交換機(jī)基礎(chǔ)

1、交換機(jī)的作用

局域網(wǎng)交換機(jī)工作在數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層，是一種基于MAC地址識別來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)發(fā)功能的一種網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備。 它根據(jù)進(jìn)入端口數(shù)據(jù)幀中的MAC地址，過濾、轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀。交換機(jī)擁有許多端口，每個(gè)端口都有自己的專用帶寬，并且可以連接不同的網(wǎng)段。交換機(jī)各個(gè)端口之間的通信是同時(shí)的、并行的，這就大大提高了信息吞吐量。為了進(jìn)一步提高性能，每個(gè)端口還可以只連接一一個(gè)設(shè)備。為了實(shí)現(xiàn)交換機(jī)之間的互連或與高檔服務(wù)器的連接，局域網(wǎng)交換機(jī)般擁有一個(gè)或幾個(gè)高速端口，如100 Mb/s以太網(wǎng)端口、FDDI端口或155 Mb/s ATM端口，從而保證整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的傳輸性能。

通過集線器共享局域網(wǎng)的用戶不僅是共享帶寬，而且是競爭帶寬?？赡苡捎趥€(gè)別用戶需要更多的帶寬而導(dǎo)致其他用戶的可用帶寬相對減少，甚至被迫等待，因而也就耽誤了通信和信息處理。利用交換機(jī)的網(wǎng)絡(luò)微分段技術(shù)，可以將一個(gè)大型的共享式局域網(wǎng)的用戶分成許多獨(dú)立的網(wǎng)段，減少競爭帶寬的用戶數(shù)量，增加每個(gè)用戶的可用帶寬，從而緩解共享網(wǎng)絡(luò)的擁擠狀況。由于交換機(jī)可以將信息迅速而直接地送到目的地，能大大提高速度和帶寬，能保護(hù)用戶以前在介質(zhì)方面的投資，并能提供良好的可擴(kuò)展性，因此它不但是網(wǎng)橋的理想替代物，而且是集線器的理想替代物。

2、局域網(wǎng)交換機(jī)的主要功能如下。

●建立 與維護(hù)交換表。局域網(wǎng)交換機(jī)的交換表表示MAC地址與交換機(jī)端口所對應(yīng)的關(guān)系。當(dāng)局域網(wǎng)交換機(jī)接收到數(shù)據(jù)幀時(shí)，通過數(shù)據(jù)幀中的目的MAC地址，查詢交換表，找到對應(yīng)的目的交換機(jī)端口.

建立虛連接。局城網(wǎng)交換機(jī)根據(jù)已知的源交換機(jī)端口(發(fā)送節(jié)點(diǎn)所在的交換機(jī)端口)和通過查詢得到的目的交換機(jī)端口(目的節(jié)點(diǎn)所在的交換機(jī)端口)，在兩個(gè)交換機(jī)端口之間建立起虛連接。

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。局域網(wǎng)交換機(jī)在已經(jīng)建立好的專用虛通道上完成數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)幀過濾、幀傳輸控制與虛擬網(wǎng)等功能。

3、交換機(jī)的分類

交換機(jī)有多種分類方法，具體如下。

(1)按交換方式劃分:分為存儲轉(zhuǎn)發(fā)式交換、直通式交換和碎片過濾式交換。

(2)根據(jù)交換的協(xié)議層劃分:分為工作在數(shù)據(jù)鏈路層的第二層交換機(jī)、工作在網(wǎng)絡(luò)層的第三層交換機(jī)、工作在傳輸層的第四層交換機(jī)和多層交換機(jī)。

(3)根據(jù)交換機(jī)結(jié)構(gòu)劃分:分為固定端口交換機(jī)和模塊化交換機(jī)。

(4)根據(jù)配置方式劃分:分為堆疊型交換機(jī)和非堆疊型交換機(jī)。

（5) 根據(jù)管理類型劃分:分為網(wǎng)管型交換機(jī)、非網(wǎng)管型交換機(jī)和智能型交換機(jī)(根據(jù)適用范圍劃分:分為接入層層交換機(jī)、匯聚層交換機(jī)和核心層交換機(jī)。

4、交換機(jī)的性能指標(biāo)

交換機(jī)的性生能指標(biāo)如下。

(1)端口類型:雙絞線端口、光纖端口、GBIC 端口、SFP端口。

(2)傳輸模式:半雙工、全雙工、全雙工/半雙工自適應(yīng)。

(3)包轉(zhuǎn)發(fā)率:以單位時(shí)間內(nèi)發(fā)送64字節(jié)數(shù)據(jù)包的個(gè)數(shù)作為計(jì)算基準(zhǔn)。(4)背板帶寬:總帶寬=端口數(shù)x端口速率x2(全雙工模式)。

