交換機(jī)的工作原理以及種類的區(qū)分

　　1、交換機(jī)的定義

　　局域網(wǎng)交換機(jī)擁有許多端口，每個(gè)端口有自己的專用帶寬，并且可以連接不同的網(wǎng)段。交換機(jī)各個(gè)端口之間的通信是同時(shí)的、并行的，這就大大提高了信息吞吐量。為了進(jìn)一步提高性能，每個(gè)端口還可以只連接一個(gè)設(shè)備。

　　為了實(shí)現(xiàn)交換機(jī)之間的互連或與高檔服務(wù)器的連接，局域網(wǎng)交換機(jī)一般擁有一個(gè)或幾個(gè)高速端口，如100MB以太網(wǎng)端口、FDDI端口或155MB ATM端口，從而保證整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的傳輸性能。

　　2、交換機(jī)的特性

　　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(jìng)爭(zhēng)帶寬?？赡苡捎趥€(gè)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(duì)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(jī)的網(wǎng)絡(luò)微分段技術(shù)，可以將一個(gè)大型的共享式局域網(wǎng)的用戶分成許多獨(dú)立的網(wǎng)段，減少競(jìng)爭(zhēng)帶寬的用戶數(shù)量，增加每個(gè)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(jī)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(hù)用戶以前在介質(zhì)方面的投資，并提供良好的可擴(kuò)展性，因此交換機(jī)不但是網(wǎng)橋的理想替代物，而且是集線器的理想替代物。

　　與網(wǎng)橋和集線器相比，交換機(jī)從下面幾方面改進(jìn)了性能：

　?。?）通過支持并行通信，提高了交換機(jī)的信息吞吐量。

　?。?）將傳統(tǒng)的一個(gè)大局域網(wǎng)上的用戶分成若干工作組，每個(gè)端口連接一臺(tái)設(shè)備 或連接一個(gè)工作組，有效地解決擁擠現(xiàn)像。這種方法人們稱之為網(wǎng)絡(luò)微分 段（Micro一segmentation）技術(shù)。

　?。?）虛擬網(wǎng)（VirtuaI LAN）技術(shù)的出現(xiàn)，給交換機(jī)的使用和管理帶來了更大 的靈活性。我們將在后面專門介紹虛擬網(wǎng)。

　?。?）端口密度可以與集線器相媲美,一般的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)都是有一個(gè)或幾個(gè)服務(wù)器，而絕大部分都是普通的客戶機(jī)?？蛻魴C(jī)都需要訪問服務(wù)器，這樣就導(dǎo)致服務(wù)器的通信和事務(wù)處理能力成為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)性能好壞的關(guān)鍵。

　　交換機(jī)就主要從提高連接服務(wù)器的端口的速率以及相應(yīng)的幀緩沖區(qū)的大小，來提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的性能，從而滿足用戶的要求。一些高檔的交換機(jī)還采用全雙工技術(shù)進(jìn)一步提高端口的帶寬。以前的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備基本上都是采用半雙工的工作方式，即當(dāng)一臺(tái)主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)包的時(shí)候， 它就不能接收數(shù)據(jù)包，當(dāng)接收數(shù)據(jù)包的時(shí)候，就不能發(fā)送數(shù)據(jù)包。由于采用全雙工技術(shù)，即主機(jī)在發(fā)送數(shù)據(jù)包的同時(shí)，還可以接收數(shù)據(jù)包，普通的10M端口就可以變成20M端口，普通的100M端口就可以變成200M 端口，這樣就進(jìn)一步提高了信息吞吐量。

　　3、交換機(jī)的工作原理

　　傳統(tǒng)的交換機(jī)本質(zhì)上是具有流量控制能力的多端口網(wǎng)橋，即傳統(tǒng)的（二層） 交換機(jī)。把路由技術(shù)引入交換機(jī)，可以完成網(wǎng)絡(luò)層路由選擇，故稱為三層交換，這是交換機(jī)的新進(jìn)展。交換機(jī)（二層交換）的工作原理交換機(jī)和網(wǎng)橋一樣，是工作在鏈路層的聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，它的各個(gè)端口都具有橋接功能，每個(gè)端口可以連接一個(gè)LAN或一臺(tái)高性能網(wǎng)站或服務(wù)器，能夠通過自學(xué)習(xí)來了解每個(gè)端口的設(shè)備連接情況。所有端口由專用處理器進(jìn)行控制，并經(jīng)過控制管理總線轉(zhuǎn)發(fā)信息。

　　同時(shí)可以用專門的網(wǎng)管軟件進(jìn)行集中管理。 除此之外，交換機(jī)為了提高數(shù)據(jù)交換的速度和效率，一般支持多種方式。

