隨著時(shí)代的快速發(fā)展交換機(jī)也發(fā)生了一個(gè)質(zhì)的變化，下面咱們先來了解一下交換機(jī)發(fā)展的一些歷程。1993年，局域網(wǎng)交換設(shè)備出現(xiàn)，1994年，國(guó)內(nèi)掀起了交換網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的熱潮。其實(shí)，交換技術(shù)是一個(gè)具有簡(jiǎn)化、低價(jià)、高性能和高端口密集特點(diǎn)的交換產(chǎn)品，體現(xiàn)了橋接技術(shù)的復(fù)雜交換技術(shù)在OSI參考模型的第二層操作。與橋接器一樣，交換機(jī)按每一個(gè)包中的MAC地址相對(duì)簡(jiǎn)單地決策信息轉(zhuǎn)發(fā)。而這種轉(zhuǎn)發(fā)決策一般不考慮包中隱藏的更深的其他信息。與橋接器不同的是交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)延遲很小，操作接近單個(gè)局域網(wǎng)性能，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了普通橋接互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)之間的轉(zhuǎn)發(fā)性能。

交換技術(shù)允許共享型和專用型的局域網(wǎng)段進(jìn)行帶寬調(diào)整，以減輕局域網(wǎng)之間信息流通出現(xiàn)的瓶頸問題?，F(xiàn)在已有以太網(wǎng)、快速以太網(wǎng)、FDDI和ATM技術(shù)的交換產(chǎn)品。類似傳統(tǒng)的橋接器，交換機(jī)提供了許多網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)功能。交換機(jī)能經(jīng)濟(jì)地將網(wǎng)絡(luò)分成小的沖突網(wǎng)域，為每個(gè)工作站提供更高的帶寬。協(xié)議的透明性使得交換機(jī)在軟件配置簡(jiǎn)單的情況下直接安裝在多協(xié)議網(wǎng)絡(luò)中；交換機(jī)使用現(xiàn)有的電纜、中繼器、集線器和工作站的網(wǎng)卡，不必作高層的硬件升級(jí)；交換機(jī)對(duì)工作站是透明的，這樣管理開銷低廉，簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的增加、移動(dòng)和網(wǎng)絡(luò)變化的操作。

利用專門設(shè)計(jì)的集成電路可使交換機(jī)以線路速率在所有的端口并行轉(zhuǎn)發(fā)信息，提供了比傳統(tǒng)橋接器高得多的操作性能。如理論上單個(gè)以太網(wǎng)端口對(duì)含有64個(gè)八進(jìn)制數(shù)的數(shù)據(jù)包，可提供14880bps的傳輸速率。這意味著一臺(tái)具有12個(gè)端口、支持6道并行數(shù)據(jù)流的“線路速率”以太網(wǎng)交換器必須提供89280bps的總體吞吐率（6道信息流Ｘ14880bps／道信息流）。專用集成電路技術(shù)使得交換器在更多端口的情況下以上述性能運(yùn)行，其端口造價(jià)低于傳統(tǒng)型橋接器。

交換技術(shù)

1．端口交換

端口交換技術(shù)最早出現(xiàn)在插槽式的集線器中，這類集線器的背板通常劃分有多條以太網(wǎng)段（每條網(wǎng)段為一個(gè)廣播域），不用網(wǎng)橋或路由連接，網(wǎng)絡(luò)之間是互不相通的。以大主模塊插入后通常被分配到某個(gè)背板的網(wǎng)段上，端口交換用于將以太模塊的端口在背板的多個(gè)網(wǎng)段之間進(jìn)行分配、平衡。根據(jù)支持的程度，端口交換還可細(xì)分為：

·模塊交換：將整個(gè)模塊進(jìn)行網(wǎng)段遷移。

·端口組交換：通常模塊上的端口被劃分為若干組，每組端口允許進(jìn)行網(wǎng)段遷移。

·端口級(jí)交換：支持每個(gè)端口在不同網(wǎng)段之間進(jìn)行遷移。這種交換技術(shù)是基于OSI第一層上完成的，具有靈活性和負(fù)載平衡能力等優(yōu)點(diǎn)。如果配置得當(dāng)，那么還可以在一定程度進(jìn)行客錯(cuò)，但沒有改變共享傳輸介質(zhì)的特點(diǎn)，自而未能稱之為真正的交換。

