交換機的分類及功能

1、交換機的分類及工作原理交換機的分類及工作原理交換機擁有一條很高帶寬的背部總線和內(nèi)部交換矩陣.交換機的所有的端口都掛接在這條背部總線上,限制電路收到數(shù)據(jù)包以后,處理端口會查找 內(nèi)存中的地址對照表以確定目的 MAC網(wǎng)卡的硬件地址的 NIC 網(wǎng)卡掛 接在哪個端口上,通過內(nèi)部交換矩陣迅速將數(shù)據(jù)包傳送到目的端口, 目的MAC 假設(shè)不存在才播送到所有的端口,接收端口回應后交換時機“學習新的地址, 并把它添參加內(nèi)部 MAC*址表中.使用交換機也可以把網(wǎng)絡(luò)“分段,通過 對照MAO址表,交換機只允許必要的網(wǎng)絡(luò)流量通過交換機.通過交換機的 過濾和轉(zhuǎn)發(fā),可以有效的隔離播送風暴,減少誤包和錯包的出現(xiàn),防止共享 沖突.

2、交換機在同一時刻可進行多個端口對之間的數(shù)據(jù)傳輸.每一端口都可 視為獨立的網(wǎng)段,連接在其上的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備單獨享有全部的帶寬,無須同其他 設(shè)備競爭使用.當節(jié)點A向節(jié)點D發(fā)送數(shù)據(jù)時,節(jié)點B可同時向節(jié)點C發(fā)送 數(shù)據(jù),而且這兩個傳輸都享有網(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,那么該交換機這時的總流通量就 等于2X 10Mbps= 20Mbps而使用10Mbps的共享式HUBM, 一個HUB勺總流 通量也不會超出10Mbps總之,交換機是一種基于MACS址識別,能完成封 裝轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包功能的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備.交換機可以“學習MAC*址,并把其存放在內(nèi)部地址表中,通過在數(shù)據(jù)幀

3、的始發(fā)者和目標接收者之間建立臨時的交換 路徑,使數(shù)據(jù)幀直接由源地址到達目的地址.從層次上分類交換機可分為二層交換機、三層交換機、四層交換機等：一二層交換技術(shù)二層交換技術(shù)是開展比擬成熟,二層交換機屬數(shù)據(jù)鏈路層設(shè)備,可以識 別數(shù)據(jù)包中的MAO址信息,根據(jù)MAO址進行轉(zhuǎn)發(fā),并將這些 MAO址與 對應的端口記錄在自己內(nèi)部的一個地址表中.具體的工作流程如下：1當交換機從某個端口收到一個數(shù)據(jù)包,它先讀取包頭中的源MACS址,這樣它就知道源MAO址的機器是連在哪個端口上的；2再去讀取包頭中的目的 MACS址,并在地址表中查找相應的端口;(3)如表中有與這目的 MACM址對應的端口,把數(shù)據(jù)包直接復制到這端口

4、上；(4)如表中找不到相應的端口那么把數(shù)據(jù)包播送到所有端口上,當目的機器 對源機器回應時,交換機又可以學習一目的 MAC®址與哪個端口對應,在下 次傳送數(shù)據(jù)時就不再需要對所有端口進行播送了.不斷的循環(huán)這個過程,對 于全網(wǎng)的MAO址信息都可以學習到,二層交換機就是這樣建立和維護它自 己的地址表.(二)三層交換技術(shù)使用IP的設(shè)備B,比方A要給B發(fā)送數(shù)據(jù),目的IP,那么A就用 子網(wǎng)掩碼取得網(wǎng)絡(luò)地址,判斷目的IP是否與自己在同一網(wǎng)段.如果在同一 網(wǎng)段,但不知道轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)所需的 MACM址,A就發(fā)送一個ARP青求,B返回 其MAO址,A用此MAC寸裝數(shù)據(jù)包并發(fā)送給交換機,交換機起用二層交換 模塊

