隨著以太網技術的迅速進步和在商用領域的廣泛應用，越來越多的產業控制設備也逐漸采用以太網并采用TCP/IP協議作為主要的通訊標準。盡管在產業控制領域應用的以太網標準與商用以太網相同，但是在這個領域，網絡需要能夠在較為惡劣的工作環境下穩定地運行。

因此，為了滿足長期連續運行的需求，連接產業設備的網絡產品需要經過特別設計，以提供產業級的可靠性。此外，在產業控制領域，需要連接的設備分布相對分散，每個地方所需連接設備數量較少，因此對支持光纖冗余環路的8端口的光纖網絡工業級以太網交換機產品有了很高的需求。為了實現光纖冗余環路的功能，必須采用性能卓越的微處理器來管理和控制網絡，并使用高性能的網絡交換芯片來實現基本的10/100M以太網交換功能。

隨著經濟高速發展和工業化進程加快，我國城市化速度不斷推動，城市化人口也在迅猛增長。在這種情況下，城市的發展重點轉向安全、方便、舒適的城市軌道交通。城市軌道交通的發展不僅可以促進城市建設和推動經濟發展，還可以在一定程度上改善城市的整體交通狀況。為了保障軌道交通的安全和高效運行，需要使用工業級以太網交換機來建立可靠且獨立的通信網絡。這樣能夠及時準確地處理符合軌道交通運營需求的各種信息。

工業以太網交換技術解決了現場總線網絡性能受限的問題，使每個以太網設備都能夠獨立享受高帶寬，從而解決了帶寬不足和網絡瓶頸的問題。這為未來更豐富、更強大的自動化應用奠定了堅實的基礎。本文的主要目的是探討交換技術的基本原理。

交換是一種技術總稱，它根據通信兩端傳輸信息的需求，通過設備的自動操作將需要傳輸的信息傳送到符合要求的對象上。廣義來說，交換機是指一種設備，在通信系統中負責進行信息交換的功能。

在網絡系統中，交換概念的引入是為了改善共享工作模式。HUB集線器是一種共享設備，它本身無法識別目標地址。當局域網中的設備A向設備B傳輸數據時，數據包通過以HUB為架構的網絡以廣播方式傳輸，每臺設備根據驗證數據包頭中的地址信息確定是否接收。換句話說，在這種工作方式下，網絡每次只能傳輸一組數據幀，如果出現碰撞，就需要重新嘗試。共享網絡帶寬是指利用這種方法。

當工業級以太網交換機接收到一個數據幀時，它會根據特定的規則來確定該數據幀的轉發路徑。以下是這些規則的描述：

1、如果數據幀的目的MAC地址是廣播地址或組播地址，交換機會將其轉發到所有端口。

2、當數據幀的目的MAC地址是單播地址時，即使該地址不在交換機的地址表中，交換機仍然會將該數據幀轉發至所有端口上。

3、當數據幀攜帶目的MAC地址時，交換機會根據其地址表將數據幀轉發到相應的端口。

4、如果數據幀的目的MAC地址與數據幀的源地址在同一個端口上，那么這個數據幀將被丟棄，而且不會進行交換。

交換機內部裝有一條帶寬很大的背部總線和交換矩陣。所有的端口都連接到交換機的背部總線上，通過使用交換機的地址表，只有必要的網絡流量才能通過交換機傳輸。通過使用交換機的過濾和轉發功能，可以有效地避免廣播風暴，并降低誤包和錯包的發生概率，進而避免共享沖突的出現。

在工業級以太網交換機的交換地址表中，每個表項主要由一個MAC地址和相應交換機端口號構成。生成整張地址表的方法采用動態自學習，即當工業級以太網交換機接收到一幀數據后，將數據幀的源地址和輸入端口記錄在交換地址表中。每個地址表項都配有一個時間標記，用于表示該表項存儲的時間周期。如果在特定的時間段內，地址表項仍然沒有被引用，那么它將會從地址表中被刪除。所以，地址表中一直存儲著最有效和準確的地址-端口信息。

審核編輯 黃宇