　?。?）存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)：

　　所有常規(guī)網(wǎng)橋都使用這種方法。它們?cè)趯?shù)據(jù)幀發(fā)柱其他端口之前，要把收到的幀完全存儲(chǔ)在內(nèi)部的存儲(chǔ)器中，對(duì)其檢驗(yàn)后再發(fā)往其他端口，這樣其延時(shí)等于接收一個(gè)完整的數(shù)據(jù)幀的時(shí)間及處理時(shí)間的總和。如果級(jí)聯(lián)很長(zhǎng)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的性能問題，但這種方法可以過濾掉錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)幀。

　?。?）切入法：

　　這種方法只檢驗(yàn)數(shù)據(jù)幀的目標(biāo)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(shí)。

　　其缺點(diǎn)是：錯(cuò)誤幀也會(huì)被傳出去。錯(cuò)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。而錯(cuò)誤幀的概率較大的情況下，可以采用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)法／以減少錯(cuò)誤幀的重傳。

　　4、交換機(jī)的配置

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

　　對(duì)一臺(tái)新的Catlystl900交換機(jī)，使用它的缺省配置就可以工作了。這因?yàn)樗且环N將軟件裝在FlashMemory中的硬件設(shè)備，當(dāng)加電時(shí)，它首先要進(jìn)行一系列自檢，對(duì)所有端口進(jìn)行測(cè)試之后，交換機(jī)就處于工作狀態(tài)。這時(shí)它的交換表是空的，它可以通過自學(xué)習(xí)來了解各個(gè)端口的設(shè)備連接情況，并將設(shè)備的 MAC地址記錄在交換表中，當(dāng)有信息交換時(shí)，交換機(jī)就根據(jù)交換表來進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。

　　但為了便于對(duì)它進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)管理，Catlystl900交換機(jī)自己有一個(gè)MAC地址，這樣就可以為它分配一個(gè)IP地址和屏蔽碼。網(wǎng)絡(luò)管理員須通過交換機(jī)的串口接一臺(tái)終端或仿真終端，才能為它指定一個(gè)IP地址，其缺省值是0．0．0．0。指定IP地址以后，網(wǎng)絡(luò)管理員就可以通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程管理了。Catlystl900交換機(jī)的配置界面是菜單形式，缺省配置下，它的所有端口都屬于同一個(gè)VLAN，很多情況下都不需要作什么修改。

　?。?）將微機(jī)串口通過RS一232電纜與Cata1yst1900的Console口連接，運(yùn)行仿真終端軟件，Catalyst 1900 啟動(dòng)后。

　?。?）回車后，進(jìn)入主菜單。

　　（3）按“S”鍵，進(jìn)入系統(tǒng)配置菜單：（配置系統(tǒng)名，位置，日期）。

　?。?）在主菜單中按“N”鍵進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)管理菜單。

　?。?）配置IP地置。

　?。?）配置SNMP|0">SNMP參數(shù)。

　　5、交換機(jī)的種類

　　交換機(jī)是數(shù)據(jù)鏈路層設(shè)備，它可將多個(gè)物理LAN網(wǎng)段連接到一個(gè)大型網(wǎng)絡(luò)上，與網(wǎng)絡(luò)類似交換機(jī)傳輸和溢出也是基于MAC地址的傳輸。由于交換機(jī)是用硬件實(shí)現(xiàn)的，因此，傳輸速度很快。傳輸數(shù)據(jù)包時(shí)，交換機(jī)要么使用存儲(chǔ)---轉(zhuǎn)發(fā)交換方式，要么使用斷---通交換方式。目前有許多類型的交換機(jī)，其中包括ATM交換機(jī)，LAN交換機(jī)和不同類型的WAN交換機(jī)。

　　ATM交換機(jī)

　　ATM（Asynchronous Transfer Mode）交換機(jī)為工作組，企業(yè)網(wǎng)絡(luò)中樞以及其它眾多領(lǐng)域提供了高速交換信息和可伸縮帶寬的能力。ATM交換機(jī)支持語(yǔ)音，視頻和文本數(shù)據(jù)應(yīng)用，并可用來交換固定長(zhǎng)度的信息單位（有時(shí)也稱元素）。企業(yè)網(wǎng)絡(luò)是通過ATM中樞鏈路連接多個(gè)LAN組成的。

　　局域網(wǎng)交換機(jī)

　　LAN交換機(jī)用于多LAN網(wǎng)段的相互連接，它在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間進(jìn)行專用的無沖突的通信，同時(shí)支持多個(gè)設(shè)備間的對(duì)話。LAN交換機(jī)主要是用于高速交換數(shù)據(jù)幀。通過LAN交換機(jī)將一個(gè)10Mbps以太網(wǎng)與一個(gè)100Mbps 以太網(wǎng)互聯(lián)。