5、,查找MAO址表,將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到相應的端口.如果目的 IP地址顯 示不是同一網(wǎng)段的,那么A要實現(xiàn)和B的通訊,在流緩存條目中沒有對應 MAC 地址條目,就將第一個正常數(shù)據(jù)包發(fā)送向一個缺省網(wǎng)關(guān),這個缺省網(wǎng)關(guān)一般 在操作系統(tǒng)中已經(jīng)設(shè)好,對應第三層路由模塊,所以可見對于不是同一子網(wǎng) 的數(shù)據(jù),最先在MACS中放的是缺省網(wǎng)關(guān)的MAC*址；然后就由三層模塊接 收到此數(shù)據(jù)包,查詢路由表以確定到達 B的路由,將構(gòu)造一個新的幀頭,其 中以缺省網(wǎng)關(guān)的MAO址為源MAO址,以主機B的MAC!址為目的MAC! 址.通過一定的識別觸發(fā)機制,確立主機 A與B的MAC!址及轉(zhuǎn)發(fā)端口的對 應關(guān)系,并記錄進流緩存條目表,以后的

6、A到B的數(shù)據(jù),就直接交由二層交 換模塊完成.這就通常所說的一次路由屢次轉(zhuǎn)發(fā).三層交換機的最重要的功能是加快大型局域網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的數(shù)據(jù)的快速轉(zhuǎn) 發(fā),參加路由功能也是為這個目的效勞的.如果把大型網(wǎng)絡(luò)根據(jù)部門,地域 等等因素劃分成一個個小局域網(wǎng),這將導致大量的網(wǎng)際互訪,單純的使用二 層交換機不能實現(xiàn)網(wǎng)際互訪；如單純的使用路由器,由于接口數(shù)量有限和路 由轉(zhuǎn)發(fā)速度慢,將限制網(wǎng)絡(luò)的速度和網(wǎng)絡(luò)規(guī)模,采用具有路由功能的快速轉(zhuǎn) 發(fā)的三層交換機就成為首選.一般來說,在內(nèi)網(wǎng)數(shù)據(jù)流量大,要求快速轉(zhuǎn)發(fā)響應的網(wǎng)絡(luò)中,如全部由三層交換機來做這個工作,會造成三層交換機負擔過重,響應速度受影響,將網(wǎng)間的路由交由路由器去完成,充分發(fā)

7、揮不同 設(shè)備的優(yōu)點,不失為一種好的組網(wǎng)策略,當然,前提是客戶的腰包很鼓,不 然就退而求其次,讓三層交換機也兼為網(wǎng)際互連.三四層交換技術(shù)第四層交換的一個簡單定義是：它是一種功能,它決定傳輸不僅僅依據(jù) MAC地址第二層網(wǎng)橋或源/目標IP地址第三層路由,而且依據(jù) TCP/UDPB四層應用端口號.第四層交換功能就象是虛IP,指向物理效勞 器.它傳輸?shù)臉I(yè)務服從的協(xié)議多種多樣,有 HTTP FTR NFS Telnet或其 他協(xié)議.這些業(yè)務在物理效勞器根底上,需要復雜的載量平衡算法.在 IP 世界,業(yè)務類型由終端TCP或UD圖口地址來決定,在第四層交換中的應用 區(qū)間那么由源端和終端IP地址、TCP和UD圖

8、口共同決定. 在第四層交換中 為每個供搜尋使用的效勞器組設(shè)立虛 IP地址VIP,每組效勞器支持某種 應用.在域名效勞器DNS中存儲的每個應用效勞器地址是 VIP,而不是真 實的效勞器地址.當某用戶申請應用時,一個帶有目標效勞器組的VIP連接請求例如一個TCPSYNfe發(fā)給效勞器交換機.效勞器交換機在組中選取 最好的效勞器,將終端地址中的 VIP用實際效勞器的IP取代,并將連接請 求傳給效勞器.這樣,同一區(qū)間所有的包由效勞器交換機進行映射,在用戶 和同一效勞器間進行傳輸.第四層交換的原理：OSI模型的第四層是傳輸層. 傳輸層負責端對端通信,即在網(wǎng)絡(luò)源和目標系統(tǒng)之間協(xié)調(diào)通信.在 IP協(xié)議 棧中這是

9、TCP 一種傳輸協(xié)議和UDP用戶數(shù)據(jù)包協(xié)議所在的協(xié)議層.在第四層中,TCPffi UDPB題包含端口號portnumber,它們可以唯一 區(qū)分每個數(shù)據(jù)包包含哪些應用協(xié)議例如HTTP FTP等.端點系統(tǒng)利用這種信息來區(qū)分包中的數(shù)據(jù),尤其是端口號使一個接收端計算機系統(tǒng)能夠確定 它所收到的IP包類型,并把它交給適宜的高層軟件.端口號和設(shè)備 IP地址 的組合通常稱作"插口socket ".1和255之間的端口號被保存,他們稱 為“熟知"端口,也就是說,在所有主機 TCP/I P協(xié)議棧實現(xiàn)中,這些端口號 是相同的.除了"熟知"端口外,標準UNIX效勞分配

