交換機(jī)工作原理 2009.05.12
一、概述
1993年，局域網(wǎng)交換設(shè)備出現(xiàn)，1994年，國(guó)內(nèi)掀起了交換網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的熱潮。其實(shí)，交換技術(shù)是一個(gè)具有簡(jiǎn)化、低價(jià)、高性能和高端口密集特點(diǎn)的交換產(chǎn)品，體現(xiàn)了橋接技術(shù)的復(fù)雜交換技術(shù)在OSI參考模型的第二層操作。與橋接器一樣，交換機(jī)按每一個(gè)包中的MAC地址相對(duì)簡(jiǎn)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(jī)轉(zhuǎn)發(fā)延遲很小，操作接近單個(gè)局域網(wǎng)性能，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了普通橋接互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)之間的轉(zhuǎn)發(fā)性能。
交換技術(shù)允許共享型和專(zhuān)用型的局域網(wǎng)段進(jìn)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(wèn)題。現(xiàn)在已有以太網(wǎng)、快速以太網(wǎng)、FDDI和ATM技術(shù)的交換產(chǎn)品。類(lèi)似傳統(tǒng)的橋接器，交換機(jī)提供了許多網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)功能。交換機(jī)能經(jīng)濟(jì)地將網(wǎng)絡(luò)分成小的沖突網(wǎng)域，為每個(gè)工作站提供更高的帶寬。協(xié)議的透明性使得交換機(jī)在軟件配置簡(jiǎn)單的情況下直接安裝在多協(xié)議網(wǎng)絡(luò)中；交換機(jī)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(jí)；交換機(jī)對(duì)工作站是透明的，這樣管理開(kāi)銷(xiāo)低廉，簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的增加、移動(dòng)和網(wǎng)絡(luò)變化的操作。利用專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的集成電路可使交換機(jī)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(gè)以太網(wǎng)端口對(duì)含有64個(gè)八進(jìn)制數(shù)的數(shù)據(jù)包，可提供14880bps的傳輸速率。這意味著一臺(tái)具有12個(gè)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(zhuān)用集成電路技術(shù)使得交換器在更多端口的情況下以上述性能運(yùn)行，其端口造價(jià)低于傳統(tǒng)型橋接器。
二、三種交換技術(shù)
1．端口交換
端口交換技術(shù)最早出現(xiàn)在插槽式的集線器中，這類(lèi)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(gè)廣播域），不用網(wǎng)橋或路由連接，網(wǎng)絡(luò)之間是互不相通的。以大主模塊插入后通常被分配到某個(gè)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(gè)網(wǎng)段之間進(jìn)行分配、平衡。根據(jù)支持的程度，端口交換還可細(xì)分為：
·模塊交換：將整個(gè)模塊進(jìn)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(jìn)行網(wǎng)段遷移。
·端口級(jí)交換：支持每個(gè)端口在不同網(wǎng)段之間進(jìn)行遷移。這種交換技術(shù)是基于
OSI第一層上完成的，具有靈活性和負(fù)載平衡能力等優(yōu)點(diǎn)。如果配置得當(dāng)，那么還可以在一定程度進(jìn)行客錯(cuò)，但沒(méi)有改變共享傳輸介質(zhì)的特點(diǎn)，自而未能稱之為真正的交換。
2．幀交換
幀交換是目前應(yīng)用最廣的局域網(wǎng)交換技術(shù)，它通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)傳輸媒介進(jìn)行微分段，提供并行傳送的機(jī)制，以減小沖突域，獲得高的帶寬。一般來(lái)講每個(gè)公司的產(chǎn)品的實(shí)現(xiàn)技術(shù)均會(huì)有差異，但對(duì)網(wǎng)絡(luò)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(jī)只讀出網(wǎng)絡(luò)幀的前14個(gè)字節(jié)，便將網(wǎng)絡(luò)幀傳送到相應(yīng)的端口上。