2．幀交換

幀交換是目前應(yīng)用最廣的局域網(wǎng)交換技術(shù)，它通過對(duì)傳統(tǒng)傳輸媒介進(jìn)行微分段，提供并行傳送的機(jī)制，以減小沖突域，獲得高的帶寬。一般來講每個(gè)公司的產(chǎn)品的實(shí)現(xiàn)技術(shù)均會(huì)有差異，但對(duì)網(wǎng)絡(luò)幀的處理方式一般有以下幾種：

·直通交換：提供線速處理能力，交換機(jī)只讀出網(wǎng)絡(luò)幀的前14個(gè)字節(jié)，便將網(wǎng)絡(luò)幀傳送到相應(yīng)的端口上。

·存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)：通過對(duì)網(wǎng)絡(luò)幀的讀取進(jìn)行驗(yàn)錯(cuò)和控制。

前一種方法的交換速度非常快，但缺乏對(duì)網(wǎng)絡(luò)幀進(jìn)行更高級(jí)的控制，缺乏智能性和安全性，同時(shí)也無法支持具有不同速率的端口的交換。因此，各廠商把后一種技術(shù)作為重點(diǎn)。

有的廠商甚至對(duì)網(wǎng)絡(luò)幀進(jìn)行分解，將幀分解成固定大小的信元，該信元處理極易用硬件實(shí)現(xiàn)，處理速度快，同時(shí)能夠完成高級(jí)控制功能（如美國(guó)MADGE公司的LET集線器）如優(yōu)先級(jí)控制。

3．信元交換

ATM技術(shù)代表了網(wǎng)絡(luò)和通訊技術(shù)發(fā)展的未來方向，也是解決目前網(wǎng)絡(luò)通信中眾多難題的一劑“良藥”，ATM采用固定長(zhǎng)度53個(gè)字節(jié)的信元交換。由于長(zhǎng)度固定，因而便于用硬件實(shí)現(xiàn)。ATM采用專用的非差別連接，并行運(yùn)行，可以通過一個(gè)交換機(jī)同時(shí)建立多個(gè)節(jié)點(diǎn)，但并不會(huì)影響每個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的通信能力。ATM還容許在源節(jié)點(diǎn)和目標(biāo)、節(jié)點(diǎn)建立多個(gè)虛擬鏈接，以保障足夠的帶寬和容錯(cuò)能力。ATM采用了統(tǒng)計(jì)時(shí)分電路進(jìn)行復(fù)用，因而能大大提高通道的利用率。ATM的帶寬可以達(dá)到25M、155M、622M甚至數(shù)Gb的傳輸能力。

局域網(wǎng)交換機(jī)的種類和選擇

局域網(wǎng)交換機(jī)根據(jù)使用的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以分為：

·以大網(wǎng)交換機(jī)；

·令牌環(huán)交換機(jī)；

·FDDI交換機(jī)；

·ATM交換機(jī)；

·快速以太網(wǎng)交換機(jī)等。

如果按交換機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域來劃分，可分為：

·臺(tái)式交換機(jī)；

·工作組交換機(jī)；

·主干交換機(jī)；

·企業(yè)交換機(jī)；

·分段交換機(jī)；

·端口交換機(jī)；

·網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)等。

局域網(wǎng)交換機(jī)是組成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的核心設(shè)備。對(duì)用戶而言，局域網(wǎng)交換機(jī)最主要的指標(biāo)是端口的配置、數(shù)據(jù)交換能力、包交換速度等因素。因此，在選擇交換機(jī)時(shí)要注意以下事項(xiàng)：

（1）交換端口的數(shù)量；

（2）交換端口的類型；

（3）系統(tǒng)的擴(kuò)充能力；

（4）主干線連接手段；

（5）交換機(jī)總交換能力；

（6）是否需要路由選擇能力；

（7）是否需要熱切換能力；

（8）是否需要容錯(cuò)能力；

（9）能否與現(xiàn)有設(shè)備兼容，順利銜接；

（10）網(wǎng)絡(luò)管理能力。

交換機(jī)應(yīng)用中幾個(gè)值得注意的問題

1．交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的瓶頸問題

交換機(jī)本身的處理速度可以達(dá)到很高，用戶往往迷信廠商宣傳的Gbps級(jí)的高速背板。其實(shí)這是一種誤解，連接入網(wǎng)的工作站或服務(wù)器使用的網(wǎng)絡(luò)是以大網(wǎng)，它遵循CSMA／CD介質(zhì)訪問規(guī)則。在當(dāng)前的客戶／服務(wù)器模式的網(wǎng)絡(luò)中多臺(tái)工作站會(huì)同時(shí)訪問服務(wù)器，因此非常容易形成服務(wù)器瓶頸。有的廠商已經(jīng)考慮到這一點(diǎn)，在交換機(jī)中設(shè)計(jì)了一個(gè)或多個(gè)高速端口（如3COM的Linkswitch1000可以配置一個(gè)或兩個(gè)100Mbps端口），方便用戶連接服務(wù)器或高速主干網(wǎng)。用戶也可以通過設(shè)計(jì)多臺(tái)服務(wù)器（進(jìn)行業(yè)務(wù)劃分）或追加多個(gè)網(wǎng)卡來消除瓶頸。交換機(jī)還可支持生成樹算法，方便用戶架構(gòu)容錯(cuò)的冗余連接。

