交換機的英文名稱為“Switch�,它是網(wǎng)絡節(jié)點上話務承載裝置、交換級、控制和信令設備以及其他功能單元的集合體。交換機能把用戶線路、電信電路和(�)其他要互連的功能單元根據(jù)單個用戶的請求連接起來� 它是集線�的升級換代產(chǎn)品,從外觀上來�,它與集線器基本上沒有多大區(qū)別,都是帶有多個端口的長方�。交換機是按照通信兩端傳輸信息的需要,用人工或設備自動完成的方法把要傳�?shù)男畔⑺偷椒弦蟮南鄳酚缮系募夹g�(tǒng)��
交換”和“交換機”最早起源于電話通訊系統(tǒng)PSTN。我們以前經(jīng)常在電影或電視中看到一些老的影片時常看到有人在電話機旁狂搖幾下(注意不是撥號�,然后就說:給我接XXX,話務員接到要求后就會把相應端線頭插在要接的端子�,即可通話。其實這就是最原始的電話交換機系統(tǒng),只不過它是一種人工電話交換系�(tǒng),不是自動的,也不是我們所指的計算機交換機,但是今天的交換機也就是在這個電話交換機技術上�(fā)展而來��
交換機的主要功能包括物理編址、網(wǎng)絡拓撲結(jié)�(gòu)、錯誤校�、幀序列以及流量控制。目前一些交換機還具備了一些新的功�,如對VLAN(虛擬局域網(wǎng))的支持、對鏈路匯聚的支�,甚至有的還具有路由和防火墻的功��
交換機擁有一條很高帶寬的背部總線和內(nèi)部交換矩�。交換機的所有的端口都掛接在這條背部總線�。控制電路收到數(shù)�(jù)包以�,處理端口會查找�(nèi)存中的MAC地址(網(wǎng)卡的硬件地址)對照表以確定目的MAC的NIC(網(wǎng)卡)掛接在哪個端口上,通過�(nèi)部交換矩陣直接將�(shù)�(jù)迅速包傳送到目的節(jié)�,而不是所有節(jié)�,目的MAC若不存在才廣播到所有的端口。這種方式我們可以明顯地看出一方面效率�,不會浪費網(wǎng)絡資源,只是對目的地址�(fā)送數(shù)�(jù),一般來說不易產(chǎn)生網(wǎng)絡堵�;另一個方面數(shù)�(jù)傳輸安全,因為它不是對所有節(jié)點都同時�(fā)�,發(fā)送數(shù)�(jù)時其它節(jié)點很難偵聽到所�(fā)送的信息。這也是交換機為什么會很快取代集線器的重要原因之一�
交換機與集線器的區(qū)別主要體�(xiàn)在如下幾個方面:
�1)在OSI/RM(OSI參考模型)中的工作層次不同
交換機和集線器在OSI/RM開放體系模型中對應的層次就不一�,集線器是同時工作在層(物理層)和第二層(數(shù)�(jù)鏈路層),而交換機至少是工作在第二�,更的交換機可以工作在第三層(網(wǎng)絡層)和第四層(傳輸層)�
?�?)交換機的數(shù)�(jù)傳輸方式不同
集線器的�(shù)�(jù)傳輸方式是廣播(broadcast)方�,而交換機的數(shù)�(jù)傳輸是有目的的,�(shù)�(jù)只對目的節(jié)點發(fā)�,只是在自己的MAC地址表中找不到的情況下次使用廣播方式�(fā)�,然后因為交換機具有MAC地址學習功能,第二次以后就不再是廣播�(fā)送了,又是有目的的發(fā)�。這樣的好處是�(shù)�(jù)傳輸效率提高,不會出�(xiàn)廣播風暴,在安全性方面也不會出現(xiàn)其它節(jié)點偵聽的�(xiàn)��
?�?)帶寬占用方式不�
在帶寬占用方面,集線器所有端口是共享集線器的總帶�,而交換機的每個端口都具有自己的帶寬,這樣就交換機實際上每個端口的帶寬比集線器端口可用帶寬要高許多,也就決定了交換機的傳輸速度比集線器要快許多�
?�?)傳輸模式不�
集線器只能采用半雙工方式進行傳輸?shù)模驗榧€器是共享傳輸介質(zhì)�,這樣在上行通道上集線器一次只能傳輸一個任務,要么是接收數(shù)�(jù),要么是�(fā)送數(shù)�(jù)。而交換機則不一�,它是采用全雙工方式來傳輸數(shù)�(jù)的,因此在同一時刻可以同時進行�(shù)�(jù)的接收和�(fā)�,這不但令�(shù)�(jù)的傳輸速度大大加快,而且在整個系�(tǒng)的吞吐量方面交換機比集線器至少要快一倍以�,因為它可以接收和發(fā)送同時進行,實際上還遠不止一�,因為端口帶寬一般來說交換機比集線器也要寬許多��
總之,交換機是一種基于MAC地址識別,能完成封裝�(zhuǎn)�(fā)�(shù)�(jù)包功能的�(wǎng)絡設備。目�,主流的交換機廠商以國外的CISCO(思科)�3COM、安奈特為代�,國�(nèi)主要有華為、D-LINK��
局域網(wǎng)交換機工作模�
交換機的分類標準多種多樣,常見的有以下幾種:
?。ㄒ唬└�?jù)�(wǎng)絡覆蓋范圍分
局域網(wǎng)交換機和廣域�(wǎng)交換��
(二)根�(jù)傳輸介質(zhì)和傳輸速度劃分
以太�(wǎng)交換�、快速以太網(wǎng)交換機、千兆以太網(wǎng)交換��10千兆以太�(wǎng)交換�、ATM交換機、FDDI交換機和令牌�(huán)交換��
(三)根�(jù)交換機應用網(wǎng)絡層次劃�
企業(yè)級交換機、校園網(wǎng)交換機、部門級交換機和工作組交換�、桌機型交換機�
?。ㄋ模└�?jù)交換機端口結(jié)�(gòu)劃分
固定端口交換機和模塊化交換機�
?。ㄎ澹└�?jù)工作�(xié)議層劃分
第二層交換機、第三層交換機和第四層交換機�
?。└�?jù)是否支持�(wǎng)管功能劃�
�(wǎng)管型交換機和非網(wǎng)管理型交換機�
目前交換機在傳送源和目的端口的�(shù)�(jù)包時通常采用直通式交換、存儲轉(zhuǎn)�(fā)式和碎片隔離方式三種�(shù)�(jù)包交換方式。目前的存儲�(zhuǎn)�(fā)式是交換機的主流交換方式�
1、直通交換方式(Cut-through�
采用直通交換方式的以太�(wǎng)交換機可以理解為在各端口間是縱橫交叉的線路矩陣電話交換機。它在輸入端口檢測到一個數(shù)�(jù)包時,檢查該包的包頭,獲取包的目的地址,啟動內(nèi)部的動態(tài)查找表轉(zhuǎn)換成相應的輸出端�,在輸入與輸出交叉處接�,把�(shù)�(jù)包直通到相應的端口,實現(xiàn)交換功能。由于它只檢查數(shù)�(jù)包的包頭(通常只檢�14個字節(jié)�,不需要存�,所以切入方式具有延遲小,交換速度快的�(yōu)點。所謂延遲(Latency)是指數(shù)�(jù)包進入一個網(wǎng)絡設備到離開該設備所花的時間�
它的缺點主要有三個方面:一是因為數(shù)�(jù)包內(nèi)容并沒有被以太網(wǎng)交換機保存下來,所以無法檢查所傳送的�(shù)�(jù)包是否有�,不能提供錯誤檢測能力;第二,由于沒有緩存,不能將具有不同速率的輸入/輸出端口直接接�,而且容易丟包。如果要連到高速網(wǎng)絡上,如提供快速以太網(wǎng)�100BASE-T�、FDDI或ATM連接,就不能簡單地將輸入/輸出端口“接通�,因為輸入/輸出端口間有速度上的差異,必須提供緩�;第三,當以太網(wǎng)交換機的端口增加�,交換矩陣變得越來越復雜,實�(xiàn)起來就越困難�
2、存儲轉(zhuǎn)�(fā)方式(Store-and-Forward�
存儲�(zhuǎn)�(fā)(Store and Forward)是計算機網(wǎng)絡領域使用得最為廣泛的技術之一,以太網(wǎng)交換機的控制器先將輸入端口到來的�(shù)�(jù)包緩存起�,先檢查�(shù)�(jù)包是否正�,并過濾掉沖突包錯誤。確定包正確�,取出目的地址,通過查找表找到想要發(fā)送的輸出端口地址,然后將該包�(fā)送出�。正因如�,存儲轉(zhuǎn)�(fā)方式在數(shù)�(jù)處理時延時大,這是它的不足,但是它可以對進入交換機的�(shù)�(jù)包進行錯誤檢測,并且能支持不同速度的輸入/輸出端口間的交換,可有效地改善網(wǎng)絡性能。它的另一�(yōu)點就是這種交換方式支持不同速度端口間的�(zhuǎn)換,保持高速端口和低速端口間�(xié)同工�。實�(xiàn)的辦法是�10Mbps低速包存儲起來,再通過100Mbps速率�(zhuǎn)�(fā)到端口上�
3、碎片隔離式(Fragment Free�
這是介于直通式和存儲轉(zhuǎn)�(fā)式之間的一種解決方�。它在轉(zhuǎn)�(fā)前先檢查�(shù)�(jù)包的長度是否�64個字節(jié)�512 bit),如果小于64字節(jié),說明是假包(或稱殘幀�,則丟棄該包;如果大�64字節(jié),則�(fā)送該�。該方式的數(shù)�(jù)處理速度比存儲轉(zhuǎn)�(fā)方式�,但比直通式�,但由于能夠避免殘幀的轉(zhuǎn)�(fā),所以被廣泛應用于低檔交換機��
使用這類交換技術的交換機一般是使用了一種特殊的緩存。這種緩存是一種先進先出的FIFO(First In First Out�,比特從一端進入然后再以同樣的順序從另一端出來。當幀被接收時,它被保存在FIFO�。如果幀以小�512比特的長度結(jié)束,那么FIFO中的�(nèi)容(殘幀)就會被丟棄。因此,不存在普通直通轉(zhuǎn)�(fā)交換機存在的殘幀�(zhuǎn)�(fā)問題,是一個非常好的解決方�。數(shù)�(jù)包在�(zhuǎn)�(fā)之前將被緩存保存下來,從而確保碰撞碎片不通過�(wǎng)絡傳�,能夠在很大程度上提高網(wǎng)絡傳輸效��
根據(jù)交換機所應用的網(wǎng)絡層次,我們又可以將網(wǎng)絡交換機劃分為可分為企業(yè)級交換機、校園網(wǎng)交換機、部門級交換機和工作組交換�、桌機型交換機五種�
1、企�(yè)級交換機
企業(yè)級交換機屬于一類高端交換機,一般采用模塊化的結(jié)�(gòu),可作為企業(yè)�(wǎng)絡骨干構(gòu)建高速局域網(wǎng),所以它通常用于企業(yè)�(wǎng)絡的最頂層�
企業(yè)級交換機可以提供用戶化定制、優(yōu)先級隊列服務和網(wǎng)絡安全控�,并能很快適應數(shù)�(jù)增長和改變的需�,從而滿足用戶的需�。對于有更多需求的�(wǎng)�,企�(yè)級交換機不僅能傳送海量數(shù)�(jù)和控制信�,更具有硬件冗余和軟件可伸縮性特�,保證網(wǎng)絡的可靠運行。這種交換機從它所處的位置可以清楚地看出它自身的要求非同一�,起碼在帶寬、傳輸速率以背板容量上要比一般交換機要高出許�,所以企�(yè)級交換機一般都是千兆以上以太網(wǎng)交換�。企�(yè)級交換機所采用的端口一般都為光纖接口,這主要是為了保證交換機高的傳輸速率。那么什么樣的交換機可以稱之為企�(yè)級交換機呢?其實還沒有一個明確的標準,只是現(xiàn)在通常這么認為,如果是作為企業(yè)的骨干交換機�,能支持500個信息點以上大型企業(yè)應用的交換機為企�(yè)級交換機�
企業(yè)交換機還可以接入一個大底盤。這個底盤產(chǎn)品通常支持許多不同類型的組�,比如快速以太網(wǎng)和以大網(wǎng)中繼�、FDDI集中�、令牌環(huán)MAU和路由器。企�(yè)交換機在建設企業(yè)級別的網(wǎng)絡時非常有用,尤其是對需要支持一些網(wǎng)絡技術和以前的系�(tǒng)?;诘妆P設備通常有非常強大的管理特征,因此非常適合于企業(yè)�(wǎng)絡的�(huán)��
2、校園網(wǎng)交換�
校園�(wǎng)交換�,這種交換機應用相對較少,主要應用于較大型�(wǎng)�,且一般作為網(wǎng)絡的骨干交換�。這種交換機具有快速數(shù)�(jù)交換能力和全雙工能力,可提供容錯等智能特�,還支持擴充選項及第三層交換中的虛擬局域網(wǎng)(VLAN)等多種功能�
這種交換機通常用于分散的校園網(wǎng)而得�,其實它不一定要應用校園�(wǎng)絡中,只表示它主要應用于物理距離分散的較大型�(wǎng)絡中。因為校園網(wǎng)比較分散,傳輸距離比較長,所以在骨干�(wǎng)段上,這類交換機通常采用光纖或者同軸電纜作為傳輸介�(zhì),交換機當然也就需提供SC光纖口和BNC或者AUI同軸電纜接口�
3、部門級交換機
部門級交換機是面向部門級網(wǎng)絡使用的交換�。這類交換機可以是固定配置,也可以是模塊配�,一般除了常用的RJ�45雙絞線接口外,還帶有光纖接口。部門級交換機一般具有較為突出的智能型特點,支持基于端口的VLAN(虛擬局域網(wǎng)�,可實現(xiàn)端口管理,可任意采用全雙工或半雙工傳輸模式,可對流量進行控制,有�(wǎng)絡管理的功能,可通過PC機的串口或經(jīng)過網(wǎng)絡對交換機進行配置、監(jiān)控和測試。如果作為骨干交換機,則一般認為支�300個信息點以下中型企業(yè)的交換機為部門級交換機�
4、工作組交換�
工作組交換機是傳�(tǒng)集線器的理想替代�(chǎn)�,一般為固定配置,配有一定數(shù)目的10Base-T�100Base-TX以太�(wǎng)�。交換機按每一個包中的MAC地址相對簡單地決策信息轉(zhuǎn)�(fā),這種�(zhuǎn)�(fā)決策一般不考慮包中隱藏的更深的其他信息。與集線器不同的是交換機�(zhuǎn)�(fā)延遲很小,操作接近單個局域網(wǎng)性能,遠遠超過了普通橋接互�(lián)�(wǎng)絡之間的�(zhuǎn)�(fā)性能�
工作組交換機一般沒有網(wǎng)絡管理的功能,如果是作為骨干交換機則一般認為支�100個信息點以內(nèi)的交換機為工作組級交換機�
5、桌面型交換�
桌面型交換機,這是最常見的一種檔交換機,它區(qū)別于其他交換機的一個特點是支持的每端口MAC地址很少,通常端口�(shù)也較少(12口以�(nèi),但不是�,只具備最基本的交換機特性,當然價格也是��
這類交換機雖然在整個交換機中屬檔的,但是相比集線器來說它還是具有交換機的通用�(yōu)越�,況且有許多應用�(huán)境也只需這些基本的性能,所以它的應用還是相當廣泛的。它主要應用于小型企�(yè)或中型以上企�(yè)辦公桌面。在傳輸速度�,目前桌面型交換機大都提供多個具�10�100Mbps自適應能力的端口�
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