WEB接口，自带网络诊断功能。由于远程访问，这些数据也构成了交换机诊断和远程维护的数据库。

交换机有一个所谓的镜像端口。如果需要消息分析，可以将它的消息图像逐个复制到另一个空闲端口。

一个好的管理类型交换机会持续不断地为网络监控提供必要的数据，更新最新的拓扑，并最终为此向管理软件提供拓扑平面。

未来的网络安全由高性能管理交换机实现，让你的维护计划和你的工厂车间长期稳定运行。