·存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)：通過(guò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)幀的讀取進(jìn)行驗(yàn)錯(cuò)和控制。
前一種方法的交換速度非常快，但缺乏對(duì)網(wǎng)絡(luò)幀進(jìn)行更高級(jí)的控制，缺乏智能性和安全性，同時(shí)也無(wú)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(shù)作為重點(diǎn)。有的廠商甚至對(duì)網(wǎng)絡(luò)幀進(jìn)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(shí)現(xiàn)，處理速度快，同時(shí)能夠完成高級(jí)控制功能（如美國(guó)MADGE公司的LET集線器），如優(yōu)先級(jí)控制。
3．信元交換
ATM技術(shù)代表了網(wǎng)絡(luò)和通訊技術(shù)發(fā)展的未來(lái)方向，也是解決目前網(wǎng)絡(luò)通信中眾多難題的一劑“良藥”，ATM采用固定長(zhǎng)度53個(gè)字節(jié)的信元交換。由于長(zhǎng)度固定，因而便于用硬件實(shí)現(xiàn)。ATM采用專(zhuān)用的非差別連接，并行運(yùn)行，可以通過(guò)一個(gè)交換機(jī)同時(shí)建立多個(gè)節(jié)點(diǎn)，但并不會(huì)影響每個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的通信能力。ATM還容許在源節(jié)點(diǎn)和目標(biāo)、節(jié)點(diǎn)建立多個(gè)虛擬鏈接，以保障足夠的帶寬和容錯(cuò)能力。ATM采用了統(tǒng)計(jì)時(shí)分電路進(jìn)行復(fù)用，因而能大大提高通道的利用率。ATM的帶寬可以達(dá)到25M、155M、622M甚至數(shù)Gb的傳輸能力。
三、局域網(wǎng)交換機(jī)的種類(lèi)和選擇
局域網(wǎng)交換機(jī)根據(jù)使用的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以分為：
·以大網(wǎng)交換機(jī)；
·令牌環(huán)交換機(jī)；
·FDDI交換機(jī)；
·ATM交換機(jī)；
·快速以太網(wǎng)交換機(jī)等。
如果按交換機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)劃分，可分為：
·臺(tái)式交換機(jī)；
·工作組交換機(jī)；
·主干交換機(jī)；
·企業(yè)交換機(jī)；
·分段交換機(jī)；
·端口交換機(jī)；
·網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)等。
局域網(wǎng)交換機(jī)是組成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的核心設(shè)備。對(duì)用戶而言，局域網(wǎng)交換機(jī)最主要的指標(biāo)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(jī)時(shí)要注意以下事項(xiàng)：
（1）交換端口的數(shù)量；
（2）交換端口的類(lèi)型；
（3）系統(tǒng)的擴(kuò)充能力；
（4）主干線連接手段；
（5）交換機(jī)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(cuò)能力；
（9）能否與現(xiàn)有設(shè)備兼容，順利銜接；
（10）網(wǎng)絡(luò)管理能力。
四、交換機(jī)應(yīng)用中幾個(gè)值得注意的問(wèn)題
1．交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的瓶頸問(wèn)題
交換機(jī)本身的處理速度可以達(dá)到很高，用戶往往迷信廠商宣傳的Gbps級(jí)的高速背板。其實(shí)這是一種誤解，連接入網(wǎng)的工作站或服務(wù)器使用的網(wǎng)絡(luò)是以大網(wǎng)，它遵循CSMA／CD介質(zhì)訪問(wèn)規(guī)則。在當(dāng)前的客戶／服務(wù)器模式的網(wǎng)絡(luò)中多臺(tái)工作站會(huì)同時(shí)訪問(wèn)服務(wù)器，因此非常容易形成服務(wù)器瓶頸。有的廠商已經(jīng)考慮到這一點(diǎn)，在交換機(jī)中設(shè)計(jì)了一個(gè)或多個(gè)高速端口（如3COM的Linkswitch1000可以配置一個(gè)或兩個(gè)100Mbps端口），方便用戶連接服務(wù)器或高速主干網(wǎng)。用戶也可以通過(guò)設(shè)計(jì)多臺(tái)服務(wù)器（進(jìn)行業(yè)務(wù)劃分）或追加多個(gè)網(wǎng)卡來(lái)消除瓶頸。交換機(jī)還可支持生成樹(shù)算法，方便用戶架構(gòu)容錯(cuò)的冗余連接。
