隨著時代的快速發(fā)展交換機也發(fā)生了一個質(zhì)的變化，下面咱們先來了解一下交換機發(fā)展的一些歷程。1993年，局域網(wǎng)交換設備出現(xiàn)，1994年，國內(nèi)掀起了交換網(wǎng)絡技術的熱潮。其實，交換技術是一個具有簡化、低價、高性能和高端口密集特點的交換產(chǎn)品，體現(xiàn)了橋接技術的復雜交換技術在OSI參考模型的第二層操作。與橋接器一樣，交換機按每一個包中的MAC地址相對簡單地決策信息轉(zhuǎn)發(fā)。而這種轉(zhuǎn)發(fā)決策一般不考慮包中隱藏的更深的其他信息。與橋接器不同的是交換機轉(zhuǎn)發(fā)延遲很小，操作接近單個局域網(wǎng)性能，遠遠超過了普通橋接互聯(lián)網(wǎng)絡之間的轉(zhuǎn)發(fā)性能。

交換技術允許共享型和專用型的局域網(wǎng)段進行帶寬調(diào)整，以減輕局域網(wǎng)之間信息流通出現(xiàn)的瓶頸問題。現(xiàn)在已有以太網(wǎng)、快速以太網(wǎng)、FDDI和ATM技術的交換產(chǎn)品。類似傳統(tǒng)的橋接器，交換機提供了許多網(wǎng)絡互聯(lián)功能。交換機能經(jīng)濟地將網(wǎng)絡分成小的沖突網(wǎng)域，為每個工作站提供更高的帶寬。協(xié)議的透明性使得交換機在軟件配置簡單的情況下直接安裝在多協(xié)議網(wǎng)絡中；交換機使用現(xiàn)有的電纜、中繼器、集線器和工作站的網(wǎng)卡，不必作高層的硬件升級；交換機對工作站是透明的，這樣管理開銷低廉，簡化了網(wǎng)絡節(jié)點的增加、移動和網(wǎng)絡變化的操作。

利用專門設計的集成電路可使交換機以線路速率在所有的端口并行轉(zhuǎn)發(fā)信息，提供了比傳統(tǒng)橋接器高得多的操作性能。如理論上單個以太網(wǎng)端口對含有64個八進制數(shù)的數(shù)據(jù)包，可提供14880bps的傳輸速率。這意味著一臺具有12個端口、支持6道并行數(shù)據(jù)流的“線路速率”以太網(wǎng)交換器必須提供89280bps的總體吞吐率（6道信息流Ｘ14880bps／道信息流）。專用集成電路技術使得交換器在更多端口的情況下以上述性能運行，其端口造價低于傳統(tǒng)型橋接器。

交換技術

1．端口交換

端口交換技術最早出現(xiàn)在插槽式的集線器中，這類集線器的背板通常劃分有多條以太網(wǎng)段（每條網(wǎng)段為一個廣播域），不用網(wǎng)橋或路由連接，網(wǎng)絡之間是互不相通的。以大主模塊插入后通常被分配到某個背板的網(wǎng)段上，端口交換用于將以太模塊的端口在背板的多個網(wǎng)段之間進行分配、平衡。根據(jù)支持的程度，端口交換還可細分為：

·模塊交換：將整個模塊進行網(wǎng)段遷移。

·端口組交換：通常模塊上的端口被劃分為若干組，每組端口允許進行網(wǎng)段遷移。

·端口級交換：支持每個端口在不同網(wǎng)段之間進行遷移。這種交換技術是基于OSI第一層上完成的，具有靈活性和負載平衡能力等優(yōu)點。如果配置得當，那么還可以在一定程度進行客錯，但沒有改變共享傳輸介質(zhì)的特點，自而未能稱之為真正的交換。

2．幀交換

幀交換是目前應用最廣的局域網(wǎng)交換技術，它通過對傳統(tǒng)傳輸媒介進行微分段，提供并行傳送的機制，以減小沖突域，獲得高的帶寬。一般來講每個公司的產(chǎn)品的實現(xiàn)技術均會有差異，但對網(wǎng)絡幀的處理方式一般有以下幾種：

·直通交換：提供線速處理能力，交換機只讀出網(wǎng)絡幀的前14個字節(jié)，便將網(wǎng)絡幀傳送到相應的端口上。

·存儲轉(zhuǎn)發(fā)：通過對網(wǎng)絡幀的讀取進行驗錯和控制。

前一種方法的交換速度非?？?，但缺乏對網(wǎng)絡幀進行更高級的控制，缺乏智能性和安全性，同時也無法支持具有不同速率的端口的交換。因此，各廠商把后一種技術作為重點。

有的廠商甚至對網(wǎng)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(xiàn)，處理速度快，同時能夠完成高級控制功能（如美國MADGE公司的LET集線器）如優(yōu)先級控制。