(5) MAC地址數(shù):交換機(jī)的MAC地址表中可以存儲的MAC地址數(shù)量。

(6) VLAN表項(xiàng):最大VLAN數(shù)量反映了一臺交換機(jī)所能支持的最大VLAN數(shù)目，(7)機(jī)架插槽數(shù):機(jī)架式交換機(jī)所能安插的最大模塊數(shù)。

5、交換機(jī)的工作方式

交換機(jī)的工作方式包括靜態(tài)交換和動態(tài)交換兩種。目前，交換機(jī)最常采用的交換方式是動態(tài)交換方式。動態(tài)交換模式主要有:存儲轉(zhuǎn)發(fā)、碎片丟棄和快速轉(zhuǎn)發(fā)3種模式。1.存儲轉(zhuǎn)發(fā)

所有常規(guī)網(wǎng)橋都使用存儲轉(zhuǎn)發(fā)方法。它們在將數(shù)據(jù)幀發(fā)往其他端口之前，要把收到的幀完全存儲在內(nèi)部的存儲器中，對其檢驗(yàn)后再發(fā)往其他端口，這樣其延時(shí)就等于接收一個(gè)完整的數(shù)據(jù)幀的時(shí)間及處理時(shí)間的總和。如果級聯(lián)很長時(shí)，會導(dǎo)致嚴(yán)重的性能問題，但這種方法可以過濾掉錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)幀。

2.碎片丟棄

碎片丟棄交換模式也被稱為自由分段模式或碎片隔離交換模式。交換機(jī)接收到數(shù)據(jù)幀后，先檢測該數(shù)據(jù)幀是不是沖突碎片，如果不是沖突碎片，也不保存整個(gè)數(shù)據(jù)幀，而是在接收了它的目的地址就直接進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)操作:如果該數(shù)據(jù)幀是沖突碎片，則直接將其丟棄。3.快速轉(zhuǎn)發(fā)

快速轉(zhuǎn)發(fā)只檢驗(yàn)數(shù)據(jù)幀的目標(biāo)地址，這使得數(shù)據(jù)幀幾乎馬上就可以傳出去，從而大大降低延時(shí)。其缺點(diǎn)是:錯(cuò)誤幀也會被傳出去。在錯(cuò)誤幀的概率較小的情況下，可以采用切入法以提高傳輸速度;而在錯(cuò)誤幀的概率較大的情況下，則可以采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)法以減少錯(cuò)誤幀的重傳。

6、交換機(jī)的工作原理

交換機(jī)(二層交換)的工作原理和網(wǎng)橋-樣， 是工作在鏈路層的聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，它的各個(gè)端口都具有橋接功能，每個(gè)端口可以連接一個(gè) LAN或一臺高性能網(wǎng)站或服務(wù)器， 能夠通過自學(xué)習(xí)來了解每個(gè)端口的設(shè)備的連接情況。所有端口由專用處理器進(jìn)行控制，并經(jīng)過控制管理總線轉(zhuǎn)發(fā)信息。

例如:節(jié)點(diǎn)A向節(jié)點(diǎn)B發(fā)送信息，局域網(wǎng)交換機(jī)收到A節(jié)點(diǎn)發(fā)出的數(shù)據(jù)幀后，根據(jù)幀中的目的MAC地址，查詢交換表得到目的端口號，即節(jié)點(diǎn)B所在的端口號。如果A節(jié)點(diǎn)

與B節(jié)點(diǎn)處于交換機(jī)的同一個(gè)端口上，交換機(jī)得到源嘴口號與目的第口號相間，期由于某若節(jié)點(diǎn)B的MAC地址不在交換表中，則交換機(jī)向A節(jié)點(diǎn)開處場政的從用團(tuán)的園，個(gè)廣播物，當(dāng)節(jié)點(diǎn)B接收到播械后會立即做出應(yīng)容，從而交換機(jī)相到營莊有雞關(guān)樂的交換機(jī)端口的信息，井將所得到的信息添加到交換表中。然后，再建立座連接進(jìn)行數(shù)期幀的交換操作。

7、交換表

交換表是交換機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)幀交換的基礎(chǔ)。交換表的內(nèi)容包括:目的MAC地址、該地址所對應(yīng)的交換機(jī)端口號以及所在的虛擬子網(wǎng)。交換機(jī)在初始開機(jī)的時(shí)候，交換表是空的，使用時(shí)，慢慢“學(xué)習(xí)”建立起它的交換表。

交換表保存在交換機(jī)一個(gè)有限的高速緩存中，這個(gè)高速緩存在一些高端的交換機(jī)中。由于高速緩存的空間是有限的，因此交換機(jī)必須定時(shí)刷新交換表，刪去長時(shí)間不使用的表項(xiàng)，加入新的表項(xiàng)。