2．網(wǎng)絡(luò)中的廣播幀
目前廣泛使用的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)有Netware、Windows NT等，而Lan Server的服務(wù)器是通過(guò)發(fā)送網(wǎng)絡(luò)廣播幀來(lái)向客戶機(jī)提供服務(wù)的。這類(lèi)局域網(wǎng)中廣播包的存在會(huì)大大降低交換機(jī)的效率，這時(shí)可以利用交換機(jī)的虛擬網(wǎng)功能（并非每種交換機(jī)都支持虛擬網(wǎng)）將廣播包限制在一定范圍內(nèi)。
每臺(tái)文交換機(jī)的端口都支持一定數(shù)目的MAC地址，這樣交換機(jī)能夠“記憶”住該端口一組連接站點(diǎn)的情況，廠商提供的定位不同的交換機(jī)端口支持MAC數(shù)也不一樣，用戶使用時(shí)一定要注意交換機(jī)端口的連接端點(diǎn)數(shù)。如果超過(guò)廠商給定的MAC數(shù)，交換機(jī)接收到一個(gè)網(wǎng)絡(luò)幀時(shí)，只有其目的站的MAC地址不存在于該交換機(jī)端口的MAC地址表中，那么該幀會(huì)以廣播方式發(fā)向交換機(jī)的每個(gè)端口。
3．虛擬網(wǎng)的劃分
虛擬網(wǎng)是交換機(jī)的重要功能，通常虛擬網(wǎng)的實(shí)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(shè)置交換機(jī)的端口，使其直接從屬某個(gè)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(shè)置。這種方法雖然比較麻煩，但比較安全，容易配置和維護(hù)。
(2) 動(dòng)態(tài)虛擬網(wǎng)
支持動(dòng)態(tài)虛擬網(wǎng)的端口，可以借助智能管理軟件自動(dòng)確定它們的從屬。端口是通過(guò)借助網(wǎng)絡(luò)包的MAC地址、邏輯地址或協(xié)議類(lèi)型來(lái)確定虛擬網(wǎng)的從屬。當(dāng)一網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)剛連接入網(wǎng)時(shí)，交換機(jī)端口還未分配，于是交換機(jī)通過(guò)讀取網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的MAC地址動(dòng)態(tài)地將該端口劃入某個(gè)虛擬網(wǎng)。這樣一旦網(wǎng)管人員配置好后，用戶的計(jì)算機(jī)可以靈活地改變交換機(jī)端口，而不會(huì)改變?cè)撚脩舻奶摂M網(wǎng)的從屬性，而且如果網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)未定義的MAC地址，則可以向網(wǎng)管人員報(bào)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(shí)訪問(wèn)多個(gè)虛擬網(wǎng)。這樣可以將一臺(tái)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器配置成多個(gè)業(yè)務(wù)部門(mén)（每種業(yè)務(wù)設(shè)置成一個(gè)虛擬網(wǎng)）都可同時(shí)訪問(wèn)，也可以同時(shí)訪問(wèn)多個(gè)虛擬網(wǎng)的資源，還可讓多個(gè)虛擬網(wǎng)間的連接只需一個(gè)路由端口即可完成。但這樣會(huì)帶來(lái)安全上的隱患。虛擬網(wǎng)的業(yè)界規(guī)范正在制定當(dāng)中，因而各個(gè)公司的產(chǎn)品還談不上互操作性。Cisco公司開(kāi)發(fā)了Inter－Switch Link（ISL）虛擬網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，該協(xié)議支持跨骨干網(wǎng)（ATM、FDDI、Fast、Ethernet）的虛擬網(wǎng)。但該協(xié)議被指責(zé)為缺乏安全性上的考慮。傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中使用了大量的共享式Hub，通過(guò)靈活接入計(jì)算機(jī)端口也可以獲得好的效果。
4. 高速局域網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用