3．信元交換

ATM技術代表了網(wǎng)絡和通訊技術發(fā)展的未來方向，也是解決目前網(wǎng)絡通信中眾多難題的一劑“良藥”，ATM采用固定長度53個字節(jié)的信元交換。由于長度固定，因而便于用硬件實現(xiàn)。ATM采用專用的非差別連接，并行運行，可以通過一個交換機同時建立多個節(jié)點，但并不會影響每個節(jié)點之間的通信能力。ATM還容許在源節(jié)點和目標、節(jié)點建立多個虛擬鏈接，以保障足夠的帶寬和容錯能力。ATM采用了統(tǒng)計時分電路進行復用，因而能大大提高通道的利用率。ATM的帶寬可以達到25M、155M、622M甚至數(shù)Gb的傳輸能力。

局域網(wǎng)交換機的種類和選擇

局域網(wǎng)交換機根據(jù)使用的網(wǎng)絡技術可以分為：

·以大網(wǎng)交換機；

·令牌環(huán)交換機；

·FDDI交換機；

·ATM交換機；

·快速以太網(wǎng)交換機等。

如果按交換機應用領域來劃分，可分為：

·臺式交換機；

·工作組交換機；

·主干交換機；

·企業(yè)交換機；

·分段交換機；

·端口交換機；

·網(wǎng)絡交換機等。

局域網(wǎng)交換機是組成網(wǎng)絡系統(tǒng)的核心設備。對用戶而言，局域網(wǎng)交換機最主要的指標是端口的配置、數(shù)據(jù)交換能力、包交換速度等因素。因此，在選擇交換機時要注意以下事項：

（1）交換端口的數(shù)量；

（2）交換端口的類型；

（3）系統(tǒng)的擴充能力；

（4）主干線連接手段；

（5）交換機總交換能力；

（6）是否需要路由選擇能力；

（7）是否需要熱切換能力；

（8）是否需要容錯能力；

（9）能否與現(xiàn)有設備兼容，順利銜接；

（10）網(wǎng)絡管理能力。

交換機應用中幾個值得注意的問題

1．交換機網(wǎng)絡中的瓶頸問題

交換機本身的處理速度可以達到很高，用戶往往迷信廠商宣傳的Gbps級的高速背板。其實這是一種誤解，連接入網(wǎng)的工作站或服務器使用的網(wǎng)絡是以大網(wǎng)，它遵循CSMA／CD介質(zhì)訪問規(guī)則。在當前的客戶／服務器模式的網(wǎng)絡中多臺工作站會同時訪問服務器，因此非常容易形成服務器瓶頸。有的廠商已經(jīng)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可以配置一個或兩個100Mbps端口），方便用戶連接服務器或高速主干網(wǎng)。用戶也可以通過設計多臺服務器（進行業(yè)務劃分）或追加多個網(wǎng)卡來消除瓶頸。交換機還可支持生成樹算法，方便用戶架構(gòu)容錯的冗余連接。

2．網(wǎng)絡中的廣播幀

目前廣泛使用的網(wǎng)絡操作系統(tǒng)有Netware、Windows NT等，而Lan Server的服務器是通過發(fā)送網(wǎng)絡廣播幀來向客戶機提供服務的。這類局域網(wǎng)中廣播包的存在會大大降低交換機的效率，這時可以利用交換機的虛擬網(wǎng)功能（并非每種交換機都支持虛擬網(wǎng)）將廣播包限制在一定范圍內(nèi)。

每臺文交換機的端口都支持一定數(shù)目的MAC地址，這樣交換機能夠“記憶”住該端口一組連接站點的情況，廠商提供的定位不同的交換機端口支持MAC數(shù)也不一樣，用戶使用時一定要注意交換機端口的連接端點數(shù)。如果超過廠商給定的MAC數(shù)，交換機接收到一個網(wǎng)絡幀時，只有其目的站的MAC地址不存在于該交換機端口的MAC地址表中，那么該幀會以廣播方式發(fā)向交換機的每個端口。

3．虛擬網(wǎng)的劃分

虛擬網(wǎng)是交換機的重要功能，通常虛擬網(wǎng)的實現(xiàn)形式有三種：

(1)靜態(tài)端口分配

靜態(tài)虛擬網(wǎng)的劃分通常是網(wǎng)管人員使用網(wǎng)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(wǎng)。這些端口一直保持這些從屬性，除非網(wǎng)管人員重新設置。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(tài)虛擬網(wǎng)

