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交換�(jī)
閱讀�16999�(shí)間:2010-11-19 16:08:58

  交換�(jī)的英文名稱為“Switch”,它是�(wǎng)�(luò)節(jié)�(diǎn)上話�(wù)承載裝置、交換級(jí)、控制和信令�(shè)備以及其他功能單元的集合體。交換機(jī)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�(gè)用戶的請(qǐng)求連接起來(lái)� 它是集線�的升�(jí)換代�(chǎn)�,從外觀上來(lái)�,它與集線器基本上沒(méi)有多大區(qū)�,都是帶有多�(gè)端口的長(zhǎng)方體。交換機(jī)是按照通信兩端傳輸信息的需�,用人工或設(shè)備自�(dòng)完成的方法把要傳�?shù)男畔⑺偷椒弦蟮南鄳?yīng)路由上的技�(shù)�(tǒng)稱�

概述

  交換”和“交換機(jī)”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�(shí)??吹接腥嗽陔娫挋C(jī)旁狂搖幾下(注意不是撥號(hào)),然后就說(shuō):給我接X(jué)XX,話�(wù)員接到要求后就會(huì)把相�(yīng)端線頭插在要接的端子上,即可通話。其�(shí)這就是最原始的電話交換機(jī)系統(tǒng),只不過(guò)它是一種人工電話交換系�(tǒng),不是自�(dòng)�,也不是我們所指的�(jì)算機(jī)交換�(jī),但是今天的交換�(jī)也就是在這�(gè)電話交換�(jī)技�(shù)上發(fā)展而來(lái)��

  交換�(jī)的主要功能包括物理編址、網(wǎng)�(luò)�?fù)浣Y(jié)�(gòu)、錯(cuò)誤校�(yàn)、幀序列以及流量控制。目前一些交換機(jī)還具備了一些新的功�,如�(duì)VLAN(虛擬局域網(wǎng))的支持、對(duì)鏈路匯聚的支�,甚至有的還具有路由和防火墻的功��

  交換�(jī)擁有一條很高帶寬的背部總線和內(nèi)部交換矩�。交換機(jī)的所有的端口都掛接在這條背部總線�??刂齐娐肥盏�?shù)�(jù)包以后,處理端口�(huì)查找�(nèi)存中的MAC地址(網(wǎng)卡的硬件地址)對(duì)照表以確定目的MAC的NIC(網(wǎng)卡)掛接在哪�(gè)端口�,通過(guò)�(nèi)部交換矩陣直接將�(shù)�(jù)迅速包傳送到目的節(jié)�(diǎn),而不是所有節(jié)�(diǎn),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高,不會(huì)浪費(fèi)�(wǎng)�(luò)資源,只是對(duì)目的地址�(fā)送數(shù)�(jù),一般來(lái)�(shuō)不易�(chǎn)生網(wǎng)�(luò)堵塞;另一�(gè)方面�(shù)�(jù)傳輸安全,因?yàn)樗皇菍?duì)所有節(jié)�(diǎn)都同�(shí)�(fā)�,發(fā)送數(shù)�(jù)�(shí)其它節(jié)�(diǎn)很難偵聽(tīng)到所�(fā)送的信息。這也是交換機(jī)為什么會(huì)很快取代集線器的重要原因之一�

  交換�(jī)與集線器的區(qū)別主要體�(xiàn)在如下幾�(gè)方面�

 ?�?)在OSI/RM(OSI參考模型)中的工作層次不同

  交換�(jī)和集線器在OSI/RM�(kāi)放體系模型中�(duì)�(yīng)的層次就不一樣,集線器是同時(shí)工作在層(物理層)和第二層(�(shù)�(jù)鏈路層),而交換機(jī)至少是工作在第二層,更的交換�(jī)可以工作在第三層(網(wǎng)�(luò)層)和第四層(傳輸層��

 ?�?)交換機(jī)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(jī)的數(shù)�(jù)傳輸是有目的的,�(shù)�(jù)只對(duì)目的節(jié)�(diǎn)�(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)送,然后�?yàn)榻粨Q�(jī)具有MAC地址�(xué)�(xí)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�(huì)出現(xiàn)廣播�(fēng)�,在安全性方面也不會(huì)出現(xiàn)其它節(jié)�(diǎn)偵聽(tīng)的現(xiàn)��

