寬頻網路交換機的選擇

　　最近在為一家新開的網咖開通路由時，網咖的管理員跑來問我，網咖裡的計算機互連選集線器（HUB）好還是選交換機好，CISCO的交換機是不是就是最好的了。人常說，只選對的不選貴的。但如何選擇就是對的呢？常見的中小型網路有二三百臺電腦，多者達到上千臺。它們透過綜合佈線系統交換裝置連在一起。並透過交換機或路由器連到寬頻網路上。因而各種交換機的選擇和使用對寬頻網路系統的效能將具有極為重要的影響。我就工作中常見的一些交換機問題作些探討與交流。

一、集線器和交換機的區別

1. 集線器（這裡僅指非交換式單網段和多網段型）在OSI體系結構中屬於OSI的第一層物理層裝置，而交換機屬於OSI的第二層資料鏈路層裝置，現在常見的三層交換為在二層平臺上提供VLAN和基於IP的路由和交換功能，而四層交換則為基於埠的應用。集線器只是對資料的傳輸起到同步、放大和整形的作用，對資料傳輸中的短幀、碎片等無法進行有效的處理，不能保證資料傳輸的完整性和正確性，類似於一個大的匯流排型區域網；而交換機不但可以對資料的傳輸做到同步、放大和整形，而且可以過濾短幀、碎片對封裝資料包進行轉發等。

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埠工作的時候，其他所有埠都能夠收聽到資訊，容易產生廣播風暴，並且每一個時刻只有一個埠傳送資料，另外安全性差，所有的網路卡都能接收到所發資料，只是非目的地網路卡丟棄了信包。當交換機工作的時候，只有發出請求的埠和目的埠之間相互響應而不影響其他埠，因此交換機就能夠隔離衝突域和有效的抑制廣播風暴的產生。

3. 從頻寬來看，集線器不管有多少個埠，所有埠都是共享一條頻寬，在同一時刻只能有二個埠傳送資料，其他埠只能等待，同時集線器只能工作在半雙工模式下；而對於交換機而言，每個埠都有一條獨佔的頻寬，當二個埠工作時並不影響其他埠的工作，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。

4. 交換機工作於資料鏈路層以MAC地址進行定址，有一定的額外定址開銷，在資料流量小時，時延可能相對資料傳輸時間而言較大；集線器工作於物理層為廣播方式傳輸資料，流量小時效能下降不明顯適合於共享匯流排型結構區域網。

二、二層交換與第三層交換以及路由器的區別

第二層交換技術工作於資料鏈路層。它按所接收到資料包的目的MAC地址在內部地址表中對應埠進行轉發，將本資料包MAC地址與對應埠記錄在內部地址表中，MAC地址不在表內的就進行廣播等待回應。因而二層交換機對MAC地址具有學習功能，對於網路層或高層協議來說是透明的，資料交換靠專用處理資料包轉發的ASIC（應用專用整合晶片組）實現速度很快。但它不能處理三層及三層以上的協議，不能處理不同IP子網間的資料交換。
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第三層交換工作於OSI七層模型中的第三層，是利用三層協議中的IP包包頭資訊對後續資料流進行標記，進行幀頭重組，將具有同一標記的資料流的報文交換到資料鏈路層，即提供一條目標地址與源地址之間的一條資料通道。因此，三層交換機不必拆包便可判斷路由，從而將資料包直接轉發，進行資料交換。從而可以實現不同子網IP包交換。另外三層路由模組不是簡單的二層交換機與路由器的簡單疊加，它是由三層路由模組疊加二層交換高速背板匯流排速率可達 Gbit/s，其中大部分必需的需路由軟體處理的資料轉發為三層轉發外，其餘均為二層高速轉發。
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路由器工作於OSI第三層網路層，工作模式與二層相似。路由器主要決定最佳路由並轉發資料包。路由器內有一個路由表，其中記錄各種鏈路資訊，供路由演算法計算出到目的地的最佳路由。據此路由器再進行資料轉發。如不能知道目的路由，則將包丟棄，並向源地址返回資訊。路由器可相互學習路由資訊或將自已的鏈路狀態進行廣播，使路由資訊按一定方式進行更新，從而由演算法計算最佳路由。因此路由器路徑計算工作量很大。路由器一般埠數量有限，路由轉發速度慢。在內網資料流量較大，又要求快速轉發響應時，常建議使用三層交換機，而將網間路由工作交由路由器完成。

三、交換機分類和選擇指標

從傳輸介質和傳輸速度上看，區域網交換機可以分為乙太網交換機、快速乙太網交換機、千兆乙太網交換機、FDDI交換機、ATM交換機和令牌環交換機等多種，這些交換機分別適用於乙太網、快速乙太網、FDDI、ATM和令牌環網等環境。　

按照最廣泛的普通分類方法，區域網交換機可以分為桌上型交換機（Desktop Switch）、組型交換機（Workgroup Switch）和校園網交換機（Campus Switch）三類。

根據架構特點，人們還將區域網交換機分為機架式、帶擴充套件槽固定配置式、不帶擴充套件槽固定配置式3種產品。

選擇寬頻交換機時除根據以上介紹外還應參考以下幾個主要指標：

1． 轉發技術

轉發技術是指交換機所採用的用於決定如何轉發資料包的轉發機制。

直通轉發技術　

交換機獲取到資料包目的地址，就開始向目的埠傳送資料包。通常，交換機在接收到資料包的前6個位元組時，就已經知道目的地址，從而可以決定向哪個埠轉發這個資料包。直通轉發技術速率快、延時少和吞吐率高。但當網路中誤位元速率較高時，交換機會轉發所有的完整資料包和錯誤資料包，這將給整個交換網路帶來許多錯誤通訊包。直通轉發技術適用與網路鏈路質量好的網路環境。
儲存轉發技術　

