隨著時代的快速發展交換機也發生了一個質的變化，下面咱們先來了解一下交換機發展的一些歷程。1993年，局域網交換設備出現，1994年，國內掀起了交換網絡技術的熱潮。其實，交換技術是一個具有簡化、低價、高性能和高端口密集特點的交換產品，體現了橋接技術的復雜交換技術在OSI參考模型的第二層操作。與橋接器一樣，交換機按每一個包中的MAC地址相對簡單地決策信息轉發。而這種轉發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轉發延遲很小，操作接近單個局域網性能，遠遠超過了普通橋接互聯網絡之間的轉發性能。

交換技術允許共享型和專用型的局域網段進行帶寬調整，以減輕局域網之間信息流通出現的瓶頸問題。現在已有以太網、快速以太網、FDDI和ATM技術的交換產品。類似傳統的橋接器，交換機提供了許多網絡互聯功能。交換機能經濟地將網絡分成小的沖突網域，為每個工作站提供更高的帶寬。協議的透明性使得交換機在軟件配置簡單的情況下直接安裝在多協議網絡中；交換機使用現有的電纜、中繼器、集線器和工作站的網卡，不必作高層的硬件升級；交換機對工作站是透明的，這樣管理開銷低廉，簡化了網絡節點的增加、移動和網絡變化的操作。

利用專門設計的集成電路可使交換機以線路速率在所有的端口并行轉發信息，提供了比傳統橋接器高得多的操作性能。如理論上單個以太網端口對含有64個八進制數的數據包，可提供14880bps的傳輸速率。這意味著一臺具有12個端口、支持6道并行數據流的“線路速率”以太網交換器必須提供89280bps的總體吞吐率（6道信息流Ｘ14880bps／道信息流）。專用集成電路技術使得交換器在更多端口的情況下以上述性能運行，其端口造價低于傳統型橋接器。

交換技術

1．端口交換

端口交換技術最早出現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段（每條網段為一個廣播域），不用網橋或路由連接，網絡之間是互不相通的。以大主模塊插入后通常被分配到某個背板的網段上，端口交換用于將以太模塊的端口在背板的多個網段之間進行分配、平衡。根據支持的程度，端口交換還可細分為：

·模塊交換：將整個模塊進行網段遷移。

·端口組交換：通常模塊上的端口被劃分為若干組，每組端口允許進行網段遷移。

·端口級交換：支持每個端口在不同網段之間進行遷移。這種交換技術是基于OSI第一層上完成的，具有靈活性和負載平衡能力等優點。如果配置得當，那么還可以在一定程度進行客錯，但沒有改變共享傳輸介質的特點，自而未能稱之為真正的交換。

2．幀交換

幀交換是目前應用最廣的局域網交換技術，它通過對傳統傳輸媒介進行微分段，提供并行傳送的機制，以減小沖突域，獲得高的帶寬。一般來講每個公司的產品的實現技術均會有差異，但對網絡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，交換機只讀出網絡幀的前14個字節，便將網絡幀傳送到相應的端口上。

·存儲轉發：通過對網絡幀的讀取進行驗錯和控制。

前一種方法的交換速度非常快，但缺乏對網絡幀進行更高級的控制，缺乏智能性和安全性，同時也無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作為重點。

有的廠商甚至對網絡幀進行分解，將幀分解成固定大小的信元，該信元處理極易用硬件實現，處理速度快，同時能夠完成高級控制功能（如美國MADGE公司的LET集線器）如優先級控制。

3．信元交換

ATM技術代表了網絡和通訊技術發展的未來方向，也是解決目前網絡通信中眾多難題的一劑“良藥”，ATM采用固定長度53個字節的信元交換。由于長度固定，因而便于用硬件實現。ATM采用專用的非差別連接，并行運行，可以通過一個交換機同時建立多個節點，但并不會影響每個節點之間的通信能力。ATM還容許在源節點和目標、節點建立多個虛擬鏈接，以保障足夠的帶寬和容錯能力。ATM采用了統計時分電路進行復用，因而能大大提高通道的利用率。ATM的帶寬可以達到25M、155M、622M甚至數Gb的傳輸能力。

