經(jīng)常有朋友問(wèn)：“以太網(wǎng)交換機(jī)是什么？它的作用與功能呢？和如何選擇適合的交換機(jī)呢？本期武漢海翎光電的小編將詳細(xì)為大家介紹關(guān)于交換機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)。

    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(dòng)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)的統(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，交換概念的提出改進(jìn)了共享工作模式。我們以前介紹過(guò)的HUB集線器就是一種共享設(shè)備，HUB本身不能識(shí)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(shí)，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)模擅恳慌_(tái)終端通過(guò)驗(yàn)證數(shù)據(jù)包頭的地址信息來(lái)確定是否接收。也就是說(shuō)，在這種工作方式下，同一時(shí)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)工作原理

    工作在數(shù)據(jù)鏈路層。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(huì)查找內(nèi)存中的地址對(duì)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(gè)端口上，通過(guò)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，廣播到所有的端口，接收端口回應(yīng)后交換機(jī)會(huì)“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(guò)對(duì)照MAC地址表，交換機(jī)只允許必要的網(wǎng)絡(luò)流量通過(guò)交換機(jī)。通過(guò)交換機(jī)的過(guò)濾和轉(zhuǎn)發(fā)，可以有效的減少?zèng)_突域，但它不能劃分網(wǎng)絡(luò)層廣播，即廣播域。交換機(jī)在同一時(shí)刻可進(jìn)行多個(gè)端口對(duì)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(wú)須同其他設(shè)備競(jìng)爭(zhēng)使用。當(dāng)節(jié)點(diǎn)A向節(jié)點(diǎn)D發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，節(jié)點(diǎn)B可同時(shí)向節(jié)點(diǎn)C發(fā)送數(shù)據(jù)，而且這兩個(gè)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(shí)的總流通量就等于2×10Mbps=20Mbps，而使用10Mbps的共享式HUB時(shí)，一個(gè)HUB的總流通量也不會(huì)超出10Mbps。總之，交換機(jī)是一種基于MAC地址識(shí)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(guò)在數(shù)據(jù)幀的始發(fā)者和目標(biāo)接收者之間建立臨時(shí)的交換路徑，使數(shù)據(jù)幀直接由源地址到達(dá)目的地址。

　　交換機(jī)的作用與功能

　　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(cuò)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(duì)VLAN（虛擬局域網(wǎng)）的支持、對(duì)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(lái)存放在交換機(jī)緩存中的MAC地址表中。

　　轉(zhuǎn)發(fā)/過(guò)濾：當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)幀的目的地址在MAC地址表中有映射時(shí)，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(gè)冗余回路時(shí)，以太網(wǎng)交換機(jī)通過(guò)生成樹(shù)協(xié)議避免回路的產(chǎn)生，同時(shí)允許存在后備路徑。

    海翎光電的小編介紹到這里相信大家對(duì)交換機(jī)有了一個(gè)比較清晰的理解，同時(shí)對(duì)交換機(jī)的作用與功能也有了一個(gè)概念性的了解。那么如何進(jìn)行交換機(jī)的選型號(hào)？首先咱們先了解一下交換機(jī)的類型：

    從應(yīng)用區(qū)域劃分：廣域網(wǎng)交換機(jī)和局域網(wǎng)交換機(jī)。廣域網(wǎng)交換機(jī): 主要應(yīng)用于電信領(lǐng)域，提供通信基礎(chǔ)平臺(tái)。局域網(wǎng)交換機(jī)則: 應(yīng)用于局域網(wǎng)絡(luò)，用于連接終端設(shè)備，如PC機(jī)及網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)等。

    根據(jù)傳輸介質(zhì)、傳輸速度以及發(fā)展歷史上看，局域網(wǎng)交換機(jī)有：以太網(wǎng)交換機(jī)、快速以太網(wǎng)交換機(jī)、千兆以太網(wǎng)交換機(jī)、萬(wàn)兆以太網(wǎng)交換機(jī)、FDDI交換機(jī)、ATM交換機(jī)、令牌環(huán)交換機(jī)。

    按網(wǎng)絡(luò)規(guī)模分類:

     (1) 企業(yè)級(jí)交換機(jī)：一般采用模塊配置，屬于第三層或第四層千兆位（或以上）交換機(jī)，通常能支持500個(gè)信息點(diǎn)以上。

    (2) 部門(mén)級(jí)交換機(jī)：一般為千兆位第三層交換機(jī)，固定配置或模塊配置，通常能支持300～500個(gè)信息點(diǎn)。

    (3) 工作組級(jí)交換機(jī)：一般為固定配置，10/100Mbps自適應(yīng)，通常支持的信息點(diǎn)少于100個(gè)。

    按組建園區(qū)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)層次，可劃分為：接入層交換機(jī)、匯聚層交換機(jī)和核心層交換機(jī)。

    (1)核心層交換機(jī): 一般采用機(jī)箱式模塊化設(shè)計(jì)，機(jī)箱中可承載管理模塊、光端口模塊、高速電口模塊、電源等，具有很高的背板容量；

