交換機基礎(chǔ)

1、交換機的作用

局域網(wǎng)交換機工作在數(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。交換機擁有許多端口，每個端口都有自己的專用帶寬，并且可以連接不同的網(wǎng)段。交換機各個端口之間的通信是同時的、并行的，這就大大提高了信息吞吐量。為了進一步提高性能，每個端口還可以只連接一一個設(shè)備。為了實現(xiàn)交換機之間的互連或與高檔服務(wù)器的連接，局域網(wǎng)交換機般擁有一個或幾個高速端口，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。可能由于個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。利用交換機的網(wǎng)絡(luò)微分段技術(shù)，可以將一個大型的共享式局域網(wǎng)的用戶分成許多獨立的網(wǎng)段，減少競爭帶寬的用戶數(shù)量，增加每個用戶的可用帶寬，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，能保護用戶以前在介質(zhì)方面的投資，并能提供良好的可擴展性，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)交換機的主要功能如下。

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

建立虛連接。局城網(wǎng)交換機根據(jù)已知的源交換機端口(發(fā)送節(jié)點所在的交換機端口)和通過查詢得到的目的交換機端口(目的節(jié)點所在的交換機端口)，在兩個交換機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)，同時也實現(xiàn)幀過濾、幀傳輸控制與虛擬網(wǎng)等功能。

3、交換機的分類

交換機有多種分類方法，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、工作在網(wǎng)絡(luò)層的第三層交換機、工作在傳輸層的第四層交換機和多層交換機。

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

(4)根據(jù)配置方式劃分:分為堆疊型交換機和非堆疊型交換機。

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

4、交換機的性能指標

交換機的性生能指標如下。

(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:以單位時間內(nèi)發(fā)送64字節(jié)數(shù)據(jù)包的個數(shù)作為計算基準。(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):交換機的MAC地址表中可以存儲的MAC地址數(shù)量。

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

5、交換機的工作方式

交換機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，對其檢驗后再發(fā)往其他端口，這樣其延時就等于接收一個完整的數(shù)據(jù)幀的時間及處理時間的總和。如果級聯(lián)很長時，會導(dǎo)致嚴重的性能問題，但這種方法可以過濾掉錯誤的數(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，也不保存整個數(shù)據(jù)幀，而是在接收了它的目的地址就直接進行轉(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)只檢驗數(shù)據(jù)幀的目標地址，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。其缺點是:錯誤幀也會被傳出去。在錯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)法以減少錯誤幀的重傳。

6、交換機的工作原理

交換機(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，它的各個端口都具有橋接功能，每個端口可以連接一個 LAN或一臺高性能網(wǎng)站或服務(wù)器， 能夠通過自學習來了解每個端口的設(shè)備的連接情況。所有端口由專用處理器進行控制，并經(jīng)過控制管理總線轉(zhuǎn)發(fā)信息。

例如:節(jié)點A向節(jié)點B發(fā)送信息，局域網(wǎng)交換機收到A節(jié)點發(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B所在的端口號。如果A節(jié)點

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

7、交換表

交換表是交換機進行數(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)的交換機端口號以及所在的虛擬子網(wǎng)。交換機在初始開機的時候，交換表是空的，使用時，慢慢“學習”建立起它的交換表。

交換表保存在交換機一個有限的高速緩存中，這個高速緩存在一些高端的交換機中。由于高速緩存的空間是有限的，因此交換機必須定時刷新交換表，刪去長時間不使用的表項，加入新的表項。