交換機技術

交換機工做原理

1、概述
　　 1993 年，局域網交換設備出現， 1994 年，國內掀起了交換網絡技術的熱潮。其實，交換技術是一個具備簡化、低價、高性能和高端口密集特色的交換產品，體現了橋接技術的複雜交換技術在 OSI 參考模型的第二層操做。與橋接器同樣，交換機按每個包中的 MAC 地址相對簡單地決策信息轉發。而這種轉發決策通常不考慮包中隱藏的更深的其餘信息。與橋接器不一樣的是交換機轉發延遲很小，操做接近單個局域網性能，遠遠超過了普通橋接互聯網絡之間的轉發性能。
　　交換技術容許共享型和專用型的局域網段進行帶寬調整，以減輕局域網之間信息流通出現的瓶頸問題。如今已有以太網、快速以太網、 FDDI 和 ATM 技術的交換產品。
　相似傳統的橋接器，交換機提供了許多網絡互聯功能。交換機能經濟地將網絡分紅小的衝突網域，爲每一個工做站提供更高的帶寬。協議的透明性使得交換機在軟件配置簡單的狀況下直接安裝在多協議網絡中；交換機使用現有的電纜、中繼器、集線器和工做站的網卡，沒必要做高層的硬件升級；交換機對工做站是透明的，這樣管理開銷低廉，簡化了網絡節點的增長、移動和網絡變化的操做。
　　利用專門設計的集成電路可以使交換機以線路速率在全部的端口並行轉發信息，提供了比傳統橋接器高得多的操做性能。如理論上單個以太網端口對含有 64 個八進制數的數據包，可提供 14880bps 的傳輸速率。這意味着一臺具備 12 個端口、支持 6 道並行數據流的 「 線路速率 」 以太網交換器必須提供 89280bps 的整體吞吐率（ 6 道信息流Ｘ 14880bps ／道信息流）。專用集成電路技術使得交換器在更多端口的狀況下以上述性能運行，其端口造價低於傳統型橋接器。

2、三種交換技術
　　 1 ．端×××換
　　端×××換技術最先出如今插槽式的集線器中，這類集線器的背板一般劃分有多條以太網段（每條網段爲一個廣播域），不用網橋或路由鏈接，網絡之間是互不相通的。以大主模塊插入後一般被分配到某個背板的網段上，端×××換用於將以太模塊的端口在背板的多個網段之間進行分配、平衡。根據支持的程度，端×××換還可細分爲：
　　　　 · 模塊交換：將整個模塊進行網段遷移。
　　　　 · 端口組交換：一般模塊上的端口被劃分爲若干組，每組端口容許進行網段遷移。
　　　　 · 端口級交換：支持每一個端口在不一樣網段之間進行遷移。這種交換技術是基於 OSI 第一層上完成的，具備靈活性和負載平衡能力等優勢。若是配置得當，那麼還能夠在必定程度進行客錯，但沒有改變共享傳輸介質的特色，自而未能稱之爲真正的交換。
　　 2 ．幀交換
　　幀交換是目前應用最廣的局域網交換技術，它經過對傳統傳輸媒介進行微分段，提供並行傳送的機制，以減少衝突域，得到高的帶寬。通常來說每一個公司的產品的實現技術均會有差別，但對網絡幀的處理方式通常有如下幾種：
　　 · 直通交換：提供線速處理能力，交換機只讀出網絡幀的前 14 個字節，便將網絡幀傳送到相應的端口上。
　　 · 存儲轉發：經過對網絡幀的讀取進行驗錯和控制。
　　前一種方法的交換速度很是快，但缺少對網絡幀進行更高級的控制，缺少智能性和安全性，同時也沒法支持具備不一樣速率的端口的交換。所以，各廠商把後一種技術做爲重點。
　　有的廠商甚至對網絡幀進行分解，將幀分解成固定大小的信元，該信元處理極易用硬件實現，處理速度快，同時可以完成高級控制功能（如美國 MADGE 公司的 LET 集線器）如優先級控制。
　　 3 ．信元交換
　　 ATM 技術表明了網絡和通信技術發展的將來方向，也是解決目前網絡通訊中衆多難題的一劑 「 良藥 」 ， ATM 採用固定長度 53 個字節的信元交換。因爲長度固定，於是便於用硬件實現。 ATM 採用專用的非差異鏈接，並行運行，能夠經過一個交換機同時創建多個節點，但並不會影響每一個節點之間的通訊能力。 ATM 還允許在源節點和目標、節點創建多個虛擬連接，以保障足夠的帶寬和容錯能力。 ATM 採用了統計時分電路進行復用，於是能大大提升通道的利用率。 ATM 的帶寬能夠達到 25M 、 155M 、 622M 甚至數 Gb 的傳輸能力。
3、局域網交換機的種類和選擇
　　局域網交換機根據使用的網絡技術能夠分爲：
　　　　 · 以大網交換機；　　　　 · 令牌環交換機；
　　　　 ·FDDI 交換機；　　　　 ·ATM 交換機；
　　　　 · 快速以太網交換機等。
　　若是按交換機應用領域來劃分，可分爲：
　　　　 · 臺式交換機；　　　　 · 工做組交換機；
　　　　 · 主幹交換機；　　　　 · 企業交換機；
　　　　 · 分段交換機；　　　　 · 端×××換機；
　　　　 · 網絡交換機等。
　　局域網交換機是組成網絡系統的核心設備。對用戶而言，局域網交換機最主要的指標是端口的配置、數據交換能力、包交換速度等因素。所以，在選擇交換機時要注意如下事項：
　　（ 1 ）交換端口的數量；　　（ 2 ）交換端口的類型；
　　（ 3 ）系統的擴充能力；　　（ 4 ）主幹線鏈接手段；
　　（ 5 ）交換機總交換能力；　　（ 6 ）是否須要路由選擇能力；
　　（ 7 ）是否須要熱切換能力；　　（ 8 ）是否須要容錯能力；
　　（ 9 ）可否與現有設備兼容，順利銜接；　　（ 10 ）網絡管理能力。