    (2)匯聚層交換機(jī): 可以是機(jī)箱式模塊化交換機(jī)，也可以是固定配置的交換機(jī)，具有較高的接入能力和帶寬，一般會(huì)包含光端口、高速電口等端口；

    (3)接入層交換機(jī): 一般是固定配置的交換機(jī)，端口密度較大，具有較高的接入能力，以10/100M端口為主，以固定端口或擴(kuò)展槽方式提供1000Mbps的上聯(lián)端口

    接下來(lái)和海翎光電的小編一起了解一下交換機(jī)的性能指標(biāo)：

    (1) 轉(zhuǎn)發(fā)速率：轉(zhuǎn)發(fā)速率通常以“Mpps”來(lái)表示，即每秒能夠處理的數(shù)據(jù)包的數(shù)量。轉(zhuǎn)發(fā)速率體現(xiàn)了交換引擎的轉(zhuǎn)發(fā)功能，該值越大，交換機(jī)的性能越強(qiáng)勁。

    (2) 端口吞吐量：端口吞吐量反映交換機(jī)端口的分組轉(zhuǎn)發(fā)能力，通常可以通過(guò)兩個(gè)相同速率的端口進(jìn)行測(cè)試，吞吐量是指在沒(méi)有幀丟失的情況下，設(shè)備能夠接受的最大速率。

    (3)背板帶寬：背板帶寬是交換機(jī)接口處理器或接口卡和數(shù)據(jù)總線間所能吞吐的最大數(shù)據(jù)量。背板帶寬體現(xiàn)了交換機(jī)總的數(shù)據(jù)交換能力，單位為Gbps，也叫交換帶寬。

在全雙工模式下，實(shí)現(xiàn)無(wú)阻塞數(shù)據(jù)交換，需要：背板帶寬 >= 端口數(shù)×端口速率×2。

舉個(gè)例子：一臺(tái)固定式24口百兆交換機(jī)，其背板帶寬應(yīng)至少達(dá)到4.8Gb/s，才會(huì)不阻塞進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)：24×2×100Mb/s=4.8Gb/s。   

     (4) 吞吐量(包轉(zhuǎn)發(fā)率)

    吞吐量：指交換機(jī)所能線速處理的數(shù)據(jù)包的速度，單位為pps,表示每一秒鐘內(nèi)發(fā)送64字節(jié)的數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)。

    1、以能夠處理最小包長(zhǎng)來(lái)衡量，對(duì)于以太網(wǎng)最小包為64byte，加上幀開(kāi)銷(xiāo)20byte。因此最小包為84byte。

    2、對(duì)于一個(gè)全雙工千兆接口達(dá)到線速時(shí)要求：端口的包轉(zhuǎn)發(fā)率=1000Mbps/（84*8）=1.488Mpps。

    84Byte=64（最小幀長(zhǎng)）+8（前導(dǎo)碼）+12幀間隙

    3、交換機(jī)的包轉(zhuǎn)發(fā)速率千兆端口數(shù)×1.488Mpps+百兆端口數(shù)量×0.1488Mpps+其余類型端口數(shù)×相應(yīng)速率值，

交換機(jī)標(biāo)稱的包轉(zhuǎn)發(fā)速率高于這個(gè)速率，那么交換機(jī)可以達(dá)到線速交換

    (5) 端口種類

    交換機(jī)按其所提供的端口種類不同主要包括三種類型的產(chǎn)品，它們分別是純百兆端口交換機(jī)、百兆和千兆端口混和交換機(jī)、純千兆端口交換機(jī)。

    每一種產(chǎn)品所應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境各不相同，核心骨干網(wǎng)絡(luò)上最好選擇千兆產(chǎn)品，上連骨干網(wǎng)絡(luò)一般選擇百兆/千兆混和交換機(jī)，邊緣接入一般選擇純百兆交換機(jī)。

　　最后簡(jiǎn)略的概括一下交換機(jī)的基本功能：

　　1. 像集線器一樣，交換機(jī)提供了大量可供線纜連接的端口，這樣可以采用星型拓?fù)洳季€。

　　2. 像中繼器、集線器和網(wǎng)橋那樣，當(dāng)它轉(zhuǎn)發(fā)幀時(shí)，交換機(jī)會(huì)重新產(chǎn)生一個(gè)不失真的方形電信號(hào)。

　　3. 像網(wǎng)橋那樣，交換機(jī)在每個(gè)端口上都使用相同的轉(zhuǎn)發(fā)或過(guò)濾邏輯。

　　4. 像網(wǎng)橋那樣，交換機(jī)將局域網(wǎng)分為多個(gè)沖突域，每個(gè)沖突域都是有獨(dú)立的寬帶，因此大大提高了局域網(wǎng)的帶寬。

　　5. 除了具有網(wǎng)橋、集線器和中繼器的功能以外，交換機(jī)還提供了更先進(jìn)的功能，如虛擬局域網(wǎng)（VLAN）和更高的性能。