局域網交換機的種類和選擇

局域網交換機根據使用的網絡技術可以分為：

·以大網交換機；

·令牌環交換機；

·FDDI交換機；

·ATM交換機；

·快速以太網交換機等。

如果按交換機應用領域來劃分，可分為：

·臺式交換機；

·工作組交換機；

·主干交換機；

·企業交換機；

·分段交換機；

·端口交換機；

·網絡交換機等。

局域網交換機是組成網絡系統的核心設備。對用戶而言，局域網交換機最主要的指標是端口的配置、數據交換能力、包交換速度等因素。因此，在選擇交換機時要注意以下事項：

（1）交換端口的數量；

（2）交換端口的類型；

（3）系統的擴充能力；

（4）主干線連接手段；

（5）交換機總交換能力；

（6）是否需要路由選擇能力；

（7）是否需要熱切換能力；

（8）是否需要容錯能力；

（9）能否與現有設備兼容，順利銜接；

（10）網絡管理能力。

交換機應用中幾個值得注意的問題

1．交換機網絡中的瓶頸問題

交換機本身的處理速度可以達到很高，用戶往往迷信廠商宣傳的Gbps級的高速背板。其實這是一種誤解，連接入網的工作站或服務器使用的網絡是以大網，它遵循CSMA／CD介質訪問規則。在當前的客戶／服務器模式的網絡中多臺工作站會同時訪問服務器，因此非常容易形成服務器瓶頸。有的廠商已經考慮到這一點，在交換機中設計了一個或多個高速端口（如3COM的Linkswitch1000可以配置一個或兩個100Mbps端口），方便用戶連接服務器或高速主干網。用戶也可以通過設計多臺服務器（進行業務劃分）或追加多個網卡來消除瓶頸。交換機還可支持生成樹算法，方便用戶架構容錯的冗余連接。

2．網絡中的廣播幀

目前廣泛使用的網絡操作系統有Netware、Windows NT等，而Lan Server的服務器是通過發送網絡廣播幀來向客戶機提供服務的。這類局域網中廣播包的存在會大大降低交換機的效率，這時可以利用交換機的虛擬網功能（并非每種交換機都支持虛擬網）將廣播包限制在一定范圍內。

每臺文交換機的端口都支持一定數目的MAC地址，這樣交換機能夠“記憶”住該端口一組連接站點的情況，廠商提供的定位不同的交換機端口支持MAC數也不一樣，用戶使用時一定要注意交換機端口的連接端點數。如果超過廠商給定的MAC數，交換機接收到一個網絡幀時，只有其目的站的MAC地址不存在于該交換機端口的MAC地址表中，那么該幀會以廣播方式發向交換機的每個端口。

3．虛擬網的劃分

虛擬網是交換機的重要功能，通常虛擬網的實現形式有三種：

(1)靜態端口分配

靜態虛擬網的劃分通常是網管人員使用網管軟件或直接設置交換機的端口，使其直接從屬某個虛擬網。這些端口一直保持這些從屬性，除非網管人員重新設置。這種方法雖然比較麻煩，但比較安全，容易配置和維護。

（2）動態虛擬網

支持動態虛擬網的端口，可以借助智能管理軟件自動確定它們的從屬。端口是通過借助網絡包的MAC地址、邏輯地址或協議類型來確定虛擬網的從屬。當一網絡節點剛連接入網時，交換機端口還未分配，于是交換機通過讀取網絡節點的MAC地址動態地將該端口劃入某個虛擬網。這樣一旦網管人員配置好后，用戶的計算機可以靈活地改變交換機端口，而不會改變該用戶的虛擬網的從屬性，而且如果網絡中出現未定義的MAC地址，則可以向網管人員報警。 （3）多虛擬網端口配置

該配置支持一用戶或一端口可以同時訪問多個虛擬網。這樣可以將一臺網絡服務器配置成多個業務部門（每種業務設置成一個虛擬網）都可同時訪問，也可以同時訪問多個虛擬網的資源，還可讓多個虛擬網間的連接只需一個路由端口即可完成。但這樣會帶來安全上的隱患。虛擬網的業界規范正在制定當中，因而各個公司的產品還談不上互操作性。

4.高速局域網技術的應用

快速以太網技術雖然在某些方面與傳統以大網保持了很好的兼容性，但100BASE-TX、 100BASAE-T4及100BASE-FX對傳輸距離和級連都有了比較大的限制。通過100Mbps的交換機可以打破這些局限。同時也只有交換機端口才可以支持雙工高速傳輸。

目前也出現了CDDI／FDDI的交換技術，另外該CDDI／FDDI的端口價格也呈下降趨勢，同時在傳輸距離和安全性方面也有比較大的優勢，因此它是大型網絡骨干的一種比較好的選擇。

局域網交換機基礎

對于小企業來說，從價格角度上看，集線器具有價格便宜的優勢，但隨著網絡應用不斷豐富，局域網不但需要支持越來越多的用戶，而且要支持網絡日漸復雜的拓撲結構。在這種形勢下，網絡規劃和系統集成變得越來越復雜，因此交換機就成為備受關注的網絡產品。

對于一個較大的網絡來說，不但要考慮兼容性、可擴展性，而且要考慮主干與骨干之間的帶寬平衡以及不同的網絡介質在不同的傳輸距離上的穩定性，使得主干與骨干的連接既能滿足帶寬需要又能滿足不同的傳輸距離。而用戶在考慮以上多種因素的同時又不得不考慮可承受的價格范圍。那么，究竟交換機與集線器的區別在哪兒？