儲存轉發技術要求交換機在接收到全部資料包後再決定如何轉發。這樣一來，交換機可以在轉發之前檢查資料包完整性和正確性。它的優點是：沒有殘缺資料包轉發，減少了潛在的不必要資料轉發。它的缺點是：轉發速率比直接轉發技術慢。所以，儲存轉發技術比較適應於普通鏈路質量的網路環境。

2． 背板吞吐量及緩衝區大小

背板吞吐最也稱背板頻寬，單位是每秒透過的資料包個數（pps），表示交換機介面處理器或介面卡和資料匯流排間所能吞吐的最大資料量。一臺交換機的背板頻寬越高，所能處理資料的能力就越強。最大理論值為線速，即指交換機可以全速處理各種大小的資料包轉發緩衝區大小，又叫做包緩衝區大小，是一種資料佇列機制，由交換機用來進行不同網路裝置之間的速度匹配。速率高的裝置所傳送的資料可以儲存在緩衝區內，直到被慢速裝置處理為止。緩衝區大小由緩衝排程演算法算出，過大的緩衝空間需要相對多的定址時間，緩衝空間過小會在發生擁塞時引起丟包出錯。

3．延時

交換機延時是指從交換機接收到資料包到開始向目的埠複製資料包之間的時間間隔。有許多因素會影響延時大小，比如轉發技術、緩衝區大小等等。採用直通轉發技術的交換機有固定的延時。採用儲存轉發技術的交換機由於必須要接收完了完整的資料包才開始轉發資料包，所以它的延時與資料包大小有關。延時對三網合一中的實時和非實時的影片、語音資訊影響較為嚴重，會引起畫面與語音不同步等現象。

4． 管理功能

為方便網管員管理，及使用者控制訪問交換機，通常交換機應支援SNMP MIB I / MIB II統計管理功能以滿足常用網管管理軟體如OPENVIEW、SUN Solstice Domain Manager或IBM網路管理（NetView）遠端管理交換機。複雜一些的交換機還會增加透過內建RMON組（mini-RMON）來支援RMON主動監視功能。或提供透過WEB頁面、命令列方式(CLI)對裝置進行遠端的監控，以最終實現故障管理、效能管理、配置管理、安全管理等常用管理功能。

5． MAC地址表大小及MAC地址型別

連線到區域網上的每個埠或裝置都需要一個MAC地址，其他裝置要用到此地址來定位特定的埠及更新路由表和資料結構。MAC地址表大小能反映出該裝置所支援的節點數能力。單MAC地址型別交換機連線終端使用者或非橋接裝置，不能接集線器等多網路裝置網段。多MAC地址交換機則可以在每埠存多個MAC地址具有較強的多節點支援能力。

6．擴充套件樹

為保障網路的安全性常對關鍵資料鏈路提供冗餘備份鏈路，由於交換機實際上是多埠的透明橋接裝置，從而引發“拓撲環”問題。交換機透過採用擴充套件樹協議演算法讓網路中的每一個橋接裝置相互知道，自動防止拓撲環現象。交換機並將檢測到的“拓撲環”中的某個埠斷開，以達到消除“拓撲環”的目的，維持網路中的拓撲樹的完整性。

7． 全雙工　

全雙工埠可以同時傳送和接收資料，但這要求交換機和所連線的裝置都支援全雙工工作方式。具有全雙工功能的交換機可實現高吞吐量（兩倍於單工模式埠吞吐量）、避免碰撞、突破CSMA/CD鏈路長度限制，通訊鏈路的長度限制只與物理介質有關。 另外，交換機埠最好能實現全/半雙工自動轉換。　

8． 高速埠整合　

交換機可以提供高頻寬“管道”（固定埠、可選模組或多鏈路隧道）滿足交換機的交換流量與上級主幹的交換需求。防止出現主幹通訊瓶頸。如 FDDI、ATM、G位元光模組等。

9．最大VLAN數量

此引數反映了一臺裝置所能支援的最大VLAN數目，就目前交換機所能支援的最大VLAN數目（1024以上）來看，足以滿足一般企業的需要。 VLAN劃分應遵從802.1Q標準。

10．擴充性配置

機架插槽數、擴充套件槽數、最大可堆疊數、10/100/1000M乙太網埠數、最大ATM埠數、最大SONET埠數、最大FDDI埠數、最大電源數等多個硬體指標將直接反映交換機的擴充能力及與其它骨幹網路裝置的互聯互通能力。

對不同的使用者在選擇中還有不同的要求如實施對資料流的訪問控制（ACL）、服務質量保證（QoS）、頻寬管理以及各種控制和服務策略、支援的包過濾、負載均衡及在三層交換機對各種路由協議的支援程度等等。

總之，使用者在進行網路規劃設計和選擇交換機時應仔細考察交換機的各種功能，尤其隨著交換技術的日新月異越來越多的交換機融合了其它網路裝置的新功能，以其超群的效能價格比成為使用者新的寵兒。特別在一些行業使用者中對交換機的選擇更需謹慎和周全。

本文僅結合工作實際和常見的工程案例中對交換機的選擇作一簡述，希望起到拋磚引玉的作用，為廣大讀者在設計網路、選擇和使用寬頻交換機中起到一定的幫助作用。