快速以太網(wǎng)技術(shù)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(duì)傳輸距離和級(jí)連都有了比較大的限制。通過(guò)100Mbps的交換機(jī)可以打破這些局限。同時(shí)也只有交換機(jī)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(shù)，另外該CDDI／FDDI的端口價(jià)格也呈下降趨勢(shì)，同時(shí)在傳輸距離和安全性方面也有比較大的優(yōu)勢(shì)，因此它是大型網(wǎng)絡(luò)骨干的一種比較好的選擇。3COM的主要交換產(chǎn)品有Linkswitch系列和LANplex系列；BAY的主要交換產(chǎn)品有LattisSwitch2800，BAY tack workgroup、System3O00／5000（提供某些可選交換模塊）；Cisco的主要交換產(chǎn)品有Catalyst 1000／2000／3000／5000系列。三家公司的產(chǎn)品形態(tài)看來(lái)都有相似之處，產(chǎn)品的價(jià)格也比較接近，除了設(shè)計(jì)中要考慮網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的具體需要（強(qiáng)調(diào)端口的搭配合理）外，還需從整體上考慮，例如網(wǎng)管、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用等。隨著ATM技術(shù)的發(fā)展和成熟以及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇，幀交換機(jī)的價(jià)格將會(huì)進(jìn)一步下跌，它將成為工作組網(wǎng)的重要解決方案。
局域網(wǎng)交換機(jī)如何選
在現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中，通過(guò)使用以太交換機(jī)可顯著地提高整個(gè)用戶網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用性能，為此交換機(jī)也愈來(lái)愈受到更多網(wǎng)絡(luò) 用戶的青睞。交換機(jī)設(shè)備除了在速度上給網(wǎng)絡(luò)用戶帶來(lái)優(yōu)勢(shì)外，還可以比傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)共享設(shè)備提供更多的功能。隨著交換機(jī)市 場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的愈趨激烈，交換設(shè)備的價(jià)格亦更加能為用戶所接受。在國(guó)際市場(chǎng)上，交換機(jī)已經(jīng)迅速代替集線器，成為用戶構(gòu)造網(wǎng)絡(luò) 時(shí)的首選。
10/100Mbps的交換機(jī)是目前國(guó)際市場(chǎng)上流行的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。它不僅能提高整體網(wǎng)絡(luò)速度，同時(shí)還能夠與原有 網(wǎng)絡(luò)上舊的10Mbps設(shè)備兼容，使舊的10Mbps以太網(wǎng)設(shè)備無(wú)縫集成到100Mbps快速以太網(wǎng)內(nèi)。10/100 Mbps網(wǎng)卡的迅速普及，使快速以太網(wǎng)的技術(shù)應(yīng)用到工作組中以至于桌面設(shè)備上。自適應(yīng)的10/100Mbps交換機(jī)能 夠同時(shí)支持10Mbps或100Mbps的連接，這使得10/100Mbps的交換機(jī)成為中小型企業(yè)在需要支持混合新 舊技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)中一個(gè)理想的選擇。據(jù)國(guó)外統(tǒng)計(jì)，10/100Mbps交換機(jī)的銷(xiāo)量將由1998年的2100萬(wàn)端口增加到 今年的4700萬(wàn)端口。按端口數(shù)計(jì)算，會(huì)占到70%的以太網(wǎng)設(shè)備。
由于工作組和桌面設(shè)備對(duì)10/100Mbps交換設(shè)備需求的增加，這使得骨干網(wǎng)要能提供更高的速度。千兆以太 網(wǎng)技術(shù)的迅速成熟和市場(chǎng)化，使其成為企業(yè)骨干網(wǎng)的理想技術(shù)選擇。千兆以太網(wǎng)不僅能提供適于網(wǎng)絡(luò)不斷擴(kuò)展的帶寬需要，同 時(shí)它也能平滑的和企業(yè)原有的以太網(wǎng)，快速以太網(wǎng)設(shè)備相結(jié)合。據(jù)專(zhuān)門(mén)的市場(chǎng)預(yù)測(cè)，千兆以太網(wǎng)的交換市場(chǎng)將由1998年的 22萬(wàn)端口增長(zhǎng)到今年的180萬(wàn)端口。大部分千兆以太網(wǎng)的設(shè)備將用來(lái)取代目前很多用戶干網(wǎng)中使用的FDDI網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。 因此，用戶在選擇桌面及工作組交換機(jī)設(shè)備時(shí)考察該交換機(jī)是否可提供千兆位聯(lián)接選擇，該設(shè)備的背板交換速率、幀轉(zhuǎn)發(fā)速率 、緩存空間指標(biāo)，將成為保護(hù)其網(wǎng)絡(luò)設(shè)備投資，使其網(wǎng)絡(luò)適于將來(lái)大數(shù)據(jù)量傳輸?shù)闹匾蛩亍?