2．網(wǎng)絡(luò)中的廣播幀

目前廣泛使用的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)有Netware、Windows NT等，而Lan Server的服務(wù)器是通過發(fā)送網(wǎng)絡(luò)廣播幀來向客戶機(jī)提供服務(wù)的。這類局域網(wǎng)中廣播包的存在會(huì)大大降低交換機(jī)的效率，這時(shí)可以利用交換機(jī)的虛擬網(wǎng)功能（并非每種交換機(jī)都支持虛擬網(wǎng)）將廣播包限制在一定范圍內(nèi)。

每臺(tái)文交換機(jī)的端口都支持一定數(shù)目的MAC地址，這樣交換機(jī)能夠“記憶”住該端口一組連接站點(diǎn)的情況，廠商提供的定位不同的交換機(jī)端口支持MAC數(shù)也不一樣，用戶使用時(shí)一定要注意交換機(jī)端口的連接端點(diǎn)數(shù)。如果超過廠商給定的MAC數(shù)，交換機(jī)接收到一個(gè)網(wǎng)絡(luò)幀時(shí)，只有其目的站的MAC地址不存在于該交換機(jī)端口的MAC地址表中，那么該幀會(huì)以廣播方式發(fā)向交換機(jī)的每個(gè)端口。

3．虛擬網(wǎng)的劃分

虛擬網(wǎng)是交換機(jī)的重要功能，通常虛擬網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)形式有三種：

(1)靜態(tài)端口分配

靜態(tài)虛擬網(wǎng)的劃分通常是網(wǎng)管人員使用網(wǎng)管軟件或直接設(shè)置交換機(jī)的端口，使其直接從屬某個(gè)虛擬網(wǎng)。這些端口一直保持這些從屬性，除非網(wǎng)管人員重新設(shè)置。這種方法雖然比較麻煩，但比較安全，容易配置和維護(hù)。

（2）動(dòng)態(tài)虛擬網(wǎng)

支持動(dòng)態(tài)虛擬網(wǎng)的端口，可以借助智能管理軟件自動(dòng)確定它們的從屬。端口是通過借助網(wǎng)絡(luò)包的MAC地址、邏輯地址或協(xié)議類型來確定虛擬網(wǎng)的從屬。當(dāng)一網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)剛連接入網(wǎng)時(shí)，交換機(jī)端口還未分配，于是交換機(jī)通過讀取網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的MAC地址動(dòng)態(tài)地將該端口劃入某個(gè)虛擬網(wǎng)。這樣一旦網(wǎng)管人員配置好后，用戶的計(jì)算機(jī)可以靈活地改變交換機(jī)端口，而不會(huì)改變?cè)撚脩舻奶摂M網(wǎng)的從屬性，而且如果網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)未定義的MAC地址，則可以向網(wǎng)管人員報(bào)警。 （3）多虛擬網(wǎng)端口配置

該配置支持一用戶或一端口可以同時(shí)訪問多個(gè)虛擬網(wǎng)。這樣可以將一臺(tái)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器配置成多個(gè)業(yè)務(wù)部門（每種業(yè)務(wù)設(shè)置成一個(gè)虛擬網(wǎng)）都可同時(shí)訪問，也可以同時(shí)訪問多個(gè)虛擬網(wǎng)的資源，還可讓多個(gè)虛擬網(wǎng)間的連接只需一個(gè)路由端口即可完成。但這樣會(huì)帶來安全上的隱患。虛擬網(wǎng)的業(yè)界規(guī)范正在制定當(dāng)中，因而各個(gè)公司的產(chǎn)品還談不上互操作性。

4.高速局域網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用

快速以太網(wǎng)技術(shù)雖然在某些方面與傳統(tǒng)以大網(wǎng)保持了很好的兼容性，但100BASE-TX、 100BASAE-T4及100BASE-FX對(duì)傳輸距離和級(jí)連都有了比較大的限制。通過100Mbps的交換機(jī)可以打破這些局限。同時(shí)也只有交換機(jī)端口才可以支持雙工高速傳輸。

