工业交换机的内部构造和工作原理

    工业交换机是由一个个小部件组成的，那么我们需要了解一下工业交换机的内部构造和工作原理，这样我们才能更全面的了解和认识工业交换机。

工业交换机的内部构造：

1、主板(背板)：

 提供各业务接口和数据转发单元的联系通道。背板吞吐量也称背板带宽，是工业交换机接口处理器或接口卡和数据总线间所能吞吐的最大数据量，这是工业交换机交换性能的一个重要指标。一台工业交换机的背板带宽越高，就说明它处理数据的能力就越强。

2、处理器(CPU)：

工业交换机运算的核心部件;它的主频直接决定了工业交换机的运算速度，用单位时间内能够完成的计算量来衡量。

3、内存(RAM)：

 为CPU运算提供动态存储空间;内存空间的大小与CPU的主频共同决定了计算的最大运算量。

4、Flash：

 提供永久存储功能，主要保存配置文件和系统文件;Flash能够快速恢复业务，有效地保证了工业交换机的正常运转。同时还为网络设备的升级维护提供方便、快捷的方式。如使用FTP、TFTP升级或配置等等。

5、工业交换机的电源系统：

 为工业交换机提供电源输入，电源系统的性能在很大程度上决定了交换机能否正常运行，最大输出电流和最大电源数、输入电压的可变化范围等都是衡量电源系统的重要指标。一般的，核心设备都提供有冗余电源供应，在一个电源失效后，其他电源仍可继续供电，不影响设备的正常运转。在接多个电源时，要注意用多路继电供应，这样，在一路线路失效时，其他线路仍可继续供电。

工业交换机的工作原理

    工业交换机工作于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，工业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。

    工业交换机拥有一条很高带宽的背部总线和内部交换矩阵。工业交换机的所有的端口都挂接在这条背部总线上，控制电路收到数据包以后，处理端口会查找内存中的地址对照表以确定目的MAC（网卡的硬件地址）的NIC（网卡）挂接在哪个端口上，通过内部交换矩阵迅速将数据包传送到目的端口，目的MAC若不存在，广播到所有的端口，接收端口回应后交换机会“学习”新的MAC地址，并把它添加入内部MAC地址表中。使用工业交换机也可以把网络“分段”，通过对照IP地址表，工业交换机只允许必要的网络流量通过交换机。通过交换机的过滤和转发，可以有效的减少冲突域。

    工业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，工业交换机是一种基于MAC地址识别，能完成封装转发数据帧功能的网络设备。交换机可以“学习”MAC地址，并把其存放在内部地址表中，通过在数据帧的始发者和目标接收者之间建立临时的交换路径，使数据帧直接由源地址到达目的地址。

数据传送原理

　　工业交换机的任意节点收到数据传输指令后，即对于存储在内存里的地址表进行快速查找，从而对于MAC地址的网卡连接位置进行确认，然后再将数据传输到该节点上。如果在地址表中找到相应的位置，则进行传输；如果没有，交换机就会将该地址进行记录，以利于下次寻找和使用。工业交换机一般只需要将帧发送到相应的点，而无需如集线器发送到所有节点，从而节省了资源和时间，提高了数据传输的速率。

数据传送方式

　　通过交换的方式进行的数据传输，其实就是工业交换机的数据传送的方式。之前的集线器，更多是利用共享的方式，来对数据进行传输，没有办法从通讯的速度上进行要求。集线器的共享方式，也就是常说的共享式网络，以集线器作为连接设备并且只 有一个方向的数据流，因而网络共享的效率非常低。相对而言，工业交换机能够对连接到自身的各台电脑进行相应的识别，通过每台电脑网卡的物理地址也就是常说的MAC地址，来进行记忆和识别。在这样的前提之下，就不用再进行广播寻找，而能够直接将记忆的MAC地址找到相应的地点并且通过一个临时性专用的数据传输通道，来完成两个节点之间不受外来干扰的数据传输的通信。由于工业交换机还具有全双工传输的方式，所以也可以对于多对节点间通过同时建立临时的专用通道，来形成一个立体且交叉的数据传输通道结构。