交換機與集線器的區別從大的方面來看可以分為以下三點，從中不難看出我們為什么要選擇交換機：

1、從OSI體系結構來看，集線器屬于OSI的第一層物理層設備，而交換機屬于OSI的第二層數據鏈路層設備。也就意味著集線器只是對數據的傳輸起到同步、放大和整形的作用，對數據傳輸中的短幀、碎片等無法進行有效的處理，不能保證數據傳輸的完整性和正確性；而交換機不但可以對數據的傳輸做到同步、放大和整形，而且可以過濾短幀、碎片等。

2、從工作方式來看，集線器是一種廣播模式，也就是說集線器的某個端口工作的時候，其他所有端口都能夠收聽到信息，容易產生廣播風暴，當網絡較大時網絡性能會受到很大的影響，那么用什么方法去避免這種現象呢？交換機就能夠起到這種作用!當交換機工作的時候，只有發出請求的端口和目的端口之間相互響應而不影響其他端口，因此交換機就能夠隔離沖突域和有效的抑制廣播風暴的產生。

3、從帶寬來看，集線器不管有多少個端口，所有端口都是共享一條帶寬，在同一時刻只能有二個端口傳送數據，其他端口只能等待，同時集線器只能工作在半雙工模式下；而對于交換機而言，每個端口都有一條獨占的帶寬，當二個端口工作時并不影響其他端口的工作，同時交換機不但可以工作在半雙工模式下而且可以工作在全雙工模式下。

網絡互聯設備

如果說由于微型計算機的普及，導致了若干臺微機相互連接，從而產生了局域網的話，那么由于網絡的普遍應用，為了滿足在更大范圍內實現相互通信和資源共享，因而，導致了網絡之間的互聯。本節將介紹一般網絡互聯的硬件設備。

網絡互聯時，必須解決如下問題：在物理上如何把兩種網絡連接起來。一種網絡如何與另一種網絡實現互訪與通信，如何解決它們之間協議方面的差別，如何處理速率與帶寬的差別，解決這些問題，協調，轉換機制的部件就是中繼器，網橋，路由器和網關等。

用硬件的方法解決網絡之間的差異：

l.中繼器：

傳輸介質超過了網段長度后，可用中繼器延伸網絡的距離，對弱信號予以再生放大，IEEE802標準規定最多允許四個中繼器接五個網段。中繼器工作在物理層，不提供網段隔離功能。

2．特殊的中繼器：

集線器與交換器(多端口中繼器)：

(1)集線器：

是一種以星型拓并結構將通信線路集中在一起的設備，相當于總線，工作在物理層，是局域網中應用最廣的連接設備，按配置形式分為獨立型hub，模塊化hub和堆疊式hub三種。智能型hub改進了一般hub的缺點，增加了橋接能力，可濾掉不屬于自己網段的幀，增大網段的頻寬，且具有網管能力和自動檢測端口所連接的PC網卡速度的能力。

(2)交換器(switch)：

交換式以太網數據包的目的地址將以太包從原端口送至目的端，向不同 的目的端口發送以太包時，就可以同時傳送這些以太包，達到提高網絡實際吞吐量的效果。交換器可以同時建立多個傳輸路徑，所以在應用聯結多臺服務器的網段上可以收到明顯的效果。主要用于聯hub，server或分散式主干網。

按采用技術對交換器進行分類：

直通交換．(cut—through)：一旦收到信息包中的目標地址，在收到全幀之前便開始轉發。適用于同速率端口和碰撞誤碼率低的環境。

存儲轉發：(store—and—forward)：確認收到的幀，過濾處理壞幀。適用于不同速率端口和碰撞，誤碼串高的環境。

應用注意：

(1)選10／100M適應交換機。

(2)選兩種以上技術的交換機。

3、網橋：

(1)過濾和轉發。

(2)學習功能。

(3)連接不同的傳輸介質，無路徑選擇能力。

4、路由器：在多個網絡和介質之間實現網絡互聯的一種設備，是一種比網橋更復雜的網絡互聯設備。

(1)分組轉發，提供最佳路徑，將不同硬件技術的網絡互聯起來。必要時進行分組格式和分組長度的轉換。

(2)提供隔離，劃分子網，路由器的每一端口都是一個單獨的子網。

(3)提供經濟合理的WAN接入。

(4)支持備用網絡路徑，支持網狀網絡拓撲，交換機，網橋要求，無環路拓撲。互聯各種局域網和廣域網。適用于大型交換網絡。

可以認為使用Route后，形形色色的通信子網融為一體，形成了一個更大范圍的網絡，從宏觀的角度出發,可以認為通信子網實際上是由路由器組成的網絡，路由器之間的通信則通過各種通信子網的通信能力予以實現。

5．網關：用來互聯完全不同的網絡。

交換機主要功能：把一種協議變成另一種協議，把一種數據格式變成另一種數據格式，把一種速率變成另一種速率，以求兩者的統一。提供中轉中間接口。在Internet中，網關是一臺計算機設備，它能根據用戶通信用的計算機的IP地址，界定是否將用戶發出的信息送出本地網絡，同時，它還將外界發送給本地網絡計算機的信息接收。

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