一、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的概述
隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)及其應(yīng)用日益普及，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)也迅速發(fā)展起來。凡是將地理位置不同，具備獨(dú)立功能的多臺(tái)計(jì)算機(jī)、終端及其附屬設(shè)備，用通信設(shè)備和線路連接起來，并配以相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)軟件實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)通信信息網(wǎng)的資源共享與數(shù)據(jù)通信，都稱為計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)。
當(dāng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模擴(kuò)大時(shí)，單純靠延長(zhǎng)網(wǎng)線已變得不現(xiàn)實(shí)。并且對(duì)于不同的局域網(wǎng)，要實(shí)現(xiàn)互相之間的數(shù)據(jù)傳送，共享網(wǎng)絡(luò)的資源，需要有專門的連接設(shè)備實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展。同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中站點(diǎn)的增加，地理范圍的擴(kuò)大，業(yè)務(wù)量的增長(zhǎng)，促使網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)迅速向前發(fā)展。
網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的高速發(fā)展，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)交換技術(shù)的出現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)也隨之應(yīng)運(yùn)而生。廣義的交換機(jī)就是一種在通信系統(tǒng)中完成信息交換功能的設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)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)、幀序列以及流量控制。
隨著交換技術(shù)的發(fā)展，交換機(jī)由原來工作在OSI承M的第二層，發(fā)展到現(xiàn)在有可以工作在第四層的交換機(jī)出現(xiàn)，所以根據(jù)工作的協(xié)議層交換機(jī)可分第二層交換機(jī)、第三層交換機(jī)和第四層交換機(jī)。由于第四層交換機(jī)交換技術(shù)尚未真正成熟且價(jià)格昂貴，第四層交換機(jī)在實(shí)際應(yīng)用中目前還較少見。
網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的性能
網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)是一種連接網(wǎng)絡(luò)分段的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。從技術(shù)角度看，網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)運(yùn)行在 OSI 模型的第2層（數(shù)據(jù)鏈路層）。網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)源于電子集線器（HUB），其中 HUB 是為星型網(wǎng)絡(luò)提供的一種中心結(jié)點(diǎn)設(shè)備。在共享 HUB 中，所有星型網(wǎng)絡(luò)連接都接收同一個(gè)廣播幀。交換機(jī)類似于集線器，它也支持單個(gè)廣播域，但不同的是交換機(jī)上的每個(gè)端口同時(shí)也是它自己的沖突域（Collision Domain）。通常情況下，交換機(jī)比集線器更加智能化，網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)能監(jiān)測(cè)到所接收的數(shù)據(jù)包，并能判斷出該數(shù)據(jù)包的源和目的地設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)正確的轉(zhuǎn)發(fā)過程。網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)只對(duì)連接設(shè)備傳送信息，其目的是保存帶寬，并提供比 HUB 更好的相關(guān)性能。
交換機(jī)中流量監(jiān)控過程較為復(fù)雜，這是因?yàn)槊總€(gè)端口在數(shù)據(jù)傳輸之前都處于分離狀態(tài)，即便相連，也只是在發(fā)送和接收端口相連接時(shí)。目前有兩種主要方法支持交換環(huán)境下網(wǎng)絡(luò)管理器對(duì)網(wǎng)絡(luò)流量的監(jiān)控：
端口鏡像（Port Mirroring） ― 交換機(jī)向網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控連接發(fā)送一組網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包；
SMON ― RFC 2613中規(guī)定的“交換機(jī)監(jiān)控”是一種用來控制設(shè)施如“端口鏡像”的協(xié)議。
