交换机技术

交换机工做原理

1、概述
　　 1993 年，局域网交换设备出现， 1994 年，国内掀起了交换网络技术的热潮。其实，交换技术是一个具备简化、低价、高性能和高端口密集特色的交换产品，体现了桥接技术的复杂交换技术在 OSI 参考模型的第二层操做。与桥接器同样，交换机按每个包中的 MAC 地址相对简单地决策信息转发。而这种转发决策通常不考虑包中隐藏的更深的其余信息。与桥接器不一样的是交换机转发延迟很小，操做接近单个局域网性能，远远超过了普通桥接互联网络之间的转发性能。
　　交换技术容许共享型和专用型的局域网段进行带宽调整，以减轻局域网之间信息流通出现的瓶颈问题。如今已有以太网、快速以太网、 FDDI 和 ATM 技术的交换产品。
　相似传统的桥接器，交换机提供了许多网络互联功能。交换机能经济地将网络分红小的冲突网域，为每一个工做站提供更高的带宽。协议的透明性使得交换机在软件配置简单的状况下直接安装在多协议网络中；交换机使用现有的电缆、中继器、集线器和工做站的网卡，没必要做高层的硬件升级；交换机对工做站是透明的，这样管理开销低廉，简化了网络节点的增长、移动和网络变化的操做。
　　利用专门设计的集成电路可以使交换机以线路速率在全部的端口并行转发信息，提供了比传统桥接器高得多的操做性能。如理论上单个以太网端口对含有 64 个八进制数的数据包，可提供 14880bps 的传输速率。这意味着一台具备 12 个端口、支持 6 道并行数据流的 “ 线路速率 ” 以太网交换器必须提供 89280bps 的整体吞吐率（ 6 道信息流Ｘ 14880bps ／道信息流）。专用集成电路技术使得交换器在更多端口的状况下以上述性能运行，其端口造价低于传统型桥接器。

2、三种交换技术
　　 1 ．端×××换
　　端×××换技术最先出如今插槽式的集线器中，这类集线器的背板一般划分有多条以太网段（每条网段为一个广播域），不用网桥或路由链接，网络之间是互不相通的。以大主模块插入后一般被分配到某个背板的网段上，端×××换用于将以太模块的端口在背板的多个网段之间进行分配、平衡。根据支持的程度，端×××换还可细分为：
　　　　 · 模块交换：将整个模块进行网段迁移。
　　　　 · 端口组交换：一般模块上的端口被划分为若干组，每组端口容许进行网段迁移。
　　　　 · 端口级交换：支持每一个端口在不一样网段之间进行迁移。这种交换技术是基于 OSI 第一层上完成的，具备灵活性和负载平衡能力等优势。若是配置得当，那么还能够在必定程度进行客错，但没有改变共享传输介质的特色，自而未能称之为真正的交换。
　　 2 ．帧交换
　　帧交换是目前应用最广的局域网交换技术，它经过对传统传输媒介进行微分段，提供并行传送的机制，以减少冲突域，得到高的带宽。通常来说每一个公司的产品的实现技术均会有差别，但对网络帧的处理方式通常有如下几种：
　　 · 直通交换：提供线速处理能力，交换机只读出网络帧的前 14 个字节，便将网络帧传送到相应的端口上。
　　 · 存储转发：经过对网络帧的读取进行验错和控制。
　　前一种方法的交换速度很是快，但缺少对网络帧进行更高级的控制，缺少智能性和安全性，同时也没法支持具备不一样速率的端口的交换。所以，各厂商把后一种技术做为重点。
　　有的厂商甚至对网络帧进行分解，将帧分解成固定大小的信元，该信元处理极易用硬件实现，处理速度快，同时可以完成高级控制功能（如美国 MADGE 公司的 LET 集线器）如优先级控制。
　　 3 ．信元交换
　　 ATM 技术表明了网络和通信技术发展的将来方向，也是解决目前网络通讯中众多难题的一剂 “ 良药 ” ， ATM 采用固定长度 53 个字节的信元交换。因为长度固定，于是便于用硬件实现。 ATM 采用专用的非差异链接，并行运行，能够经过一个交换机同时创建多个节点，但并不会影响每一个节点之间的通讯能力。 ATM 还允许在源节点和目标、节点创建多个虚拟连接，以保障足够的带宽和容错能力。 ATM 采用了统计时分电路进行复用，于是能大大提升通道的利用率。 ATM 的带宽能够达到 25M 、 155M 、 622M 甚至数 Gb 的传输能力。
3、局域网交换机的种类和选择
　　局域网交换机根据使用的网络技术能够分为：
　　　　 · 以大网交换机；　　　　 · 令牌环交换机；
　　　　 ·FDDI 交换机；　　　　 ·ATM 交换机；
　　　　 · 快速以太网交换机等。
　　若是按交换机应用领域来划分，可分为：
　　　　 · 台式交换机；　　　　 · 工做组交换机；
　　　　 · 主干交换机；　　　　 · 企业交换机；
　　　　 · 分段交换机；　　　　 · 端×××换机；
　　　　 · 网络交换机等。
　　局域网交换机是组成网络系统的核心设备。对用户而言，局域网交换机最主要的指标是端口的配置、数据交换能力、包交换速度等因素。所以，在选择交换机时要注意如下事项：
　　（ 1 ）交换端口的数量；　　（ 2 ）交换端口的类型；
　　（ 3 ）系统的扩充能力；　　（ 4 ）主干线链接手段；
　　（ 5 ）交换机总交换能力；　　（ 6 ）是否须要路由选择能力；
　　（ 7 ）是否须要热切换能力；　　（ 8 ）是否须要容错能力；
　　（ 9 ）可否与现有设备兼容，顺利衔接；　　（ 10 ）网络管理能力。