支持動態(tài)虛擬網(wǎng)的端口，可以借助智能管理軟件自動確定它們的從屬。端口是通過借助網(wǎng)絡包的MAC地址、邏輯地址或協(xié)議類型來確定虛擬網(wǎng)的從屬。當一網(wǎng)絡節(jié)點剛連接入網(wǎng)時，交換機端口還未分配，于是交換機通過讀取網(wǎng)絡節(jié)點的MAC地址動態(tài)地將該端口劃入某個虛擬網(wǎng)。這樣一旦網(wǎng)管人員配置好后，用戶的計算機可以靈活地改變交換機端口，而不會改變該用戶的虛擬網(wǎng)的從屬性，而且如果網(wǎng)絡中出現(xiàn)未定義的MAC地址，則可以向網(wǎng)管人員報警。 （3）多虛擬網(wǎng)端口配置

該配置支持一用戶或一端口可以同時訪問多個虛擬網(wǎng)。這樣可以將一臺網(wǎng)絡服務器配置成多個業(yè)務部門（每種業(yè)務設置成一個虛擬網(wǎng)）都可同時訪問，也可以同時訪問多個虛擬網(wǎng)的資源，還可讓多個虛擬網(wǎng)間的連接只需一個路由端口即可完成。但這樣會帶來安全上的隱患。虛擬網(wǎng)的業(yè)界規(guī)范正在制定當中，因而各個公司的產(chǎn)品還談不上互操作性。

4.高速局域網(wǎng)技術的應用

快速以太網(wǎng)技術雖然在某些方面與傳統(tǒng)以大網(wǎng)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。通過100Mbps的交換機可以打破這些局限。同時也只有交換機端口才可以支持雙工高速傳輸。

目前也出現(xiàn)了CDDI／FDDI的交換技術，另外該CDDI／FDDI的端口價格也呈下降趨勢，同時在傳輸距離和安全性方面也有比較大的優(yōu)勢，因此它是大型網(wǎng)絡骨干的一種比較好的選擇。

局域網(wǎng)交換機基礎

對于小企業(yè)來說，從價格角度上看，集線器具有價格便宜的優(yōu)勢，但隨著網(wǎng)絡應用不斷豐富，局域網(wǎng)不但需要支持越來越多的用戶，而且要支持網(wǎng)絡日漸復雜的拓撲結(jié)構(gòu)。在這種形勢下，網(wǎng)絡規(guī)劃和系統(tǒng)集成變得越來越復雜，因此交換機就成為備受關注的網(wǎng)絡產(chǎn)品。

對于一個較大的網(wǎng)絡來說，不但要考慮兼容性、可擴展性，而且要考慮主干與骨干之間的帶寬平衡以及不同的網(wǎng)絡介質(zhì)在不同的傳輸距離上的穩(wěn)定性，使得主干與骨干的連接既能滿足帶寬需要又能滿足不同的傳輸距離。而用戶在考慮以上多種因素的同時又不得不考慮可承受的價格范圍。那么，究竟交換機與集線器的區(qū)別在哪兒？

交換機與集線器的區(qū)別從大的方面來看可以分為以下三點，從中不難看出我們?yōu)槭裁匆x擇交換機：

1、從OSI體系結(jié)構(gòu)來看，集線器屬于OSI的第一層物理層設備，而交換機屬于OSI的第二層數(shù)據(jù)鏈路層設備。也就意味著集線器只是對數(shù)據(jù)的傳輸起到同步、放大和整形的作用，對數(shù)據(jù)傳輸中的短幀、碎片等無法進行有效的處理，不能保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾院驼_性；而交換機不但可以對數(shù)據(jù)的傳輸做到同步、放大和整形，而且可以過濾短幀、碎片等。

2、從工作方式來看，集線器是一種廣播模式，也就是說集線器的某個端口工作的時候，其他所有端口都能夠收聽到信息，容易產(chǎn)生廣播風暴，當網(wǎng)絡較大時網(wǎng)絡性能會受到很大的影響，那么用什么方法去避免這種現(xiàn)象呢？交換機就能夠起到這種作用!當交換機工作的時候，只有發(fā)出請求的端口和目的端口之間相互響應而不影響其他端口，因此交換機就能夠隔離沖突域和有效的抑制廣播風暴的產(chǎn)生。

3、從帶寬來看，集線器不管有多少個端口，所有端口都是共享一條帶寬，在同一時刻只能有二個端口傳送數(shù)據(jù)，其他端口只能等待，同時集線器只能工作在半雙工模式下；而對于交換機而言，每個端口都有一條獨占的帶寬，當二個端口工作時并不影響其他端口的工作，同時交換機不但可以工作在半雙工模式下而且可以工作在全雙工模式下。

網(wǎng)絡互聯(lián)設備

如果說由于微型計算機的普及，導致了若干臺微機相互連接，從而產(chǎn)生了局域網(wǎng)的話，那么由于網(wǎng)絡的普遍應用，為了滿足在更大范圍內(nèi)實現(xiàn)相互通信和資源共享，因而，導致了網(wǎng)絡之間的互聯(lián)。本節(jié)將介紹一般網(wǎng)絡互聯(lián)的硬件設備。

