交換機基礎知識

許多新型的Client／Server應用程序以及多媒體技術的出現，導致了傳統的共享式網絡遠遠不能滿足要求，這也就推動了局域網交換機的出現。

一、交換機的定義

局域網交換機擁有許多端口，每個端口有自己的專用帶寬，并且可以連接不同的網段。交換機各個端口之間的通信是同時的、并行的，這就大大提高了信息吞吐量。

為了進一步提高性能，每個端口還可以只連接一個設備。

為了實現交換機之間的互連或與高檔服務器的連接，局域網交換機一般擁有一個或幾個高速端口，如100M以太網端口、FDDI端口或155M ATM端口，從而保證整個網絡的傳輸性能。

二、交換機的特性

通過集線器共享局域網的用戶不僅是共享帶寬，而且是競爭帶寬。可能由于個別用戶需要更多的帶寬而導致其他用戶的可用帶寬相對減少，甚至被迫等待，因而也就耽誤了通信和信息處理。

利用交換機的網絡微分段技術，可以將一個大型的共享式局域網的用戶分成許多獨立的網段，減少競爭帶寬的用戶數量，增加每個用戶的可用帶寬，從而緩解共享網絡的擁擠狀況。

由于交換機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，能保護用戶以前在介質方面的投資，并提供良好的可擴展性，因此交換機不但是網橋的理想替代物，而且是集線器的理想替代物。

與網橋和集線器相比，交換機從下面幾方面改進了性能：

（1）通過支持并行通信，提高了交換機的信息吞吐量。

（2）將傳統的一個大局域網上的用戶分成若干工作組，每個端口連接一臺設備或連接一個工作組，有效地解決擁擠現像。這種方法人們稱之為網絡微分段（Micro一segmentation）技術。

（3）虛擬網（VirtuaI LAN）技術的出現，給交換機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。

（4）端口密度可以與集線器相媲美

一般的網絡系統都是有一個或幾個服務器，而絕大部分都是普通的客戶機。客戶機都需要訪問服務器，這樣就導致服務器的通信和事務處理能力成為整個網絡性能好壞的關鍵。

交換機就主要從提高連接服務器的端口的速率以及相應的幀緩沖區的大小，來提高整個網絡的性能，從而滿足用戶的要求。

一些高檔的交換機還采用全雙工技術進一步提高端口的帶寬。以前的網絡設備基本上都是采用半雙工的工作方式，即當一臺主機發送數據包的時候，它就不能接收數據包，當接收數據包的時候，就不能發送數據包。

由于采用全雙工技術，即主機在發送數據包的同時，還可以接收數據包，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，這樣就進一步提高了信息吞吐量。

三、交換機的工作原理

傳統的交換機本質上是具有流量控制能力的多端口網橋，即傳統的（二層）交換機。

把路由技術引入交換機，可以完成網絡層路由選擇，故稱為三層交換，這是交換機的新進展。

交換機（二層交換）的工作原理

交換機和網橋一樣，是工作在鏈路層的聯網設備，它的各個端口都具有橋接功能，每個端口可以連接一個LAN或一臺高性能網站或服務器，能夠通過自學習來了解每個端口的設備連接情況。所有端口由專用處理器進行控制，并經過控制管理總線轉發信息。

同時可以用專門的網管軟件進行集中管理。

除此之外，交換機為了提高數據交換的速度和效率，一般支持多種方式。

（1）存儲轉發：

所有常規網橋都使用這種方法。

它們在將數據幀發柱其他端口之前，要把收到的幀完全存儲在內部的存儲器中，對其檢驗后再發往其他端口，這樣其延時等于接收一個完整的數據幀的時間及處理時間的總和。

如果級聯很長時，會導致嚴重的性能問題，但這種方法可以過濾掉錯誤的數據幀。

（2）切入法：

這種方法只檢驗數據幀的目標地址，這使得數據幀幾乎馬上就可以傳出去，從而大大降低延時。

其缺點是：

錯誤幀也會被傳出去。錯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。而錯誤幀的概率較大的情況下，可以采用存儲轉發法／以減少錯誤幀的重傳。

四、交換機的配置

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

對一臺新的Catlystl900交換機，使用它的缺省配置就可以工作了。這因為它是一種將軟件裝在FlashMemory中的硬件設備，當加電時，它首先要進行一系列自檢，對所有端口進行測試之后，交換機就處于工作狀態。

這時它的交換表是空的，它可以通過自學習來了解各個端口的設備連接情況，并將設備的 MAC地址記錄在交換表中，當有信息交換時，交換機就根據交換表來進行數據轉發。

但為了便于對它進行網絡管理，Catlystl900交換機自己有一個MAC地址，這樣就可以為它分配一個IP地址和屏蔽碼。網絡管理員須通過交換機的串口接一臺終端或仿真終端，才能為它指定一個IP地址，其缺省值是0．0．0．0。指定IP地址以后，網絡管理員就可以通過網絡進行遠程管理了。Catlystl900交換機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VLAN，很多情況下都不需要作什么修改。

（1）將微機串口通過RS一232電纜與Cata1yst1900的Console口連接，運行仿真終端軟件，Catalyst 1900 啟動后。

（2）回車后，進入主菜單：

（3）按“S”鍵，進入系統配置菜單：（配置系統名，位置，日期）

（4）在主菜單中按“N”鍵進入網絡管理菜單

（5）配置IP地置

（6）配置SNMP參數
 

五、交換機的種類

交換機是數據鏈路層設備，它可將多個物理LAN網段連接到一個大型網絡上，與網絡類似交換機傳輸和溢出也是基于MAC地址的傳輸。由于交換機是用硬件實現的，因此，傳輸速度很快。傳輸數據包時，交換機要么使用存儲---轉發交換方式，要么使用斷---通交換方式。目前有許多類型的交換機，其中包括ATM交換機，LAN交換機和不同類型的WAN交換機。

ATM交換機

ATM（Asynchronous Transfer Mode）交換機為工作組，企業網絡中樞以及其它眾多領域提供了高速交換信息和可伸縮帶寬的能力。ATM交換機支持語音，視頻和文本數據應用，并可用來交換固定長度的信息單位（有時也稱元素）。企業網絡是通過ATM中樞鏈路連接多個LAN組成的。

局域網交換機

LAN交換機用于多LAN網段的相互連接，它在網絡設備之間進行專用的無沖突的通信，同時支持多個設備間的對話。LAN交換機主要是用于高速交換數據幀。通過LAN交換機將一個0Mbps以太網與一個100Mbps 以太網互聯