目前也出現(xiàn)了CDDI／FDDI的交換技術(shù)，另外該CDDI／FDDI的端口價(jià)格也呈下降趨勢(shì)，同時(shí)在傳輸距離和安全性方面也有比較大的優(yōu)勢(shì)，因此它是大型網(wǎng)絡(luò)骨干的一種比較好的選擇。

局域網(wǎng)交換機(jī)基礎(chǔ)

對(duì)于小企業(yè)來說，從價(jià)格角度上看，集線器具有價(jià)格便宜的優(yōu)勢(shì)，但隨著網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用不斷豐富，局域網(wǎng)不但需要支持越來越多的用戶，而且要支持網(wǎng)絡(luò)日漸復(fù)雜的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在這種形勢(shì)下，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和系統(tǒng)集成變得越來越復(fù)雜，因此交換機(jī)就成為備受關(guān)注的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品。

對(duì)于一個(gè)較大的網(wǎng)絡(luò)來說，不但要考慮兼容性、可擴(kuò)展性，而且要考慮主干與骨干之間的帶寬平衡以及不同的網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)在不同的傳輸距離上的穩(wěn)定性，使得主干與骨干的連接既能滿足帶寬需要又能滿足不同的傳輸距離。而用戶在考慮以上多種因素的同時(shí)又不得不考慮可承受的價(jià)格范圍。那么，究竟交換機(jī)與集線器的區(qū)別在哪兒？

交換機(jī)與集線器的區(qū)別從大的方面來看可以分為以下三點(diǎn)，從中不難看出我們?yōu)槭裁匆x擇交換機(jī)：

1、從OSI體系結(jié)構(gòu)來看，集線器屬于OSI的第一層物理層設(shè)備，而交換機(jī)屬于OSI的第二層數(shù)據(jù)鏈路層設(shè)備。也就意味著集線器只是對(duì)數(shù)據(jù)的傳輸起到同步、放大和整形的作用，對(duì)數(shù)據(jù)傳輸中的短幀、碎片等無法進(jìn)行有效的處理，不能保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾院驼_性；而交換機(jī)不但可以對(duì)數(shù)據(jù)的傳輸做到同步、放大和整形，而且可以過濾短幀、碎片等。

2、從工作方式來看，集線器是一種廣播模式，也就是說集線器的某個(gè)端口工作的時(shí)候，其他所有端口都能夠收聽到信息，容易產(chǎn)生廣播風(fēng)暴，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)較大時(shí)網(wǎng)絡(luò)性能會(huì)受到很大的影響，那么用什么方法去避免這種現(xiàn)象呢？交換機(jī)就能夠起到這種作用!當(dāng)交換機(jī)工作的時(shí)候，只有發(fā)出請(qǐng)求的端口和目的端口之間相互響應(yīng)而不影響其他端口，因此交換機(jī)就能夠隔離沖突域和有效的抑制廣播風(fēng)暴的產(chǎn)生。

3、從帶寬來看，集線器不管有多少個(gè)端口，所有端口都是共享一條帶寬，在同一時(shí)刻只能有二個(gè)端口傳送數(shù)據(jù)，其他端口只能等待，同時(shí)集線器只能工作在半雙工模式下；而對(duì)于交換機(jī)而言，每個(gè)端口都有一條獨(dú)占的帶寬，當(dāng)二個(gè)端口工作時(shí)并不影響其他端口的工作，同時(shí)交換機(jī)不但可以工作在半雙工模式下而且可以工作在全雙工模式下。

網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備

如果說由于微型計(jì)算機(jī)的普及，導(dǎo)致了若干臺(tái)微機(jī)相互連接，從而產(chǎn)生了局域網(wǎng)的話，那么由于網(wǎng)絡(luò)的普遍應(yīng)用，為了滿足在更大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)相互通信和資源共享，因而，導(dǎo)致了網(wǎng)絡(luò)之間的互聯(lián)。本節(jié)將介紹一般網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的硬件設(shè)備。

網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)時(shí)，必須解決如下問題：在物理上如何把兩種網(wǎng)絡(luò)連接起來。一種網(wǎng)絡(luò)如何與另一種網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)互訪與通信，如何解決它們之間協(xié)議方面的差別，如何處理速率與帶寬的差別，解決這些問題，協(xié)調(diào)，轉(zhuǎn)換機(jī)制的部件就是中繼器，網(wǎng)橋，路由器和網(wǎng)關(guān)等。

