網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的概念和原理

交換(switching)是按照通信兩端傳輸信息的需要，用人工或設(shè)備自動完成的方法。把要傳輸?shù)男畔⑺偷椒弦蟮南鄳?yīng)路由上的技術(shù)統(tǒng)稱。廣義的交換機(jī)(switch)就是一種在通信系統(tǒng)中完成信息交換功能的設(shè)備。

在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，交換概念的提出是對于共享工作模式的改進(jìn)。我們以前介紹過的HUB集線器就是一種共享設(shè)備，HUB本身不能識別目的地址，當(dāng)同一局域網(wǎng)內(nèi)的A主機(jī)給B主機(jī)傳輸數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)包在以HUB為架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)上是以廣播方式傳輸?shù)摹Ｓ擅恳慌_終端通過驗(yàn)證數(shù)據(jù)包頭的地址信息來確定是否接收。也就是說，在這種工作方式下，同一時刻網(wǎng)絡(luò)上只能傳輸一組數(shù)據(jù)幀的通訊，如果發(fā)生碰撞還得重試。這種方式就是共享網(wǎng)絡(luò)帶寬。

交換機(jī)擁有一條很高帶寬的背部總線和內(nèi)部交換矩陣。交換機(jī)的所有的端口都掛接在這條背部總線上，控制電路收到數(shù)據(jù)包以后，處理端口會查找內(nèi)存中的地址對照表以確定目的MAC(網(wǎng)卡的硬件地址)的NIC(網(wǎng)卡)掛接在哪個端口上。通過內(nèi)部交換矩陣迅速將數(shù)據(jù)包傳送到目的端口，目的MAC若不存在才廣播到所有的端口，接收端口回應(yīng)后交換機(jī)會“學(xué)習(xí)”新的地址，并把它添加入內(nèi)部MAC地址表中。

使用交換機(jī)也可以把網(wǎng)絡(luò)“分段”，通過對照MAC地址表，交換機(jī)只允許必要的網(wǎng)絡(luò)流量通過交換機(jī)。通過交換機(jī)的過濾和轉(zhuǎn)發(fā)，可以有效地隔離廣播風(fēng)暴，減少誤包和錯包的出現(xiàn)，避免共享沖突。

交換機(jī)在同一時刻可進(jìn)行多個端口對之間的數(shù)據(jù)傳輸。每一端口都可視為獨(dú)立的網(wǎng)段，連接在其上的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備獨(dú)自享有全部的帶寬。無須同其他設(shè)備競爭使用。當(dāng)節(jié)點(diǎn)A向節(jié)點(diǎn)D發(fā)送數(shù)據(jù)時，節(jié)點(diǎn)B可同時向節(jié)點(diǎn)C發(fā)送數(shù)據(jù)，而且這兩個傳輸都享有網(wǎng)絡(luò)的全部帶寬。都有著自己的虛擬連接。假使這里使用的是10Mbps的以太網(wǎng)交換機(jī)，那么該交換機(jī)這時的總流通量就等于2×10Mbps=20Mbps，而使用10Mbps的共享式HUB時，一個HUB的總流通量也不會超出10Mbps。

交換機(jī)是一種基于MAC地址識別，能完成封裝轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包功能的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。交換機(jī)可以“學(xué)習(xí)”MAC地址，并把其存放在內(nèi)部地址表中，通過在數(shù)據(jù)幀的始發(fā)者和目標(biāo)接收者之間建立臨時的交換路徑，使數(shù)據(jù)幀直接由源地址到達(dá)目的地址。

網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的主要功能

交換機(jī)的主要功能包括物理編址、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、錯誤校驗(yàn)、幀序列以及流控。目前交換機(jī)還具備了一些新的功能，如對VLAN(虛擬局域網(wǎng))的支持、對鏈路匯聚的支持，甚至有的還具有防火墻的功能。

學(xué)習(xí)：以太網(wǎng)交換機(jī)了解每一端口相連設(shè)備的MAC地址，并將地址同相應(yīng)的端口映射起來存放在交換機(jī)緩存中的MAC地址表中。

轉(zhuǎn)發(fā)，過濾：當(dāng)一個數(shù)據(jù)幀的目的地址在MAC地址表中有映射時。它被轉(zhuǎn)發(fā)到連接目的節(jié)點(diǎn)的端口而不是所有端口(如該數(shù)據(jù)幀為廣播，組播幀則轉(zhuǎn)發(fā)至所有端口)。

消除回路：當(dāng)交換機(jī)包括一個冗余回路時，以太網(wǎng)交換機(jī)通過生成樹協(xié)議避免回路的產(chǎn)生，同時允許存在后備路徑。