4、交换机应用中几个值得注意的问题
　　 1 ．交换机网络中的瓶颈问题
　　交换机自己的处理速度能够达到很高，用户每每迷信厂商宣传的 Gbps 级的高速背板。其实这是一种误解，链接入网的工做站或服务器使用的网络是以大网，它遵循 CSMA ／ CD 介质访问规则。在当前的客户／服务器模式的网络中多台工做站会同时访问服务器，所以很是容易造成服务器瓶颈。有的厂商已经考虑到这一点，在交换机中设计了一个或多个高速端口（如 3COM 的 Linkswitch1000 能够配置一个或两个 100Mbps 端口），方便用户链接服务器或高速主干网。用户也能够经过设计多台服务器（进行业务划分）或追加多个网卡来消除瓶颈。交换机还可支持生成树算法，方便用户架构容错的冗余链接。
　　 2 ．网络中的广播帧
　　目前普遍使用的网络操做系统有 Netware 、 Windows NT 等，而 Lan Server 的服务器是经过发送网络广播帧来向客户机提供服务的。这类局域网中广播包的存在会大大下降交换机的效率，这时能够利用交换机的虚拟网功能（并不是每种交换机都支持虚拟网）将广播包限制在必定范围内。
　　每台文交换机的端口都支持必定数目的 MAC 地址，这样交换机可以 “ 记忆 ” 住该端口一组链接站点的状况，厂商提供的定位不一样的交换机端口支持 MAC 数也不同，用户使用时必定要注意交换机端口的链接端点数。若是超过厂商给定的 MAC 数，交换机接收到一个网络帧时，只有其目的站的 MAC 地址不存在于该交换机端口的 MAC 地址表中，那么该帧会以广播方式发向交换机的每一个端口。
　　 3 ．虚拟网的划分
　　虚拟网是交换机的重要功能，一般虚拟网的实现形式有三种：
　　 (1) 静态端口分配
　　静态虚拟网的划分一般是网管人员使用网管软件或直接设置交换机的端口，使其直接从属某个虚拟网。这些端口一直保持这些从属性，除非网管人员从新设置

。这种方法虽然比较麻烦，但比较安全，容易配置和维护。
　　（2）动态虚拟网
　　支持动态虚拟网的端口，能够借助智能管理软件自动肯定它们的从属。端口是经过借助网络包的MAC地址、逻辑地址或协议类型来肯定虚拟网的从属。当一网络节点刚链接入网时，交换机端口还未分配，因而交换机经过读取网络节点的MAC地址动态地将该端口划入某个虚拟网。这样一旦网管人员配置好后，用户的计算机能够灵活地改变交换机端口，而不会改变该用户的虚拟网的从属性，并且若是网络中出现未定义的MAC地址，则能够向网管人员报警。
　　（3）多虚拟网端口配置
　　该配置支持一用户或一端口能够同时访问多个虚拟网。这样能够将一台网络服务器配置成多个业务部门（每种业务设置成一个虚拟网）均可同时访问，也能够同时访问多个虚拟网的资源，还可以让多个虚拟网间的链接只需一个路由端口便可完成。但这样会带来安全上的隐患。虚拟网的业界规范正在制定当中，于是各个公司的产品还谈不上互操做性。Cisco公司开发了Inter－Switch Link（ISL）虚拟网络协议，该协议支持跨骨干网（ATM、FDDI、Fast Ethernet）的虚拟网。但该协议被指责为缺少安全性上的考虑。传统的计算机网络中使用了大量的共享式Hub，经过灵活接入计算机端口也能够得到好的效果。
　　4. 高速局域网技术的应用
　　快速以太网技术虽然在某些方面与传统以大网保持了很好的兼容性，但100BASE-TX、100BASAE-T4及100BASE-FX对传输距离和级连都有了比较大的限制。经过100Mbps的交换机能够打破这些局限。同时也只有交换机端口才能够支持双工高速传输。
　　目前也出现了CDDI／FDDI的交换技术，另外该CDDI／FDDI的端口价格也呈降低趋势，同时在传输距离和安全性方面也有比较大的优点，所以它是大型网络骨干的一种比较好的选择。
　　3COM的主要交换产品有Linkswitch系列和LANplex系列；BAY的主要交换产品有LattisSwitch2800，BAY stack workgroup、System3O00／5000（提供某些可选交换模块）；Cisco的主要交换产品有Catalyst 1000／2000／3000／5000系列。
　　三家公司的产品形态看来都有类似之处，产品的价格也比较接近，除了设计中要考虑网络环境的具体须要（强调端口的搭配合理）外，还需从总体上考虑，例如网管、网络应用等。随着ATM技术的发展和成熟以及市场竞争的加重，帧交换机的价格将会进一步下跌，它将成为工做组网的重要解决方案。