用硬件的方法解決網(wǎng)絡(luò)之間的差異：

l.中繼器：

傳輸介質(zhì)超過了網(wǎng)段長(zhǎng)度后，可用中繼器延伸網(wǎng)絡(luò)的距離，對(duì)弱信號(hào)予以再生放大，IEEE802標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定最多允許四個(gè)中繼器接五個(gè)網(wǎng)段。中繼器工作在物理層，不提供網(wǎng)段隔離功能。

2．特殊的中繼器：

集線器與交換器(多端口中繼器)：

(1)集線器：

是一種以星型拓并結(jié)構(gòu)將通信線路集中在一起的設(shè)備，相當(dāng)于總線，工作在物理層，是局域網(wǎng)中應(yīng)用最廣的連接設(shè)備，按配置形式分為獨(dú)立型hub，模塊化hub和堆疊式hub三種。智能型hub改進(jìn)了一般hub的缺點(diǎn)，增加了橋接能力，可濾掉不屬于自己網(wǎng)段的幀，增大網(wǎng)段的頻寬，且具有網(wǎng)管能力和自動(dòng)檢測(cè)端口所連接的PC網(wǎng)卡速度的能力。

(2)交換器(switch)：

交換式以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包的目的地址將以太包從原端口送至目的端，向不同 的目的端口發(fā)送以太包時(shí)，就可以同時(shí)傳送這些以太包，達(dá)到提高網(wǎng)絡(luò)實(shí)際吞吐量的效果。交換器可以同時(shí)建立多個(gè)傳輸路徑，所以在應(yīng)用聯(lián)結(jié)多臺(tái)服務(wù)器的網(wǎng)段上可以收到明顯的效果。主要用于聯(lián)hub，server或分散式主干網(wǎng)。

按采用技術(shù)對(duì)交換器進(jìn)行分類：

直通交換．(cut—through)：一旦收到信息包中的目標(biāo)地址，在收到全幀之前便開始轉(zhuǎn)發(fā)。適用于同速率端口和碰撞誤碼率低的環(huán)境。

存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)：(store—and—forward)：確認(rèn)收到的幀，過濾處理壞幀。適用于不同速率端口和碰撞，誤碼串高的環(huán)境。

應(yīng)用注意：

(1)選10／100M適應(yīng)交換機(jī)。

(2)選兩種以上技術(shù)的交換機(jī)。

3、網(wǎng)橋：

(1)過濾和轉(zhuǎn)發(fā)。

(2)學(xué)習(xí)功能。

(3)連接不同的傳輸介質(zhì)，無路徑選擇能力。

4、路由器：在多個(gè)網(wǎng)絡(luò)和介質(zhì)之間實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的一種設(shè)備，是一種比網(wǎng)橋更復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備。

(1)分組轉(zhuǎn)發(fā)，提供最佳路徑，將不同硬件技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)起來。必要時(shí)進(jìn)行分組格式和分組長(zhǎng)度的轉(zhuǎn)換。

(2)提供隔離，劃分子網(wǎng)，路由器的每一端口都是一個(gè)單獨(dú)的子網(wǎng)。

(3)提供經(jīng)濟(jì)合理的WAN接入。

(4)支持備用網(wǎng)絡(luò)路徑，支持網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，交換機(jī)，網(wǎng)橋要求，無環(huán)路拓?fù)??；ヂ?lián)各種局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)。適用于大型交換網(wǎng)絡(luò)。

可以認(rèn)為使用Route后，形形色色的通信子網(wǎng)融為一體，形成了一個(gè)更大范圍的網(wǎng)絡(luò)，從宏觀的角度出發(fā),可以認(rèn)為通信子網(wǎng)實(shí)際上是由路由器組成的網(wǎng)絡(luò)，路由器之間的通信則通過各種通信子網(wǎng)的通信能力予以實(shí)現(xiàn)。

5．網(wǎng)關(guān)：用來互聯(lián)完全不同的網(wǎng)絡(luò)。

交換機(jī)主要功能：把一種協(xié)議變成另一種協(xié)議，把一種數(shù)據(jù)格式變成另一種數(shù)據(jù)格式，把一種速率變成另一種速率，以求兩者的統(tǒng)一。提供中轉(zhuǎn)中間接口。在Internet中，網(wǎng)關(guān)是一臺(tái)計(jì)算機(jī)設(shè)備，它能根據(jù)用戶通信用的計(jì)算機(jī)的IP地址，界定是否將用戶發(fā)出的信息送出本地網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)，它還將外界發(fā)送給本地網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)的信息接收。

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