交換機(jī)除了能夠連接同種類型的網(wǎng)絡(luò)之外，還可以在不同類型的網(wǎng)絡(luò)(如以太網(wǎng)和快速以太網(wǎng))之間起到互連作用。如今許多交換機(jī)都能夠提供支持快速以太網(wǎng)或FDDI等的高速連接端口，用于連接網(wǎng)絡(luò)中的其它交換機(jī)或者為帶寬占用量大的關(guān)鍵服務(wù)器提供附加帶寬。

一般來說，交換機(jī)的每個端口都用來連接一個獨(dú)立的網(wǎng)段，但是有時為了提供更快的接入速度，我們可以把一些重要的網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)直接連接到交換機(jī)的端口上。這樣，網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵服務(wù)器和重要用戶就擁有更快的接入速度，支持更大的信息流量。

網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的連接方式

交換機(jī)是一種最為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備。它一般是不需要任何軟件配置即可使用的一種純硬件式設(shè)備。單個交換機(jī)與網(wǎng)絡(luò)的連接，相信讀者朋友們已經(jīng)能夠掌握。本文主要介紹多臺交換機(jī)在網(wǎng)絡(luò)中同時使用時的連接問題。

多臺交換機(jī)的連接方式無外乎兩種：級聯(lián)或者堆疊。下面針對這兩種連接方式，分別介紹實(shí)現(xiàn)原理及詳細(xì)的連接過程。

1.交換機(jī)級聯(lián)

這是最常用的一種多臺交換機(jī)連接方式，它通過交換機(jī)上的級聯(lián)口(Upunk)進(jìn)行連接。需要注意的是交換機(jī)不能無限制級聯(lián)，超過一定數(shù)量的交換機(jī)進(jìn)行級聯(lián)。最終會引起廣播風(fēng)暴，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)性能嚴(yán)重下降。級聯(lián)又分為以下兩種：

使用普通端口級聯(lián)

所謂普通端口就是通過交換機(jī)的某一個常用端口(如RJ-45端口)進(jìn)行連接。需要注意的是，這時所用的連接雙絞線要用反線，即是說雙絞線的兩端要跳線(第1—3與2—6線腳對調(diào))。

使用Uplink端口級聯(lián)

在所有交換機(jī)端口中，都會在旁邊包含一個Uplink端口。此端口是專門為上行連接提供的，只需通過直通雙絞線將該端口連接至其他交換機(jī)上除“Uplink端口”外的任意端口即可(注意：并不是Uplink端口的相互連接)。

2.交換機(jī)堆疊

此種連接方式主要應(yīng)用在大型網(wǎng)絡(luò)中對端口需求比較大的情況下使用。交換機(jī)的堆疊是擴(kuò)展端口最快捷、最便利的方式，同時堆疊后的帶寬是單一交換機(jī)端口速率的幾十倍。但是。并不是所有的交換機(jī)都支持堆疊的，這取決于交換機(jī)的品牌、型號是否支持堆疊：并且還需要使用專門的堆疊電纜和堆疊模塊：最后還要注意同一堆疊中的交換機(jī)必須是同一品牌的。

它主要通過廠家提供的一條專用連接電纜，從一臺交換機(jī)的“UP”堆疊端口直接連接到另一臺交換機(jī)的“DOWN”堆疊端口。堆疊中的所有交換機(jī)可視為一個整體的交換機(jī)來進(jìn)行管理。

提示：采用堆疊方式的交換機(jī)要受到種類和相互距離的限制。首先實(shí)現(xiàn)堆疊的交換機(jī)必須是支持堆疊的：另外由于廠家提供的堆疊連接電纜一般都在1米左右，故只能在很近的距離內(nèi)使用堆疊功能。

綜合以上兩種方式來看，交換機(jī)的級聯(lián)方式實(shí)現(xiàn)簡單，只需一根普通的雙絞線即可。節(jié)約成本而且基本不受距離的限制：而堆疊方式投資相對較大，且只能在很短的距離內(nèi)連接，實(shí)現(xiàn)起來比較困難。

但也要認(rèn)識到，堆疊方式比級聯(lián)方式具有更好的性能，信號不易衰竭，且通過堆疊方式，可以集中管理多臺交換機(jī)，大大減化了管理工作量。如果實(shí)在需要采用級聯(lián)，也最好選用Uplink端口的連接方式。因?yàn)檫@可以在最大程度上保證信號強(qiáng)度，如果是普通端口之間的連接，必定會使網(wǎng)絡(luò)信號嚴(yán)重受損。

好了，通過上面的介紹，相信大家一定能找到適合自己的連接方式。(nt)