交換機(jī)如何工作?三種交換技術(shù)

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?，F(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,這樣管理開銷低廉,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。

利用專門設(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×14880bps/道信息流)。專用集成電路技術(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。

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。以太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)行容錯(cuò),但沒有改變共享傳輸介質(zhì)的特點(diǎn),因而不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)和通信技術(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。

局域網(wǎng)交換機(jī)的種類及選擇

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:

·以太網(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。