網(wǎng)絡互聯(lián)時，必須解決如下問題：在物理上如何把兩種網(wǎng)絡連接起來。一種網(wǎng)絡如何與另一種網(wǎng)絡實現(xiàn)互訪與通信，如何解決它們之間協(xié)議方面的差別，如何處理速率與帶寬的差別，解決這些問題，協(xié)調(diào)，轉(zhuǎn)換機制的部件就是中繼器，網(wǎng)橋，路由器和網(wǎng)關等。

用硬件的方法解決網(wǎng)絡之間的差異：

l.中繼器：

傳輸介質(zhì)超過了網(wǎng)段長度后，可用中繼器延伸網(wǎng)絡的距離，對弱信號予以再生放大，IEEE802標準規(guī)定最多允許四個中繼器接五個網(wǎng)段。中繼器工作在物理層，不提供網(wǎng)段隔離功能。

2．特殊的中繼器：

集線器與交換器(多端口中繼器)：

(1)集線器：

是一種以星型拓并結(jié)構(gòu)將通信線路集中在一起的設備，相當于總線，工作在物理層，是局域網(wǎng)中應用最廣的連接設備，按配置形式分為獨立型hub，模塊化hub和堆疊式hub三種。智能型hub改進了一般hub的缺點，增加了橋接能力，可濾掉不屬于自己網(wǎng)段的幀，增大網(wǎng)段的頻寬，且具有網(wǎng)管能力和自動檢測端口所連接的PC網(wǎng)卡速度的能力。

(2)交換器(switch)：

交換式以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包的目的地址將以太包從原端口送至目的端，向不同 的目的端口發(fā)送以太包時，就可以同時傳送這些以太包，達到提高網(wǎng)絡實際吞吐量的效果。交換器可以同時建立多個傳輸路徑，所以在應用聯(lián)結(jié)多臺服務器的網(wǎng)段上可以收到明顯的效果。主要用于聯(lián)hub，server或分散式主干網(wǎng)。

按采用技術對交換器進行分類：

直通交換．(cut—through)：一旦收到信息包中的目標地址，在收到全幀之前便開始轉(zhuǎn)發(fā)。適用于同速率端口和碰撞誤碼率低的環(huán)境。

存儲轉(zhuǎn)發(fā)：(store—and—forward)：確認收到的幀，過濾處理壞幀。適用于不同速率端口和碰撞，誤碼串高的環(huán)境。

應用注意：

(1)選10／100M適應交換機。

(2)選兩種以上技術的交換機。

3、網(wǎng)橋：

(1)過濾和轉(zhuǎn)發(fā)。

(2)學習功能。

(3)連接不同的傳輸介質(zhì)，無路徑選擇能力。

4、路由器：在多個網(wǎng)絡和介質(zhì)之間實現(xiàn)網(wǎng)絡互聯(lián)的一種設備，是一種比網(wǎng)橋更復雜的網(wǎng)絡互聯(lián)設備。

(1)分組轉(zhuǎn)發(fā)，提供最佳路徑，將不同硬件技術的網(wǎng)絡互聯(lián)起來。必要時進行分組格式和分組長度的轉(zhuǎn)換。

(2)提供隔離，劃分子網(wǎng)，路由器的每一端口都是一個單獨的子網(wǎng)。

(3)提供經(jīng)濟合理的WAN接入。

(4)支持備用網(wǎng)絡路徑，支持網(wǎng)狀網(wǎng)絡拓撲，交換機，網(wǎng)橋要求，無環(huán)路拓撲?；ヂ?lián)各種局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)。適用于大型交換網(wǎng)絡。

可以認為使用Route后，形形色色的通信子網(wǎng)融為一體，形成了一個更大范圍的網(wǎng)絡，從宏觀的角度出發(fā),可以認為通信子網(wǎng)實際上是由路由器組成的網(wǎng)絡，路由器之間的通信則通過各種通信子網(wǎng)的通信能力予以實現(xiàn)。

5．網(wǎng)關：用來互聯(lián)完全不同的網(wǎng)絡。

交換機主要功能：把一種協(xié)議變成另一種協(xié)議，把一種數(shù)據(jù)格式變成另一種數(shù)據(jù)格式，把一種速率變成另一種速率，以求兩者的統(tǒng)一。提供中轉(zhuǎn)中間接口。在Internet中，網(wǎng)關是一臺計算機設備，它能根據(jù)用戶通信用的計算機的IP地址，界定是否將用戶發(fā)出的信息送出本地網(wǎng)絡，同時，它還將外界發(fā)送給本地網(wǎng)絡計算機的信息接收。

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