另外還有些方法，在無需交換機(jī)的協(xié)作下，支持網(wǎng)絡(luò)中另一臺(tái)計(jì)算機(jī)上的“Snooping”行為，如偽 ARP mac 擴(kuò)散行為。
LAN 網(wǎng)絡(luò)中最通用的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)有 Ethernet 交換機(jī)。WAN 網(wǎng)絡(luò)中通用的有 ATM 交換機(jī)、幀中繼及10 Gigabit Ethernet 交換機(jī)。對(duì)于高終端 WAN 交換機(jī)，通常包含一臺(tái)（軟）路由器，以支持網(wǎng)絡(luò)層（第3層）數(shù)據(jù)包處理。
網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的分類
從廣義上來看，交換機(jī)分為兩種：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)。而局 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。
按照現(xiàn)在復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成方式， 網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)被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)。
其中，核心層交換機(jī)全部采 用機(jī)箱式模塊化設(shè)計(jì)，已經(jīng)基本上都設(shè)計(jì)了與之相配備的 1000Base-T 模塊。接入層支持 1000Base-T 的以太網(wǎng)交換機(jī)基本 上是固定端口式交換機(jī)，以 10/100M 端口為主，并且以固定端口 或擴(kuò)展槽方式提供 1000Base-T 的上聯(lián)端口。匯聚層 1000Base-T 交換機(jī)同時(shí)存在機(jī)箱式和固定端口式兩種設(shè)計(jì)，可以提供多個(gè) 1000Base-T 端口，一般也可以提供 1000Base-X 等其他形式的端 口。接入層和匯聚層交換機(jī)共同構(gòu)成完整的中小型局域網(wǎng)解決方 案。
從傳輸介質(zhì)和傳輸速度上看， 局域網(wǎng)交換機(jī)可以分為以太網(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)、 FDDI 交換機(jī)、 ATM 交換機(jī)和令牌環(huán)交換機(jī)等多種，這些交換機(jī)分別適用于以太網(wǎng)、快 速以太網(wǎng)、FDDI、ATM 和令牌環(huán)網(wǎng)等環(huán)境。
從規(guī)模應(yīng)用上又有企業(yè)級(jí)交換機(jī)、 部門級(jí)交換機(jī)和工作組交換 機(jī)等。各廠商劃分的尺度并不完全一致，一般來講，企業(yè)級(jí)交換機(jī) 都是機(jī)架式，部門級(jí)交換機(jī)可以是機(jī)架式，也可以是固定配置式， 而工作組級(jí)交換機(jī)則一般為固定配置式， 功能較為簡(jiǎn)單。另一方面， 從應(yīng)用的規(guī)模來看，作為骨干交換機(jī)時(shí)，支持 500 個(gè)信息點(diǎn)以上 大型企業(yè)應(yīng)用的交換機(jī)為企業(yè)級(jí)交換機(jī)，支持 300 個(gè)信息點(diǎn)以下 中型企業(yè)的交換機(jī)為部門級(jí)交換機(jī)，而支持 100 個(gè)信息點(diǎn)以內(nèi)的 交換機(jī)為工作組級(jí)交換機(jī)。
根據(jù)架構(gòu)特點(diǎn)，人們還將局域網(wǎng)交換機(jī)分為機(jī)架式、帶擴(kuò)展槽 固定配置式、不帶擴(kuò)展槽固定配置式三種產(chǎn)品。機(jī)架式交換機(jī)是一 種插槽式的交換機(jī)，這種交換機(jī)擴(kuò)展性較好，可支持不同的網(wǎng)絡(luò)類 型，如以太網(wǎng)、快速以太網(wǎng)、千兆以太網(wǎng)、ATM、令牌環(huán)及 FDDI 等，但價(jià)格較貴。不少高端交換機(jī)都采用機(jī)架式結(jié)構(gòu)。帶擴(kuò)展槽固 定配置式交換機(jī)是一種有固定端口并帶少量擴(kuò)展槽的交換機(jī)， 這種 交換機(jī)在支持固定端口類型網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上， 還可以通過擴(kuò)展其他網(wǎng) 絡(luò)類型模塊來支持其他類型網(wǎng)絡(luò)，這類交換機(jī)的價(jià)格居中。不帶擴(kuò) 展槽固定配置式交換機(jī)僅支持一種類型的網(wǎng)絡(luò)（一般是以太網(wǎng)）， 可應(yīng)用于小型企業(yè)或辦公室環(huán)境下的局域網(wǎng)，價(jià)格最便宜，應(yīng)用也 最廣泛。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多個(gè)網(wǎng)段之間進(jìn)行分配、平衡。幀交換是目前應(yīng)用最廣泛的局域網(wǎng)交換技術(shù)， 它通過對(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。ATM 技術(shù)代表了網(wǎng)絡(luò)和通信中眾多難題的一劑“良藥”。ATM 采用固定長(zhǎng)度為 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 一個(gè)交換機(jī)同時(shí)建立多個(gè)節(jié)點(diǎn)， 但不會(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)之間的通信能力。ATM 采用 統(tǒng)計(jì)時(shí)分電路進(jìn)行復(fù)用，因而能大大提高通道利用率。ATM 的帶 寬可以達(dá)到 25M、155M、622M 甚至數(shù) G 比特傳送能力。
