交換機中的工作原理以及種類的區分(轉)

交換機中的工作原理以及種類的區分(轉)[@more@]

　　許多新型的Client／Server應用程式以及多媒體技術的出現，導致了傳統 的共享式網路遠遠不能滿足要求，這也就推動了區域網交換機的出現。

　　1、交換機的定義

　　區域網交換機擁有許多埠，每個埠有自己的專用頻寬，並且可以連線不同的網段。交換機各個埠之間的通訊是同時的、並行的，這就大大提高了資訊吞吐量。為了進一步提高效能，每個埠還可以只連線一個裝置。

　　為了實現交換機之間的互連或與高檔伺服器的連線，區域網交換機一般擁有一個或幾個高速埠，如100M乙太網埠、FDDI埠或155M ATM埠，從而保證整個網路的傳輸效能。

　　2、交換機的特性

　　透過集線器共享區域網的使用者不僅是共享頻寬，而且是競爭頻寬。可能由於個別使用者需要更多的頻寬而導致其他使用者的可用頻寬相對減少，甚至被迫等待，因而也就耽誤了通訊和資訊處理。利用交換機的網路微分段技術，可以將一個大型的共享式區域網的使用者分成許多獨立的網段，減少競爭頻寬的使用者數量，增加每個使用者的可用頻寬，從而緩解共享網路的擁擠狀況。由於交換機可以將資訊迅速而直接地送到目的地能大大提高速度和頻寬，能 保護使用者以前在介質方面的投資，並提供良好的可擴充套件性，因此交換機不但是網橋的理想替代物，而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效能：

　　（1）透過支援並行通訊，提高了交換機的資訊吞吐量。

　　（2）將傳統的一個大區域網上的使用者分成若干工作組，每個埠連線一臺裝置 或連線一個工作組，有效地解決擁擠現像。這種方法人們稱之為網路微分 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。我們將在後面專門介紹虛擬網。

　　（4）埠密度可以與集線器相媲美,一般的網路系統都是有一個或幾個伺服器，而絕大部分都是普通的客戶機。客戶機都需要訪問伺服器，這樣就導致伺服器的通訊和事務處理能力成為整個網路效能好壞的關鍵。

　　交換機就主要從提高連線伺服器的埠的速率以及相應的幀緩衝區的大小，來提高整個網路的效能，從而滿足使用者的要求。一些高檔的交換機還採用全雙工技術進一步提高階口的頻寬。以前的網路裝置基本上都是採用半雙工的工作方式，即當一臺主機傳送資料包的時候， 它就不能接收資料包，當接收資料包的時候，就不能傳送資料包。由於採用全雙工技術，即主機在傳送資料包的同時，還可以接收資料包，普通的10M埠就可以變成20M埠，普通的100M埠就可以變成200M 埠，這樣就進一步提高了資訊吞吐量。

　　3、交換機的工作原理

　　傳統的交換機本質上是具有流量控制能力的多埠網橋，即傳統的（二層） 交換機。把路由技術引入交換機，可以完成網路層路由選擇，故稱為三層交換，這是交換機的新進展。交換機（二層交換）的工作原理交換機和網橋一樣，是工作在鏈路層的聯網裝置，它的各個埠都具有橋接功能，每個埠可以連線一個LAN或一臺高效能網站或伺服器，能夠透過自學習來了解每個埠的裝置連線情況。所有埠由專用處理器進行控制，並經過控制管理匯流排轉發資訊。

　　同時可以用專門的網管軟體進行集中管理。 除此之外，交換機為了提高資料交換的速度和效率，一般支援多種方式。

　　（1）儲存轉發：

　　所有常規網橋都使用這種方法。它們在將資料幀發柱其他埠之前，要把收到的幀完全儲存在內部的儲存器中，對其檢驗後再發往其他埠，這樣其延時等於接收一個完整的資料幀的時間及處理時間的總和。如果級聯很長時，會導致嚴重的效能問題，但這種方法可以過濾掉錯誤的資料幀。

　　（2）切入法：

　　這種方法只檢驗資料幀的目標地址，這使得資料幀幾乎馬上就 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。錯誤幀的機率較小的情況下，可以採用切入法以提高傳輸速度。而錯誤幀的機率較大的情況下，可以採用儲存轉發法／以減少錯誤幀的重傳。

　　4、交換機的配置

　　我們下面以Cisco公司的Catlystl900交換機為例，介紹交換機的一般配置過程。

　　對一臺新的Catlystl900交換機，使用它的預設配置就可以工作了。這因為它是一種將軟體裝在FlashMemory中的硬體裝置，當加電時，它首先要進行一系列自檢，對所有埠進行測試之後，交換機就處於工作狀態。這時它的交換表是空的，它可以透過自學習來了解各個埠的裝置連線情況，並將裝置的 MAC地址記錄在交換表中，當有資訊交換時，交換機就根據交換表來進行資料轉發。

　　但為了便於對它進行網路管理，Catlystl900交換機自己有一個MAC地址，這樣就可以為它分配一個IP地址和遮蔽碼。網路管理員須透過交換機的串列埠接一臺終端或模擬終端，才能為它指定一個IP地址，其預設值是0．0．0．0。指定IP地址以後，網路管理員就可以透過網路進行遠端管理了。Catlystl900交換機的配置介面是選單形式，預設配置下，它的所有埠都屬於同一個VLAN，很多情況下都不需要作什麼修改。

　　（1）將微機串列埠透過RS一232電纜與Cata1yst1900的Console口連線，執行模擬終端軟體，Catalyst 1900 啟動後。

　　（2）回車後，進入主選單：

　　（3）按“S”鍵，進入系統配置選單：（配置系統名，位置，日期）

　　（4）在主選單中按“N”鍵進入網路管理選單

　　（5）配置IP地置

　　（6）配置SNMP引數

　　5、交換機的種類

　　交換機是資料鏈路層裝置，它可將多個物理LAN網段連線到一個大型網路上，與網路類似交換機傳輸和溢位也是基於MAC地址的傳輸。由於交換機是用硬體實現的，因此，傳輸速度很快。傳輸資料包時，交換機要麼使用儲存---轉發交換方式，要麼使用斷---通交換方式。目前有許多型別的交換機，其中包括ATM交換機，LAN交換機和不同型別的WAN交換機。

　　ATM交換機

　　ATM（Asynchronous Transfer Mode）交換機為工作組，企業網路中樞以及其它眾多領域提供了高速交換資訊和可伸縮頻寬的能力。ATM交換機支援語音，影片和文字資料應用，並可用來交換固定長度的資訊單位（有時也稱元素）。企業網路是透過ATM中樞鏈路連線多個LAN組成的。

　　區域網交換機

　　LAN交換機用於多LAN網段的相互連線，它在網路裝置之間進行專用的無衝突的通訊，同時支援多個裝置間的對話。LAN交換機主要是用於高速交換資料幀。透過LAN交換機將一個0Mbps乙太網與一個100Mbps 乙太網互聯。