今年以來(lái)，各網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品公司紛紛推出交換機(jī)產(chǎn)品，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)交換機(jī)的價(jià)格也越來(lái)越為用戶所接受。但是，眾多的品牌 和系列產(chǎn)品也給用戶帶來(lái)了一定的選擇困難。到底采用什么樣的設(shè)備既能提高網(wǎng)絡(luò)性能，又可以保護(hù)投資恐怕是困擾很多網(wǎng)絡(luò) 管理人員的一個(gè)問(wèn)題。最近，我們對(duì)美國(guó)安奈特(AlliedTelesynInternational)公司新上市的 兩個(gè)系列交換機(jī)產(chǎn)品AT-8200XL和AT-8300系列進(jìn)行了試驗(yàn)比較。最近安奈特中國(guó)公司將其在中國(guó)市場(chǎng)的產(chǎn)品 線由原來(lái)單純的廣域網(wǎng)產(chǎn)品擴(kuò)展到今天廣域網(wǎng)、局域網(wǎng)及光纖變頻器等全線產(chǎn)品。AT-8200XL和AT-8300這兩 個(gè)系列交換機(jī)作為安奈特中國(guó)公司首先推向國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的局域網(wǎng)產(chǎn)品，其份量的確不輕。
AT-8200XL和AT-8300這兩個(gè)系列交換機(jī)均為10/100Mbps自適應(yīng)，具有網(wǎng)管功能，并支持 多至兩個(gè)的可選千兆位上行鏈路模塊。兩個(gè)系列的唯一區(qū)別在于AT-8300系列全部支持堆疊，可以堆疊多至8層。AT -8300系列在使用堆疊模塊AT-STACK8交換矩陣的情況下，每層能做到1.328Gbps的帶寬，捆綁后的能 力可以到4Gbps的連接。很簡(jiǎn)單的在一個(gè)IP設(shè)備上支持多達(dá)192個(gè)端口，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)管理員來(lái)說(shuō)是輕松了很多。這對(duì)于 既要求高端口密度，又要求速度的網(wǎng)絡(luò)用戶來(lái)說(shuō)，無(wú)疑是非常理想的選擇。而AT-8200XL系列則不支持堆疊，對(duì)于不 要求堆疊的用戶，這是非常經(jīng)濟(jì)的選擇。由于可靠性和距離的因素，光纖在局域網(wǎng)中作為骨干的運(yùn)用越來(lái)越廣泛，傳統(tǒng)的光纖 產(chǎn)品一般使用ST或SC全雙工接口。但這兩種接口占用交換機(jī)面板面積比較大，使用時(shí)較麻煩（需要有一對(duì)）。隨著新技術(shù) 的應(yīng)用，市場(chǎng)上出現(xiàn)了新型的MT-RJ和VF-45光纖接口。這兩種接口比傳統(tǒng)的ST/SC接口小一半，可以在一個(gè)設(shè) 備上提高端口密度。我們看到，這次安奈特的兩個(gè)系列交換機(jī)中，已經(jīng)推出了業(yè)屆領(lǐng)先的新型的MT-RJ和VF-45光纖 接口的產(chǎn)品。這兩個(gè)系列交換機(jī)背板交換速率為16Gbps，幀轉(zhuǎn)發(fā)率能達(dá)到950萬(wàn)pps。
AT-8200XL和AT-8300系列以太網(wǎng)交換機(jī)為用戶提供最佳的性能和最豐富的功能。其端口緩存高于目 前市場(chǎng)上同類(lèi)交換機(jī)產(chǎn)品所支持的指標(biāo)，從而可解決目前某些網(wǎng)絡(luò)在數(shù)據(jù)流量增大時(shí)嚴(yán)重丟幀的問(wèn)題。由于采用最先進(jìn)的硬件 平臺(tái)和高度集成的ASIC技術(shù)，AT-8200XL和AT-8300系列能達(dá)到全線速數(shù)據(jù)包交換——200Mbps帶 寬和全雙工模式。這兩個(gè)系列每款產(chǎn)品均有兩個(gè)擴(kuò)展插槽。擴(kuò)展槽能使用千兆位級(jí)連模塊，100兆光纖模塊，10/100 兆銅纜模塊等，用戶可以靈活任意組合使用這些模塊。千兆位模塊包括LX和SX版本。２端口的100FX光纖模塊不僅有 傳統(tǒng)的SC全雙工接口，還有新的MT-RJ和VF-45光纖接口。