事實(shí)上， 從應(yīng)用的角度劃分， 交換機(jī)又可分為電話交換機(jī) （PBX） 和數(shù)據(jù)交換機(jī)（Switch）。當(dāng)然，目前非常時(shí)髦的在數(shù)據(jù)上的語音 傳輸 VoIP 又有人稱之為“軟交換機(jī)”。
網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的選擇
通過應(yīng)用技術(shù)的比較，可以看出，二層交換機(jī)主要用在小型局域網(wǎng)中，機(jī)器數(shù)量在二、三十臺(tái)以下，這樣的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，廣播包影響不大，二層交換機(jī)的快速交換功能、多個(gè)接入端口和低廉價(jià)格為小型網(wǎng)絡(luò)用戶提供了很完善的解決方案。在這種小型網(wǎng)絡(luò)中根本沒必要引入路由功能從而增加管理的難度和費(fèi)用，所以沒有必要使用路由器或三層交換機(jī)。
三層交換機(jī)是為IP設(shè)計(jì)的，接口類型簡(jiǎn)單，擁有很強(qiáng)二層包處理能力，所以適用于大型局域網(wǎng)，為了減小廣播風(fēng)暴的危害，必須把大型局域網(wǎng)按功能或地域等因素劃成一個(gè)一個(gè)的小局域網(wǎng)，也就是把機(jī)器分為一個(gè)一個(gè)的小網(wǎng)段，這樣會(huì)導(dǎo)致不同網(wǎng)段之間存在大量的互訪，單純使用二層交換機(jī)沒辦法實(shí)現(xiàn)網(wǎng)間的互訪，而單純使用路由器則由于端口數(shù)量有限，路由速度較慢，而限制了網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模和訪問速度，所以這種環(huán)境下由二層交換技術(shù)和路由技術(shù)有機(jī)結(jié)合而成的三層交換機(jī)就最為適合。
路由器端口類型多，支持的三層協(xié)議多，路由能力強(qiáng)，所以適合于在大型網(wǎng)絡(luò)之間的互連，一般大型網(wǎng)絡(luò)的互連端口不多，互連設(shè)備的主要功能不在于在端口之間進(jìn)行快速交換，而是要選擇最佳路徑進(jìn)行負(fù)載分擔(dān)，鏈路備份和最重要的與其它網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行路由信息交換，所有這些都是路由完成的功能。三層交換機(jī)的最重要目的是加快大型局域網(wǎng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)交換，揉合進(jìn)去的路由功能也是為這目的服務(wù)的，所以它的路由功能沒有同一檔次的專業(yè)路由器強(qiáng)。在網(wǎng)絡(luò)流量很大，但又要求響應(yīng)速度很高的情況下，由三層交換機(jī)做網(wǎng)內(nèi)的交換，由路由器專門負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的路由工作，這樣就可以充分發(fā)揮不同設(shè)備的優(yōu)勢(shì)。
在選擇交換機(jī)具體設(shè)備時(shí)根據(jù)以上情況進(jìn)行分析后，還要參考以下幾項(xiàng)設(shè)備指標(biāo)：
1、轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)
直通轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)就是交換機(jī)獲取到數(shù)據(jù)包目的地址，就開始向目的端口發(fā)送數(shù)據(jù)包。通常，交換機(jī)在接收到數(shù)據(jù)包的前6個(gè)字節(jié)時(shí)，就已經(jīng)知道目的地址，從而可以決定向哪個(gè)端口轉(zhuǎn)發(fā)這個(gè)數(shù)據(jù)包。直通轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)速率快、延時(shí)少和吞吐率高。但當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中誤碼率較高時(shí)，交換機(jī)會(huì)轉(zhuǎn)發(fā)所有的完整數(shù)據(jù)包和錯(cuò)誤數(shù)據(jù)包，這將給整個(gè)交換網(wǎng)絡(luò)帶來許多錯(cuò)誤通訊包。直通轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)適用于網(wǎng)絡(luò)鏈路質(zhì)量好的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。
存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)要求交換機(jī)在接收到全部數(shù)據(jù)包后再?zèng)Q定如何轉(zhuǎn)發(fā)，交換機(jī)在轉(zhuǎn)發(fā)之前檢查數(shù)據(jù)包完整性和正確性。它的優(yōu)點(diǎn)是：沒有殘缺數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)，減少了潛在的不必要數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。它的缺點(diǎn)是：轉(zhuǎn)發(fā)速率比直接轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)慢。所以，存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)比較適應(yīng)于普通鏈路質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。
2、背板吞吐量及緩沖區(qū)大小
