计算机网络基础知识(3) 交换机_阿胜_新浪博客

 交换(switching)是按照通信两端传输信息的需要,用人工或设备自动完成的方法,把要传输的信息送到符合要求的相应路由上的技术统称。广义的交换机就是一种在通信系统中完成信息交换功能的设备。交换机(Switch,开关的意思)有人工交换机、电路程控交换机、以太网交换机、光交换机,我们在这主要谈的是网络交换机。
    网络交换机,顾名思义就是在网络中进行数据交换转换的机器。简单的比喻,就象一个有较好管理的集贸市场,也可以看做是物流公司,只是买卖、交换的是信息数据。

 交换机是一种基于MAC地址识别,能完成封装转发数据包功能的网络设备。交换机可以“学习”MAC地址,并把其存放在内部地址表中,通过在数据帧的始发者和目标接收者之间建立临时的交换路径,使数据帧直接由源地址到达目的地址。 

交换机的分类及功能: 

从广义上来看,交换机分为两种:广域网交换机和局域网交换机。广域网交换机主要应用于电信领域,提供通信用的基础平台。而局域网交换机则应用于局域网络,用于连接终端设备,如PC机及网络打印机从传输介质和传输速度上可分为以太网交换机、快速以太网交换机、千兆以太网交换机、FDDI(光纤分布式数据接口交换机、ATM交换机和令牌环交换机等从规模应用上又可分为企业级交换机、部门级交换机和工作组交换机等。各厂商划分的尺度并是xx一致的,一般来讲,企业级交换机都是机架式,部门级交换机可以是机架式(插槽数较少),也可以是固定配置式,而工作组级交换机为固定配置式(功能较为简单)。另一方面,从应用的规模来看,作为骨干交换机时,支持500个信息点以上大型企业应用的交换机为企业级交换机,支持300个信息点以下中型企业的交换机为部门级交换机,而支持100个信息点以内的交换机为工作组级交换机。

交换机的三个主要功能: 

1.习:以太网交换机了解每一端口相连设备的MACMeasurement and Control测量与控制)地址,并将地址同相应的端口映射起来存放在交换机缓存中的MAC地址表中。 

2.转发/过滤:当一个数据帧的目的地址在MAC地址表中有映射时,它被转发到连接目的节点的端口而不是所有端口(如该数据帧为广播/组播帧则转发至所有端口)。 

3.xx回路当交换机包括一个冗余冗余:是重复配置系统的一些部件,当系统发生故障时,冗余配置的部件介入并承担故障部件的工作,由此减少系统的故障时间。部件-硬件软件冗余的有益与有害是相对的!冗余对重要的系统工程是必须的!即使是资源的浪费回路时,以太网交换机通过生成树协议避免回路的产生同时允许存在后备路径。 

交换机除了能够连接同种类型的网络之外还可以在不同类型的网络(如以太网和快速以太网)之间起到互连作用如今许多交换机都能够提供支持快速以太网或FDDI纤分布式数据接口等的高速连接端口,用于连接网络中的其它交换机或者为带宽占用量大的关键服务器提供附加带宽。 

交换机通过以下三种方式进行交换 

1.直通式: 

直通方式的以太网交换机可以理解为在各端口间是纵横交叉的线路矩阵电话交换机。它在输入端口检测到一个数据包时,检查该包的包头,获取包的目的地址,启动内部的动态查找表转换成相应的输出端口,在输入与输出交叉处接通,把数据包直通到相应的端口,实现交换功能。由于不需要存储,延迟非常小、交换非常快,这是它的优点。它的缺点是,因为数据包内容并没有被以太网交换机保存下来,所以无法检查所传送的数据包是否有误,不能提供错误检测能力。由于没有缓存,不能将具有不同速率的输入/输出端口直接接通,而且容易丢包。 

2.存储转发: 

存储转发方式是计算机网络领域应用最为广泛的方式。它把输入端口的数据包先存储起来,然后进行CRC循环冗余码校验检查,在对错误包处理后才取出数据包的目的地址,通过查找表转换成输出端口送出包正因如此,存储转发方式在数据处理时延时大,这是它的不足,但是它可以对进入交换机的数据包进行错误检测,有效地改善网络性能尤其重要的是它可以支持不同速度的端口间的转换,保持高速端口与低速端口间的协同工作。 

3.碎片隔离:

这是介于前两者之间的一种解决方案。它检查数据包的长度是否够64个字节,如果小于64字节,说明是假包,则丢弃该包;如果大于64字节,则发送该包。这种方式也不提供数据校验。它的数据处理速度比存储转发方式快,但比直通式慢。 

交换机的应用: 

作为局域网的主要连接设备,以太网交换机成为应用普及最快的网络设备之一。随着交换技术的不断发展,以太网交换机的价格急剧下降,交换到桌面已是大势所趋。 

如果你的以太网络上拥有大量的用户、繁忙的应用程序和各式各样的服务器,而且你还未对网络结构做出任何调整,那么整个网络的性能可能会非常低。解决方法之一是在以太网上添加一个10/100Mbps的交换机,它不仅可以处理10Mbps的常规以太网数据流,而且还可以支持100Mbps的快速以太网连接。 

如果网络的利用率超过了40%,并且碰撞率大于10%,交换机可以帮你解决一点问题。带有100Mbps快速以太网和10Mbps以太网端口的交换机可以全双工方式运行,可以建立起专用的20Mbps到200Mbps连接。 

不仅不同网络环境下交换机的作用各不相同,在同一网络环境下添加新的交换机和增加现有交换机的交换端口对网络的影响也不尽相同。充分了解和掌握网络的流量模式是能否发挥交换机作用的一个非常重要的因素因为使用交换机的目的就是尽可能的减少和过滤网络中的数据流量,所以如果网络中的某台交换机由于安装位置设置不当,几乎需要转发接收到的所有数据包的话交换机就无法发挥其优化网络性能的作用,反而降低了数据的传输速度,增加了网络延迟。 

除安装位置之外,如果在那些负载较小,信息量较低的网络中也盲目添加交换机的话,同样也可能起到负面影响。受数据包的处理时间、交换机的缓冲区大小以及需要重新生成新数据包等因素的影响,在这种情况下使用简单的HUB(集线器)要比交换机更为理想。因此,我们不能一概认为交换机就比HUB有优势,尤其当用户的网络并不拥挤,尚有很大的可利用空间时,使用集线器(HUB)更能够充分利用网络的现有资源。 

 

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