 ?�?)帶寬占用方式不�

  在帶寬占用方�,集線器所有端口是共享集線器的總帶寬,而交換機(jī)的每�(gè)端口都具有自己的帶寬,這樣就交換機(jī)�(shí)際上每�(gè)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(jī)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�(jìn)行傳�?shù)?,因?yàn)榧€器是共享傳輸介�(zhì)�,這樣在上行通道上集線器一次只能傳輸一�(gè)任務(wù),要么是接收�(shù)�(jù),要么是�(fā)送數(shù)�(jù)。而交換機(jī)則不一�,它是采用全雙工方式�(lái)傳輸�(shù)�(jù)�,因此在同一�(shí)刻可以同�(shí)�(jìn)行數(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�(gè)系統(tǒng)的吞吐量方面交換�(jī)比集線器至少要快一倍以上,�?yàn)樗梢越邮蘸桶l(fā)送同�(shí)�(jìn)�,實(shí)際上還遠(yuǎn)不止一倍,�?yàn)槎丝趲捯话�?lái)�(shuō)交換�(jī)比集線器也要寬許多��

  總之,交換機(jī)是一種基于MAC地址�(shí)�,能完成封裝�(zhuǎn)�(fā)�(shù)�(jù)包功能的�(wǎng)�(luò)�(shè)�。目�,主流的交換�(jī)廠商以國(guó)外的CISCO(思科)�3COM、安奈特為代表,�(guó)�(nèi)主要有華�、D-LINK等�

局域網(wǎng)交換機(jī)工作模型

  局域網(wǎng)交換�(jī)工作模型

分類

  交換�(jī)的分類標(biāo)�(zhǔn)多種多樣,常�(jiàn)的有以下幾種�

  (一)根�(jù)�(wǎng)�(luò)覆蓋范圍�

  局域網(wǎng)交換�(jī)和廣域網(wǎng)交換�(jī)�

 ?。ǘ└鶕?jù)傳輸介質(zhì)和傳輸速度劃分

  以太�(wǎng)交換�(jī)、快速以太網(wǎng)交換�(jī)、千兆以太網(wǎng)交換�(jī)�10千兆以太�(wǎng)交換�(jī)、ATM交換�(jī)、FDDI交換�(jī)和令牌環(huán)交換�(jī)�

 ?。ㄈ└�?jù)交換�(jī)�(yīng)用網(wǎng)�(luò)層次劃分

  企業(yè)�(jí)交換�(jī)、校園網(wǎng)交換�(jī)、部門�(jí)交換�(jī)和工作組交換�(jī)、桌�(jī)型交換機(jī)�

 ?。ㄋ模└�?jù)交換�(jī)端口�(jié)�(gòu)劃分

  固定端口交換�(jī)和模塊化交換�(jī)�

 ?。ㄎ澹└�?jù)工作�(xié)議層劃分

  第二層交換機(jī)、第三層交換�(jī)和第四層交換�(jī)�

 ?。└�?jù)是否支持�(wǎng)管功能劃�

  �(wǎng)管型交換�(jī)和非�(wǎng)管理型交換機(jī)�

�(chǎn)品規(guī)�


交換方式

  目前交換�(jī)在傳送源和目的端口的�(shù)�(jù)包時(shí)通常采用直通式交換、存�(chǔ)�(zhuǎn)�(fā)式和碎片隔離方式三種�(shù)�(jù)包交換方式。目前的存儲(chǔ)�(zhuǎn)�(fā)式是交換�(jī)的主流交換方��

  1、直通交換方式(Cut-through�

  采用直通交換方式的以太�(wǎng)交換�(jī)可以理解為在各端口間是縱橫交叉的線路矩陣電話交換�(jī)。它在輸入端口檢�(cè)到一�(gè)�(shù)�(jù)包時(shí),檢查該包的包頭,獲取包的目的地址,啟�(dòng)�(nèi)部的�(dòng)�(tài)查找表轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的輸出端口,在輸入與輸出交叉處接�,把�(shù)�(jù)包直通到相應(yīng)的端�,實(shí)�(xiàn)交換功能。由于它只檢查數(shù)�(jù)包的包頭(通常只檢�14�(gè)字節(jié)),不需要存�(chǔ),所以切入方式具有延遲小,交換速度快的�(yōu)�(diǎn)。所謂延遲(Latency)是指數(shù)�(jù)包�(jìn)入一�(gè)�(wǎng)�(luò)�(shè)備到離開(kāi)該設(shè)備所花的�(shí)間�

  它的缺點(diǎn)主要有三�(gè)方面:一是因?yàn)�?shù)�(jù)包內(nèi)容并�(méi)有被以太�(wǎng)交換�(jī)保存下來(lái),所以無(wú)法檢查所傳送的�(shù)�(jù)包是否有�,不能提供錯(cuò)誤檢�(cè)能力;第�,由于沒(méi)有緩�,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)�(luò)�,如提供快速以太網(wǎng)�100BASE-T)、FDDI或ATM連接,就不能�(jiǎn)單地將輸入/輸出端口“接通�,因?yàn)檩斎耄敵龆丝陂g有速度上的差異,必須提供緩�;第�,當(dāng)以太�(wǎng)交換�(jī)的端口增加時(shí),交換矩陣變得越�(lái)越復(fù)�,實(shí)�(xiàn)起來(lái)就越困難�

  2、存�(chǔ)�(zhuǎn)�(fā)方式(Store-and-Forward�

  存儲(chǔ)�(zhuǎn)�(fā)(Store and Forward)是�(jì)算機(jī)�(wǎng)�(luò)�(lǐng)域使用得最為廣泛的技�(shù)之一,以太網(wǎng)交換�(jī)的控制器先將輸入端口到來(lái)的數(shù)�(jù)包緩存起�(lái),先檢查�(shù)�(jù)包是否正�,并�(guò)濾掉沖突包錯(cuò)誤。確定包正確�,取出目的地址,通過(guò)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�(chǔ)�(zhuǎn)�(fā)方式在數(shù)�(jù)處理�(shí)延時(shí)大,這是它的不足,但是它可以�(duì)�(jìn)入交換機(jī)的數(shù)�(jù)包�(jìn)行錯(cuò)誤檢�(cè),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)�(luò)性能。它的另一�(yōu)�(diǎn)就是這種交換方式支持不同速度端口間的�(zhuǎn)�,保持高速端口和低速端口間�(xié)同工作。實(shí)�(xiàn)的辦法是�10Mbps低速包存儲(chǔ)起來(lái),再通過(guò)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�(chǔ)�(zhuǎn)�(fā)式之間的一種解決方�。它在轉(zhuǎn)�(fā)前先檢查�(shù)�(jù)包的�(zhǎng)度是否夠64�(gè)字節(jié)�512 bit�,如果小�64字節(jié),說(shuō)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�(chǔ)�(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�(yīng)用于低檔交換�(jī)��

  使用這類交換技�(shù)的交換機(jī)一般是使用了一種特殊的緩存。這種緩存是一種先�(jìn)先出的FIFO(First In First Out),比特從一端�(jìn)入然后再以同樣的順序從另一端出�(lái)。當(dāng)幀被接收時(shí),它被保存在FIFO中。如果幀以小�512比特的長(zhǎng)度結(jié)�,那么FIFO中的�(nèi)容(殘幀)就�(huì)被丟棄。因�,不存在普通直通轉(zhuǎn)�(fā)交換�(jī)存在的殘幀�(zhuǎn)�(fā)�(wèn)題,是一�(gè)非常好的解決方案。數(shù)�(jù)包在�(zhuǎn)�(fā)之前將被緩存保存下來(lái),從而確保碰撞碎片不通過(guò)�(wǎng)�(luò)傳播,能夠在很大程度上提高網(wǎng)�(luò)傳輸效率�

�(yīng)用類�

  根據(jù)交換�(jī)所�(yīng)用的�(wǎng)�(luò)層次,我們又可以將網(wǎng)�(luò)交換�(jī)劃分為可分為企業(yè)�(jí)交換�(jī)、校園網(wǎng)交換�(jī)、部門�(jí)交換�(jī)和工作組交換�(jī)、桌�(jī)型交換機(jī)五種�

  1、企�(yè)�(jí)交換�(jī)

  企業(yè)�(jí)交換�(jī)屬于一類高端交換機(jī),一般采用模塊化的結(jié)�(gòu),可作為企業(yè)�(wǎng)�(luò)骨干�(gòu)建高速局域網(wǎng),所以它通常用于企業(yè)�(wǎng)�(luò)的最頂層�

  企業(yè)�(jí)交換�(jī)可以提供用戶化定�、優(yōu)先級(jí)�(duì)列服�(wù)和網(wǎng)�(luò)安全控制,并能很快適�(yīng)�(shù)�(jù)增長(zhǎng)和改變的需�,從而滿足用戶的需求。對(duì)于有更多需求的�(wǎng)�(luò),企�(yè)�(jí)交換�(jī)不僅能傳送海量數(shù)�(jù)和控制信息,更具有硬件冗余和軟件可伸縮性特�(diǎn),保證網(wǎng)�(luò)的可靠運(yùn)行。這種交換�(jī)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(jī)要高出許多,所以企�(yè)�(jí)交換�(jī)一般都是千兆以上以太網(wǎng)交換�(jī)。企�(yè)�(jí)交換�(jī)所采用的端口一般都為光纖接口,這主要是為了保證交換�(jī)高的傳輸速率。那么什么樣的交換機(jī)可以稱之為企�(yè)�(jí)交換�(jī)�?其�(shí)還沒(méi)有一�(gè)明確的標(biāo)�(zhǔn),只是現(xiàn)在通常這么�(rèn)�,如果是作為企業(yè)的骨干交換機(jī)�(shí),能支持500�(gè)信息�(diǎn)以上大型企業(yè)�(yīng)用的交換�(jī)為企�(yè)�(jí)交換�(jī)�

  企業(yè)交換�(jī)還可以接入一�(gè)大底盤。這�(gè)底盤�(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集中器、令牌環(huán)MAU和路由器。企�(yè)交換�(jī)在建�(shè)企業(yè)�(jí)別的�(wǎng)�(luò)�(shí)非常有用,尤其是�(duì)需要支持一些網(wǎng)�(luò)技�(shù)和以前的系統(tǒng)?;诘妆P�(shè)備通常有非常強(qiáng)大的管理特征,因此非常適合于企業(yè)�(wǎng)�(luò)的環(huán)��

  2、校園網(wǎng)交換�(jī)

  校園�(wǎng)交換�(jī),這種交換�(jī)�(yīng)用相�(duì)較少,主要應(yīng)用于較大型網(wǎng)�(luò),且一般作為網(wǎng)�(luò)的骨干交換機(jī)。這種交換�(jī)具有快速數(shù)�(jù)交換能力和全雙工能力,可提供容錯(cuò)等智能特性,還支�?jǐn)U充選�(xiàng)及第三層交換中的虛擬局域網(wǎng)(VLAN)等多種功能�

  這種交換�(jī)通常用于分散的校園網(wǎng)而得�,其�(shí)它不一定要�(yīng)用校園網(wǎng)�(luò)中,只表示它主要�(yīng)用于物理距離分散的較大型�(wǎng)�(luò)�。因?yàn)樾@�(wǎng)比較分散,傳輸距離比較長(zhǎng),所以在骨干�(wǎng)段上,這類交換�(jī)通常采用光纖或者同軸電纜作為傳輸介�(zhì),交換機(jī)�(dāng)然也就需提供SC光纖口和BNC或者AUI同軸電纜接口�

  3、部門�(jí)交換�(jī)

  部門�(jí)交換�(jī)是面向部門�(jí)�(wǎng)�(luò)使用的交換機(jī)。這類交換�(jī)可以是固定配置,也可以是模塊配置,一般除了常用的RJ�45雙絞線接口外,還帶有光纖接口。部門�(jí)交換�(jī)一般具有較為突出的智能型特�(diǎn),支持基于端口的VLAN(虛擬局域網(wǎng)),可實(shí)�(xiàn)端口管理,可任意采用全雙工或半雙工傳輸模�,可�(duì)流量�(jìn)行控�,有�(wǎng)�(luò)管理的功能,可通過(guò)PC�(jī)的串口或�(jīng)�(guò)�(wǎng)�(luò)�(duì)交換�(jī)�(jìn)行配�、監(jiān)控和�(cè)�。如果作為骨干交換機(jī),則一般認(rèn)為支�300�(gè)信息�(diǎn)以下中型企業(yè)的交換機(jī)為部門�(jí)交換�(jī)�

  4、工作組交換�(jī)

  工作組交換機(jī)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(jī)按每一�(gè)包中的MAC地址相對(duì)�(jiǎn)單地決策信息�(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(jī)�(zhuǎn)�(fā)延遲很小,操作接近單�(gè)局域網(wǎng)性能,遠(yuǎn)�(yuǎn)超過(guò)了普通橋接互�(lián)�(wǎng)�(luò)之間的轉(zhuǎn)�(fā)性能�

  工作組交換機(jī)一般沒(méi)有網(wǎng)�(luò)管理的功�,如果是作為骨干交換�(jī)則一般認(rèn)為支�100�(gè)信息�(diǎn)以內(nèi)的交換機(jī)為工作組�(jí)交換�(jī)�

  5、桌面型交換�(jī)

  桌面型交換機(jī),這是最常見(jiàn)的一種檔交換�(jī),它區(qū)別于其他交換�(jī)的一�(gè)特點(diǎn)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(jī)特�,當(dāng)然價(jià)格也是的�

  這類交換�(jī)雖然在整�(gè)交換�(jī)中屬檔的,但是相比集線器�(lái)�(shuō)它還是具有交換機(jī)的通用�(yōu)越�,況且有許多�(yīng)用環(huán)境也只需這些基本的性能,所以它的應(yīng)用還是相�(dāng)廣泛�。它主要�(yīng)用于小型企業(yè)或中型以上企�(yè)辦公桌面。在傳輸速度�,目前桌面型交換�(jī)大都提供多�(gè)具有10�100Mbps自適�(yīng)能力的端��

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