背板吞吐最也稱背板帶寬，單位是每秒通過的數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)(pps)，表示交換機(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。一臺(tái)交換機(jī)的背板帶寬越高，所能處理數(shù)據(jù)的能力就越強(qiáng)。
緩沖區(qū)大小，又叫做包緩沖區(qū)大小，是一種數(shù)據(jù)隊(duì)列機(jī)制，由交換機(jī)用來進(jìn)行不同網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的速度匹配。速率高的設(shè)備所發(fā)送的數(shù)據(jù)可以存儲(chǔ)在緩沖區(qū)內(nèi)，直到被慢速設(shè)備處理為止。緩沖區(qū)大小由緩沖調(diào)度算法算出，過大的緩沖空問需要相對(duì)多的尋址時(shí)間，緩沖空間過小會(huì)在發(fā)生擁塞時(shí)引起丟包出錯(cuò)。
3、延時(shí)
交換機(jī)延時(shí)是指從交換機(jī)接收到數(shù)據(jù)包到開始向目的端口復(fù)制數(shù)據(jù)包之問的時(shí)間間隔。有許多因素會(huì)影響延時(shí)大小，比如轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)、緩沖區(qū)大小等等。
4、管理功能
為方便網(wǎng)管員管理，及用戶控制訪問交換機(jī)，通常交換機(jī)應(yīng)支持SNMP MIB I／MIB II統(tǒng)計(jì)管理功能以滿足常用網(wǎng)管管理軟件，如OPENVIEW、SUN Solstice Domain Manager或IBM網(wǎng)絡(luò)管理(NetView)遠(yuǎn)程管理交換機(jī)，甚至還會(huì)增加通過內(nèi)置RMON組(mini—RMON)來支持RMON主動(dòng)監(jiān)視功能，或提供通過WEB頁面、命令行方式(eLI)對(duì)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程的監(jiān)控，以最終實(shí)現(xiàn)故障管理、性能管理、配置管理、安全管理等常用管理功能。
5、MAC地址表大小及MAC地址類型
連接到局域網(wǎng)上的每個(gè)端口或設(shè)備都需要一個(gè)MAC地址，其他設(shè)備要用到此地址來定位特定的端口及更新路由表和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。MAC地址表大小能反映出該設(shè)備所支持的節(jié)點(diǎn)數(shù)能力。單MAC地址類型交換機(jī)連接最終用戶或非橋接設(shè)備，不能接集線器等多網(wǎng)絡(luò)設(shè)備網(wǎng)段。多MAC地址交換機(jī)則可以在每端口存多個(gè)MAC地址具有較強(qiáng)的多節(jié)點(diǎn)支持力。
6、擴(kuò)展樹
為保障網(wǎng)絡(luò)的安全性，常對(duì)關(guān)鍵數(shù)據(jù)鏈路提供冗余備份鏈路，由于交換機(jī)實(shí)際上是多端口的透明橋接設(shè)備，從而引發(fā)“拓?fù)洵h(huán)”問題。交換機(jī)通過采用擴(kuò)展樹協(xié)議算法讓網(wǎng)絡(luò)中的每一個(gè)橋接設(shè)備相互知道，自動(dòng)防止拓?fù)洵h(huán)現(xiàn)象。交換機(jī)并將檢測(cè)到的“拓?fù)洵h(huán)”中的某個(gè)端口斷開，以達(dá)到消除“拓?fù)洵h(huán)”的目的，維持網(wǎng)絡(luò)中的拓?fù)錁涞耐暾浴?/p>
7、是否全雙工
全雙工端口可以同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，但這要求交換機(jī)和所連接的設(shè)備都支持全雙工工作方式。
具有全雙工功能的交換機(jī)可實(shí)現(xiàn)高吞吐量(兩倍于單工模式端口吞吐量)、避免碰撞、突破CSMA圮D鏈路長(zhǎng)度限制，通信鏈路的長(zhǎng)度限制只與物理介質(zhì)有關(guān)，交換機(jī)端口最好能實(shí)現(xiàn)全伴雙工自動(dòng)轉(zhuǎn)換。
8、高速端口集成
交換機(jī)可以提供高帶寬”管道”(固定端口、可選模塊或多鏈路隧道)滿足交換機(jī)的交換流量與上級(jí)主干的交換需求。防止出現(xiàn)主干通信瓶頸。如FDDI、ATM、G比特光模塊等。
9、最大VLAN數(shù)量
此參數(shù)反映了一臺(tái)設(shè)備所能支持的最大VLAN數(shù)目，就目前交換機(jī)所能支持的最大VLAN數(shù)目(1024以上)來看，足以滿足一般企業(yè)的需要。
10、擴(kuò)充性配置
機(jī)架插槽數(shù)、擴(kuò)展槽數(shù)、最大可堆疊數(shù)、10／1013／000M以太網(wǎng)端口數(shù)、最大ATM端口數(shù)、最大SONET端口數(shù)、最大FDDI端口數(shù)、最大電源數(shù)等多個(gè)硬件指標(biāo)將直接反映交換機(jī)的擴(kuò)充能力及與其它骨干網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的互聯(lián)互通能力。
對(duì)不同的用戶在選擇中還有不同的要求，如實(shí)施對(duì)數(shù)據(jù)流的訪問控制(ACL)、服務(wù)質(zhì)量保證(QoS)、帶寬管理以及各種控制和服務(wù)策略、支持的包過濾、負(fù)載均衡及在三層交換機(jī)對(duì)各種路由協(xié)議的支持程度等等。
總之，在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)和選擇交換機(jī)時(shí)，應(yīng)仔細(xì)考察交換機(jī)的各種功能，隨著交換技術(shù)的高速發(fā)展，越來越多的交換機(jī)融合了其它網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的新功能，交換機(jī)的選擇更需全面考慮、實(shí)時(shí)跟蹤新產(chǎn)品。