10、在256到1024端口范圍, 定制的應用一般在 1024以上分配端口號.分配端口號的最近清單可以在 RFc1700"Assigned Numbers"上找到.TCFyUD嘲口號提供的附加信息可以 為網(wǎng)絡(luò)交換機所利用,這是第4層交換的根底IP地址以及每臺第四層交換機都保存一個與被選擇的效勞器相配的源源TCP端口相關(guān)聯(lián)的連接表.然后第四層交換機向這臺效勞器轉(zhuǎn)發(fā)連接請 求.所有后續(xù)包在客戶機與效勞器之間重新影射和轉(zhuǎn)發(fā),直到交換機發(fā)現(xiàn)會 話為止.在使用第四層交換的情況下,接入可以與真正的效勞器連接在一起 來滿足用戶制定的規(guī)那么,諸如使每臺效勞器上有相等數(shù)量的接入或根據(jù)不同 效勞器的

11、容量來分配傳輸流.從廣義上來看,交換機分為兩種：廣域網(wǎng)交換機和局域網(wǎng)交換機.廣域 網(wǎng)交換機主要應用于電信領(lǐng)域,提供通信用的根底平臺.而局域網(wǎng)交換機那么 應用于局域網(wǎng)絡(luò),用于連接終端設(shè)備,如PC機及網(wǎng)絡(luò)打印機等.從傳輸介質(zhì)和傳輸速度上可分為以太網(wǎng)交換機、快速以太網(wǎng)交換機、千兆以太網(wǎng)交換 機、FDDI交換機、AT幟換機和令牌環(huán)交換機等.從規(guī)模應用上又可分為企 業(yè)級交換機、部門級交換機和工作組交換機等.各廠商劃分的尺度并不是完 全一致的,一般來講,企業(yè)級交換機都是機架式,部門級交換機可以是機架 式插槽數(shù)較少,也可以是固定配置式,而工作組級交換機為固定配置式 功能較為簡單.另一方面,從應用的規(guī)模來看,

12、作為骨干交換機時,支 持500個信息點以上大型企業(yè)應用的交換機為企業(yè)級交換機,支持300個信息點以下中型企業(yè)的交換機為部門級交換機, 而支持100個信息點以內(nèi)的交 換機為工作組級交換機.作為局域網(wǎng)的主要連接設(shè)備,以太網(wǎng)交換機成為應用普及最快的網(wǎng)絡(luò)設(shè) 備之一.隨著交換技術(shù)的不斷開展,以太網(wǎng)交換機的價格急劇下降,交換到 桌面已是大勢所趨.如果以太網(wǎng)絡(luò)上擁有大量的用戶、繁忙的應用程序和各 式各樣的效勞器,而且還未對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)做出任何調(diào)整,那么整個網(wǎng)絡(luò)的性能 可能會非常低.解決方法之一是在以太網(wǎng)上添加一個 10/100Mbps的交換機, 它不僅可以處理10Mbps的常規(guī)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)流,而且還可以支持 10

13、0Mbps的 快速以太網(wǎng)連接.如果網(wǎng)絡(luò)的利用率超過了40%,并且碰撞率大于10%,交換機可以幫你解決一點問題.帶有 100Mbps快速以太網(wǎng)和10Mbps以太網(wǎng) 端口的交換機可以全雙工方式運行,可以建立起專用的20Mbps到200Mbps連接.不僅不同網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下交換機的作用各不相同,在同一網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下添加新的交換機和增加現(xiàn)有交換機的交換端口對網(wǎng)絡(luò)的影響也不盡相同.充分了解和掌握網(wǎng)絡(luò)的流量模式是能否發(fā)揮交換機作用的一個非常重要的因素.因為使用交換機的目的就是盡可能的減少和過濾網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)流量,所以如果網(wǎng)絡(luò)中的某臺交換機由于安裝位置設(shè)置不當,幾乎需要轉(zhuǎn)發(fā)接收到的所有數(shù)據(jù)包的話,交換機就無法發(fā)揮其優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能的作用,反而降低了數(shù)