此外，在這兩個(gè)系列產(chǎn)品種，16端口型號(hào)除了銅纜或光纖的版本外還包括有兩個(gè)混合介質(zhì)版本。同時(shí)也有48v電 壓版本。AT-8288XL則包括8個(gè)100TX端口，8個(gè)100FX端口（SC/MT-RJ）。AT-D8224X L是48v電壓版本，主要客戶面向電信運(yùn)營(yíng)商。（電信運(yùn)營(yíng)商要求在斷電后，后備電源盡可能支持較長(zhǎng)時(shí)間。）可以說(shuō)，安奈特公司的這兩個(gè)系列產(chǎn)品可運(yùn)用的領(lǐng)域還是非常廣的。
以太網(wǎng)交換機(jī)的參數(shù)剖析
交換機(jī)（Switch）性能的好壞將直接影響到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，因此了解一下交換機(jī)參數(shù)不僅是必要的，更有助于您更好地作出符合實(shí)際需要的選擇。目前，ATM交換機(jī)的價(jià)格居高不下，并且主要應(yīng)用在大型網(wǎng)絡(luò)的骨干網(wǎng)或者廣域網(wǎng)中，所以，我們將討論的重點(diǎn)集中在以太網(wǎng)交換機(jī)的參數(shù)剖析。
背板帶寬與端口速率的選擇
交換機(jī)的端口速率已經(jīng)從10M、100M提高到現(xiàn)在的1000M，已經(jīng)有人提出了兆兆位交換機(jī)的概念。從目前網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的熱點(diǎn)來(lái)看，10兆交換機(jī)已經(jīng)淡出市場(chǎng)。另外，由于10/100兆自適應(yīng)網(wǎng)卡的價(jià)格大幅降低，使用戶能夠在桌面上享受到快速以太網(wǎng)技術(shù)，進(jìn)而越來(lái)越多的用戶在主干上將使用千兆以太網(wǎng)交換技術(shù)。1000M交換機(jī)一般應(yīng)用在大型網(wǎng)絡(luò)的骨干網(wǎng)中，與ATM一樣，為用戶提供高速的主干帶寬。100M交換機(jī)將在中小型網(wǎng)絡(luò)的主干中發(fā)揮作用，或者在大型網(wǎng)絡(luò)中扮演二級(jí)交換機(jī)的角色。
對(duì)于100M交換機(jī)來(lái)說(shuō)，還有一種常見(jiàn)的參數(shù)是速率的自動(dòng)適配，即交換機(jī)的端口速率可以與網(wǎng)卡匹配，決定是以10M速率還是以100M速率連接。
雖然端口速率很重要，但是，影響交換速度的因素除了端口每秒吞吐多少數(shù)據(jù)包的能力外，還有：（1）背板帶寬：當(dāng)然是越寬越好，它將為您的交換機(jī)在高負(fù)荷下提供高速交換；（2）包轉(zhuǎn)發(fā)率：即交換機(jī)每秒轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的數(shù)量。
交換方式
我們知道，交換機(jī)將每一個(gè)端口都掛在一條帶寬很高的背板總線（Core Bus）上，背板總線與交換引擎（Switch Engining）相連，由端口進(jìn)來(lái)的封裝數(shù)據(jù)包經(jīng)背板總線進(jìn)入交換引擎。交換機(jī)通過(guò)三種方式進(jìn)行數(shù)據(jù)包的交換：
Cut through：封裝數(shù)據(jù)包進(jìn)入交換引擎后，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)丟到背板總線上，再送到目的端口，這種交換方式交換速度快，但容易出現(xiàn)丟包現(xiàn)象；
Store ＆ Forward：封裝數(shù)據(jù)包進(jìn)入交換引擎后被存在一個(gè)緩沖區(qū)，由交換引擎轉(zhuǎn)發(fā)到背板總線上，這種交換方式克服了丟包現(xiàn)象，但降低了交換速度；
Fragment Free：介于上述兩者之間的一種解決方案。
當(dāng)然，不是所有的交換機(jī)都支持上述三種交換方式，有些交換機(jī)只支持前面兩種交換方式，并不支持Fragment Free。
模塊化還是固定配置？
目前，市場(chǎng)上的交換機(jī)從設(shè)計(jì)理念上講只有兩種：一種是機(jī)箱式交換機(jī)（也稱為模塊化交換機(jī)），另一種是獨(dú)立式固定配置交換機(jī)。