4、交換機應用中幾個值得注意的問題
　　 1 ．交換機網絡中的瓶頸問題
　　交換機自己的處理速度能夠達到很高，用戶每每迷信廠商宣傳的 Gbps 級的高速背板。其實這是一種誤解，鏈接入網的工做站或服務器使用的網絡是以大網，它遵循 CSMA ／ CD 介質訪問規則。在當前的客戶／服務器模式的網絡中多臺工做站會同時訪問服務器，所以很是容易造成服務器瓶頸。有的廠商已經考慮到這一點，在交換機中設計了一個或多個高速端口（如 3COM 的 Linkswitch1000 能夠配置一個或兩個 100Mbps 端口），方便用戶鏈接服務器或高速主幹網。用戶也能夠經過設計多臺服務器（進行業務劃分）或追加多個網卡來消除瓶頸。交換機還可支持生成樹算法，方便用戶架構容錯的冗餘鏈接。
　　 2 ．網絡中的廣播幀
　　目前普遍使用的網絡操做系統有 Netware 、 Windows NT 等，而 Lan Server 的服務器是經過發送網絡廣播幀來向客戶機提供服務的。這類局域網中廣播包的存在會大大下降交換機的效率，這時能夠利用交換機的虛擬網功能（並不是每種交換機都支持虛擬網）將廣播包限制在必定範圍內。
　　每臺文交換機的端口都支持必定數目的 MAC 地址，這樣交換機可以 「 記憶 」 住該端口一組鏈接站點的狀況，廠商提供的定位不一樣的交換機端口支持 MAC 數也不同，用戶使用時必定要注意交換機端口的鏈接端點數。若是超過廠商給定的 MAC 數，交換機接收到一個網絡幀時，只有其目的站的 MAC 地址不存在於該交換機端口的 MAC 地址表中，那麼該幀會以廣播方式發向交換機的每一個端口。
　　 3 ．虛擬網的劃分
　　虛擬網是交換機的重要功能，一般虛擬網的實現形式有三種：
　　 (1) 靜態端口分配
　　靜態虛擬網的劃分一般是網管人員使用網管軟件或直接設置交換機的端口，使其直接從屬某個虛擬網。這些端口一直保持這些從屬性，除非網管人員從新設置

。這種方法雖然比較麻煩，但比較安全，容易配置和維護。
　　（2）動態虛擬網
　　支持動態虛擬網的端口，能夠藉助智能管理軟件自動肯定它們的從屬。端口是經過藉助網絡包的MAC地址、邏輯地址或協議類型來肯定虛擬網的從屬。當一網絡節點剛鏈接入網時，交換機端口還未分配，因而交換機經過讀取網絡節點的MAC地址動態地將該端口劃入某個虛擬網。這樣一旦網管人員配置好後，用戶的計算機能夠靈活地改變交換機端口，而不會改變該用戶的虛擬網的從屬性，並且若是網絡中出現未定義的MAC地址，則能夠向網管人員報警。
　　（3）多虛擬網端口配置
　　該配置支持一用戶或一端口能夠同時訪問多個虛擬網。這樣能夠將一臺網絡服務器配置成多個業務部門（每種業務設置成一個虛擬網）均可同時訪問，也能夠同時訪問多個虛擬網的資源，還可以讓多個虛擬網間的鏈接只需一個路由端口便可完成。但這樣會帶來安全上的隱患。虛擬網的業界規範正在制定當中，於是各個公司的產品還談不上互操做性。Cisco公司開發了Inter－Switch Link（ISL）虛擬網絡協議，該協議支持跨骨幹網（ATM、FDDI、Fast Ethernet）的虛擬網。但該協議被指責爲缺少安全性上的考慮。傳統的計算機網絡中使用了大量的共享式Hub，經過靈活接入計算機端口也能夠得到好的效果。
　　4. 高速局域網技術的應用
　　快速以太網技術雖然在某些方面與傳統以大網保持了很好的兼容性，但100BASE-TX、100BASAE-T4及100BASE-FX對傳輸距離和級連都有了比較大的限制。經過100Mbps的交換機能夠打破這些侷限。同時也只有交換機端口才能夠支持雙工高速傳輸。
　　目前也出現了CDDI／FDDI的交換技術，另外該CDDI／FDDI的端口價格也呈降低趨勢，同時在傳輸距離和安全性方面也有比較大的優點，所以它是大型網絡骨幹的一種比較好的選擇。
　　3COM的主要交換產品有Linkswitch系列和LANplex系列；BAY的主要交換產品有LattisSwitch2800，BAY stack workgroup、System3O00／5000（提供某些可選交換模塊）；Cisco的主要交換產品有Catalyst 1000／2000／3000／5000系列。
　　三家公司的產品形態看來都有類似之處，產品的價格也比較接近，除了設計中要考慮網絡環境的具體須要（強調端口的搭配合理）外，還需從總體上考慮，例如網管、網絡應用等。隨着ATM技術的發展和成熟以及市場競爭的加重，幀交換機的價格將會進一步下跌，它將成爲工做組網的重要解決方案。