交換機的基礎知識

交換機的基礎知識

    許多新型的Client／Server應用程序以及多媒體技術的出現，致使了傳統 的共享式網絡遠遠不能知足要求，這也就推進了局域網交換機的出現。

    一、交換機的定義
     局域網交換機擁有許多端口，每一個端口有本身的專用帶寬，而且能夠鏈接不一樣的網段。交換機各個端口之間的通訊是同時的、並行的，這就大大提升了信息吞吐量。爲了進一步提升性能，每一個端口還能夠只鏈接一個設備。
    爲了實現交換機之間的互連或與高檔服務器的鏈接，局域網交換機通常擁有一個或幾個高速端口，如100M以太網端口、FDDI端口或155M ATM端口，從而保證整個網絡的傳輸性能。

    二、交換機的特性
     經過集線器共享局域網的用戶不只是共享帶寬，並且是競爭帶寬。可能因爲個別用戶須要更多的帶寬而致使其餘用戶的可用帶寬相對減小，甚至被迫等待，於是也就耽誤了通訊和信息處理。利用交換機的網絡微分段技術，能夠將一個大型的共享式局域網的用戶分紅許多獨立的網段，減小競爭帶寬的用戶數量，增長每一個用戶的可用帶寬，從而緩解共享網絡的擁擠情況。因爲交換機能夠將信息迅速而直接地送到目的地能大大提升速度和帶寬，能 保護用戶之前在介質方面的投資，並提供良好的可擴展性，所以交換機不可是網橋的理想替代物，並且是集線器的理想替代物。

    與網橋和集線器相比，交換機從下面幾方面改進了性能：
    （1）經過支持並行通訊，提升了交換機的信息吞吐量。
    （2）將傳統的一個大局域網上的用戶分紅若干工做組，每一個端口鏈接一臺設備 或鏈接一個工做組，有效地解決擁擠現像。這種方法人們稱之爲網絡微分 段（Micro一segmentation）技術。
    （3）虛擬網（VirtuaI LAN）技術的出現，給交換機的使用和管理帶來了更大 的靈活性。咱們將在後面專門介紹虛擬網。
    （4）端口密度能夠與集線器相媲美,通常的網絡系統都是有一個或幾個服務器，而絕大部分都是普通的客戶機。客戶機都須要訪問服務器，這樣就致使服務器的通訊和事務處理能力成爲整個網絡性能好壞的關鍵。
    交換機就主要從提升鏈接服務器的端口的速率以及相應的幀緩衝區的大小，來提升整個網絡的性能，從而知足用戶的要求。一些高檔的交換機還採用全雙工技術進一步提升端口的帶寬。之前的網絡設備基本上都是採用半雙工的工做方式，即當一臺主機發送數據包的時候， 它就不能接收數據包，當接收數據包的時候，就不能發送數據包。因爲採用全雙工技術，即主機在發送數據包的同時，還能夠接收數據包，普通的10M端口就能夠變成20M端口，普通的100M端口就能夠變成200M 端口，這樣就進一步提升了信息吞吐量。

    三、交換機的工做原理
    傳統的交換機本質上是具備流量控制能力的多端口網橋，即傳統的（二層） 交換機。把路由技術引入交換機，能夠完成網絡層路由選擇，故稱爲三層交換，這是交換機的新進展。交換機（二層交換）的工做原理交換機和網橋同樣，是工做在鏈路層的聯網設備，它的各個端口都具備橋接功能，每一個端口能夠鏈接一個LAN或一臺高性能網站或服務器，可以經過自學習來了解每一個端口的設備鏈接狀況。全部端口由專用處理器進行控制，並通過控制管理總線轉發信息。
    同時能夠用專門的網管軟件進行集中管理。 除此以外，交換機爲了提升數據交換的速度和效率，通常支持多種方式。
    （1）存儲轉發：     全部常規網橋都使用這種方法。它們在將數據幀發柱其餘端口以前，要把收到的幀徹底存儲在內部的存儲器中，對其檢驗後再發往其餘端口，這樣其延時等於接收一個完整的數據幀的時間及處理時間的總和。若是級聯很長時，會致使嚴重的性能問題，但這種方法能夠過 濾掉錯誤的數據幀。     （2）切入法：     這種方法只檢驗數據幀的目標地址，這使得數據幀幾乎立刻就 能夠傳出去，從而大大下降延時。 其缺點是：錯誤幀也會被傳出去。錯誤幀的機率較小的狀況下，能夠採用切入法以提升傳輸速度。而錯誤幀的機率較大的狀況下，能夠採用存儲轉發法／以減小錯誤幀的重傳。    四、交換機的配置    咱們下面以Cisco公司的Catlystl900交換機爲例，介紹交換機的通常配置過程。    對一臺新的Catlystl900交換機，使用它的缺省配置就能夠工做了。這由於它是一種將軟件裝在FlashMemory中的硬件設備，當加電時，它首先要進行一系列自檢，對全部端口進行測試以後，交換機就處於工做狀態。這時它的交換表是空的，它能夠經過自學習來了解各個端口的設備鏈接狀況，並將設備的 MAC地址記錄在交換表中，當有信息交換時，交換機就根據交換表來進行數據轉發。    但爲了便於對它進行網絡管理，Catlystl900交換機本身有一個MAC地址，這樣就能夠爲它分配一個IP地址和屏蔽碼。網絡管理員須經過交換機的串口接一臺終端或仿真終端，才能爲它指定一個IP地址，其缺省值是0．0．0．0。指定IP地址之後，網絡管理員就能夠經過網絡進行遠程管理了。Catlystl900交換機的配置界面是菜單形式，缺省配置下，它的全部端口都屬於同一個VLAN，不少狀況下都不須要做什麼修改。