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1、交换机定义及分类
交换机（Switch）意为“开关”，是一种用于电（光）信号转发的网络设备。它可以为接入交换机的任意两个网络节点提供独享的电信号通路。交换式集线器又称为以太网交换机、二层交换机（表明此交换机工作在数据链路层），或直接简称为交换机。交换是按照通信两端传输信息的需要，用人工或设备自动完成的方法，把要传输的信息送到符合要求的相应路由上的技术的统称。
2、交换机交换架构
业界主流的三种架构：Full-MESH架构；CROSSBAR架构；CLOS架构。目前主流的高端核心交换机大部分采用CLOS架构。
三种交换网板设计：①非正交结构/平行结构：线卡与交换模板平行，二者通过在背板上走线连接。华为的交换机使用非正交设计。缺点：PCB背板走线带来信号干扰、背板设计限制宽带升级、散热难度大。②正交结构：线卡和交换模块垂直，通过背板直接连接，该设计减少了背板走线带来的信号衰减，但是限制了带宽升级，思科使用正交结构。③无背板架构：线卡和交换模块垂直连接，解除了背板对宽带升级的限制，容易散热。
3、交换机的技术原理
交换机在同一时刻可进行多个端口对之间的数据传输。每一端口都可视为独立的物理网段（注：非IP网段），连接在其上的网络设备独自享有全部的带宽，无须同其他设备竞争使用。当节点A向节点D发送数据时，节点B可同时向节点C发送数据，而且这两个传输都享有网络的全部带宽，都有着自己的虚拟连接。假使这里使用的是10Mbps的以太网交换机，那么该交换机这时的总流通量就等于2×10Mbps=20Mbps，而使用10Mbps的共享式HUB时，一个HUB的总流通量也不会超出10Mbps。总之，交换机是一种基于MAC地址识别，能完成封装转发数据帧功能的网络设备。
交换机工作于OSI参考模型的第二层，即数据链路层。交换机内部的CPU会在每个端口成功连接时，通过将MAC地址和端口对应，形成一张MAC表。在今后的通讯中，发往该MAC地址的数据包将仅送往其对应的端口，而不是所有的端口。因此，交换机可用于划分数据链路层广播，即冲突域；但它不能划分网络层广播，即广播域。
4、交换机、集线器和路由器的区别
集线器仅仅知道端口上是否连接了设备，经过集线器传输的数据包，所有设备都能接收到，当主机A发送数据包给主机C时，主机B和D都能接收到数据；路由器用于连接两个网络，他们有自己的网络地址，有各自的路由器1和路由器2，和交换机A和交换机B以及主机在各自网络内部交换数据。路由器可以使得不同网络之间实现数据传输
5、数据中心交换机——传统三层结构
传统三层网络架构：包括数据中心与外部运营商互联的核心交换层，接入层，以及将连接两者实现数据聚合的汇聚层。现今的数据中心网络主要分为三层拓扑结构。
接入交换机物理连接服务器；
汇聚交换机连接同一个二层网络（VLAN）下的接入交换机，同时提供其他的服务，例如防火墙，SSL offload，入侵检测，网络分析等， 它可以是二层交换机也可以是三层交换机；
核心交换机为进出数据中心的包提供高速的转发，为多个二层局域网（VLAN）提供连接性，核心交换机为通常为整个网络提供一个弹性的三层网络。
传统三次网络架构弊端
①带宽的浪费：为了防止环路，汇聚层和接入层之间通常会运行STP协议，使得接入交换机的上联链路中实际承载流量的只有一条，而其他上行链路将被阻塞（如图中虚线所示），造成了带宽的浪费；
②故障域较大：STP协议由于其本身的算法，在网络拓扑发生变更时需要重新收敛，容易发生故障，从而影响整个VLAN的网络；
③难以适应超大规模网络：在云计算领域，网络规模扩大，数据中心也分布在不同的地理位置，虚拟机要求能在任意地点创建，迁移，而保持其网络属性（IP, 网关等）保持不变，需要支持大二层网络，在上图的拓扑中，无法在VLAN10和VLAN20之间作上述迁移；
④传统架构下，当存在大量东西向流量时，汇聚交换机和核心交换机的压力会大大增加，网络规模和性能也就限制在了汇聚层和核心层。要支持大规模的网络，就必须有性能，端口密度大的汇聚层核心层设备，这样的设备成本高，不是所有企业都买得起，且必须在建设网络时就预先规划好网络规模，在网络规模小时，会造成资源的浪费，在网络规模继续扩大时，扩容也比较困难，因而让企事业单位陷入了成本和可扩展性的两难选择之中。