機(jī)箱式交換機(jī)最大的特色就是具有很強(qiáng)的可擴(kuò)展性，它能提供一系列擴(kuò)展模塊，諸如千兆以太網(wǎng)模塊、FDDI模塊、ATM模塊、快速以太網(wǎng)模塊、令牌環(huán)模塊等等，所以能夠?qū)⒕哂胁煌瑓f(xié)議、不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)。它最大的缺點(diǎn)就是價(jià)格昂貴。機(jī)箱式交換機(jī)一般作為骨干交換機(jī)來(lái)使用。
固定配置交換機(jī)，一般具有固定端口的配置，比如Cisco的Catalyst 1900/ 2900交換機(jī)，3Com的SuperStack Ⅱ系列，Bay的BayStack 350/ 450交換機(jī)等。固定配置交換機(jī)的可擴(kuò)充性顯然不如機(jī)箱式交換機(jī)，但是成本卻要低得多。
所以，在選擇交換機(jī)時(shí)應(yīng)按照需要和經(jīng)費(fèi)來(lái)綜合考慮是到底購(gòu)買(mǎi)機(jī)箱式還是固定配置的交換機(jī)。一般來(lái)說(shuō)，大型網(wǎng)絡(luò)的中心交換機(jī)應(yīng)考慮其擴(kuò)充性和冗余性，適合采用機(jī)箱式交換機(jī)；而二級(jí)交換機(jī)或者中小型網(wǎng)絡(luò)的主干則可采用簡(jiǎn)單明了的獨(dú)立式交換機(jī)。
專(zhuān)用芯片與通用芯片
一臺(tái)交換機(jī)實(shí)際上就是一臺(tái)計(jì)算機(jī)，因此也有自己的處理器（CPU）。在100M/1000M交換機(jī)中，處理器的任務(wù)十分繁重。有些交換機(jī)的生產(chǎn)廠商，采用通用的CPU芯片，由于通用CPU芯片不是專(zhuān)為交換機(jī)設(shè)計(jì)的，所以工作效率比較低，如果多個(gè)端口同時(shí)工作，則會(huì)引起丟包、堵塞等狀況發(fā)生。
大多數(shù)交換機(jī)生產(chǎn)廠商，采用自己專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的ASIC芯片。這種芯片由于是針對(duì)交換機(jī)而設(shè)計(jì)的，效率比較高。所以，在選用交換機(jī)時(shí)，要特別注意交換機(jī)是否采用了ASIC專(zhuān)用芯片。
您需要哪一種VLAN？
為了減少碰撞和廣播風(fēng)暴、增強(qiáng)安全性，用戶通常要求交換機(jī)具有劃分VLAN功能，也就是說(shuō)，在交換機(jī)上實(shí)現(xiàn)劃分子網(wǎng)。VLAN是一組可以互換單一播送數(shù)據(jù)包的交換機(jī)上的端口。當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)包從一個(gè)屬于某VLAN的端口進(jìn)行廣播時(shí)，交換機(jī)收到數(shù)據(jù)包，然后將它拷貝到這一VLAN所包括的所有端口上。
一般來(lái)說(shuō)，不同VLAN之間是不能互相通信的，但是有些交換機(jī)支持一個(gè)端口既可以屬于這個(gè)VLAN，又可以屬于另外一個(gè)VLAN。
一些交換機(jī)依賴于附加的用于交換機(jī)之間進(jìn)行VLAN信息通信的協(xié)議，允許一個(gè)VLAN跨越到多臺(tái)交換機(jī)的端口上。
VLAN的劃分方式通常有如下幾種：最早的VLAN劃分是基于端口（Port Based ）的，即通過(guò)端口來(lái)劃分VLAN；現(xiàn)在的交換機(jī)還支持通過(guò)MAC地址（MAC Based ）和IP地址（Protocol Based ）來(lái)劃分VLAN；一些較新的交換機(jī)，還可以通過(guò)策略服務(wù)(Policy Servie)來(lái)管理VLAN，進(jìn)一步簡(jiǎn)化了VLAN的劃分和管理。
大部分交換機(jī)VLAN都遵循IEEE 802.1Q標(biāo)準(zhǔn)，有些交換機(jī)則遵循CGMP （Cisco Group Management Protocol）專(zhuān)有標(biāo)準(zhǔn)。
第三層交換還是第四層交換?
用戶在第二層交換機(jī)上劃分子網(wǎng)（VLAN），其子網(wǎng)之間的通信有賴于路由器的溝通，這就是傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的做法。路由器的低效率和大時(shí)延使之成為網(wǎng)絡(luò)流量的瓶頸。于是一種同時(shí)具有第二層交換機(jī)和第三層路由器功能，并且其時(shí)延大大小于傳統(tǒng)路由器的全新設(shè)備應(yīng)運(yùn)而生了。這就是第三層交換機(jī)。第三層交換機(jī)適用在有多個(gè)子網(wǎng)而不同的子網(wǎng)之間需要互通的場(chǎng)合，例如大型企業(yè)網(wǎng)或者校園網(wǎng)的骨干交換機(jī)。
值得一提的是，第三層交換的實(shí)現(xiàn)技術(shù)目前還沒(méi)有公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)，不同的廠商有不同的作法，例如：ATM論壇的MPOA、3Com的Fast IP、Cisco的Tag Switch、Ascend的IP Navigator等，當(dāng)然，還有極具發(fā)展?jié)摿Φ腗PLS。
有些第三層交換機(jī)具有通過(guò)辨別第四層協(xié)議端口的能力，有人就將其稱為第四層交換機(jī)。從根本上來(lái)說(shuō)，第四層交換實(shí)際上就是一種第三層交換，不過(guò)是有一些增值的軟件。第四層交換實(shí)際上不在傳輸層上工作，它還是在第三層上進(jìn)行交換操作，只不過(guò)是對(duì)第三層交換更加敏感而已。
交換機(jī)之間的連接
需要交換機(jī)之間互相連接嗎？有人認(rèn)為用一根交叉的雙絞線（1、2和3、6對(duì)調(diào)）將它們連接起來(lái)就萬(wàn)事大吉了，其實(shí)不然，交換機(jī)之間的連接還要考慮冗余和因此引起的帶寬瓶頸問(wèn)題。
冗余連接突破瓶頸
我們知道，在以太網(wǎng)環(huán)境下是不允許出現(xiàn)環(huán)路的，生成樹(shù)（Spanning Tree）則可以在交換機(jī)之間實(shí)現(xiàn)冗余連接又避免出現(xiàn)環(huán)路。當(dāng)然，這要求交換機(jī)支持Spanning Tree。
不過(guò)，Spanning Tree冗余連接的工作方式是Stand By，也就是說(shuō)，除了一條鏈路工作外，其余鏈路實(shí)際上是處于待機(jī)（Stand By）狀態(tài)，這顯然影響傳輸?shù)男?。一些最新的技術(shù)，例如FEC（Fast Ethernet Channel）、ALB（Advanced Load Balancing）和Port Trunking 技術(shù)，則可以允許每條冗余連接鏈路實(shí)現(xiàn)負(fù)載分擔(dān)。其中FEC和ALB技術(shù)是用來(lái)實(shí)現(xiàn)交換機(jī)與服務(wù)器之間的連接（Server to Switch），而Port Trunking技術(shù)則是實(shí)現(xiàn)交換機(jī)之間的連接（Switch to Switch）。通過(guò)Port Trunking的冗余連接，交換機(jī)之間可以實(shí)現(xiàn)幾倍于線速帶寬的連接。
堆疊
提供堆疊接口的交換機(jī)之間可以通過(guò)專(zhuān)用的堆疊線連接起來(lái)。通常，堆疊的帶寬是交換機(jī)端口速率的幾十倍，例如，一臺(tái)100M交換機(jī)，堆疊后兩臺(tái)交換機(jī)之間的帶寬可以達(dá)到幾百兆甚至上千兆。多臺(tái)交換機(jī)的堆疊是靠一個(gè)提供背板總線帶寬的多口堆疊母模塊與單口的堆疊子模塊相聯(lián)實(shí)現(xiàn)的，并插入不同的交換機(jī)實(shí)現(xiàn)交換機(jī)的堆疊。 上聯(lián) 交換機(jī)可以通過(guò)上聯(lián)端口實(shí)現(xiàn)與骨干交換機(jī)的連接。例如，一臺(tái)具有24個(gè)10M和1個(gè)100M端口的交換機(jī)，就可以通過(guò)100M端口與100M主干交換機(jī)實(shí)現(xiàn)100M速率的連接。
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