交換機(jī)的分類及功能

1、交換機(jī)的分類及工作原理交換機(jī)的分類及工作原理交換機(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,限制電路收到數(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(yīng)后交換時(shí)機(jī)“學(xué)習(xí)新的地址, 并把它添參加內(nèi)部 MAC*址表中.使用交換機(jī)也可以把網(wǎng)絡(luò)“分段,通過 對(duì)照MAO址表,交換機(jī)只允許必要的網(wǎng)絡(luò)流量通過交換機(jī).通過交換機(jī)的 過濾和轉(zhuǎn)發(fā),可以有效的隔離播送風(fēng)暴,減少誤包和錯(cuò)包的出現(xiàn),防止共享 沖突.

2、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)備單獨(dú)享有全部的帶寬,無須同其他 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2X 10Mbps= 20Mbps而使用10Mbps的共享式HUBM, 一個(gè)HUB勺總流 通量也不會(huì)超出10Mbps總之,交換機(jī)是一種基于MACS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*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(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.從層次上分類交換機(jī)可分為二層交換機(jī)、三層交換機(jī)、四層交換機(jī)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(jī)屬數(shù)據(jù)鏈路層設(shè)備,可以識(shí) 別數(shù)據(jù)包中的MAO址信息,根據(jù)MAO址進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā),并將這些 MAO址與 對(duì)應(yīng)的端口記錄在自己內(nèi)部的一個(gè)地址表中.具體的工作流程如下：1當(dāng)交換機(jī)從某個(gè)端口收到一個(gè)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(jī)器是連在哪個(gè)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(yīng)的端口;(3)如表中有與這目的 MACM址對(duì)應(yīng)的端口,把數(shù)據(jù)包直接復(fù)制到這端口

4、上；(4)如表中找不到相應(yīng)的端口那么把數(shù)據(jù)包播送到所有端口上,當(dāng)目的機(jī)器 對(duì)源機(jī)器回應(yīng)時(shí),交換機(jī)又可以學(xué)習(xí)一目的 MAC®址與哪個(gè)端口對(duì)應(yīng),在下 次傳送數(shù)據(jù)時(shí)就不再需要對(duì)所有端口進(jìn)行播送了.不斷的循環(huán)這個(gè)過程,對(duì) 于全網(wǎng)的MAO址信息都可以學(xué)習(xí)到,二層交換機(jī)就是這樣建立和維護(hù)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(gè)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(jī),交換機(jī)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(yīng)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(shí)現(xiàn)和B的通訊,在流緩存條目中沒有對(duì)應(yīng) MAC 地址條目,就將第一個(gè)正常數(shù)據(jù)包發(fā)送向一個(gè)缺省網(wǎng)關(guān),這個(gè)缺省網(wǎng)關(guān)一般 在操作系統(tǒng)中已經(jīng)設(shè)好,對(duì)應(yīng)第三層路由模塊,所以可見對(duì)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(dá) B的路由,將構(gòu)造一個(gè)新的幀頭,其 中以缺省網(wǎng)關(guān)的MAO址為源MAO址,以主機(jī)B的MAC!址為目的MAC! 址.通過一定的識(shí)別觸發(fā)機(jī)制,確立主機(jī) A與B的MAC!址及轉(zhuǎn)發(fā)端口的對(duì) 應(yīng)關(guān)系,并記錄進(jìn)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(jī)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(gè)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(gè)個(gè)小局域網(wǎng),這將導(dǎo)致大量的網(wǎng)際互訪,單純的使用二 層交換機(jī)不能實(shí)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(jī)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(yīng)的網(wǎng)絡(luò)中,如全部由三層交換機(jī)來做這個(gè)工作,會(huì)造成三層交換機(jī)負(fù)擔(dān)過重,響應(yīng)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(diǎn),不失為一種好的組網(wǎng)策略,當(dāng)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(jī)也兼為網(wǎng)際互連.三四層交換技術(shù)第四層交換的一個(gè)簡(jiǎn)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(biāo)IP地址第三層路由,而且依據(jù) TCP/UDPB四層應(yīng)用端口號(hào).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(wù)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(wù)在物理效勞器根底上,需要復(fù)雜的載量平衡算法.在 IP 世界,業(yè)務(wù)類型由終端TCP或UD圖口地址來決定,在第四層交換中的應(yīng)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(gè)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(yīng)用.在域名效勞器DNS中存儲(chǔ)的每個(gè)應(yīng)用效勞器地址是 VIP,而不是真 實(shí)的效勞器地址.當(dāng)某用戶申請(qǐng)應(yīng)用時(shí),一個(gè)帶有目標(biāo)效勞器組的VIP連接請(qǐng)求例如一個(gè)TCPSYNfe發(fā)給效勞器交換機(jī).效勞器交換機(jī)在組中選取 最好的效勞器,將終端地址中的 VIP用實(shí)際效勞器的IP取代,并將連接請(qǐng) 求傳給效勞器.這樣,同一區(qū)間所有的包由效勞器交換機(jī)進(jìn)行映射,在用戶 和同一效勞器間進(jìn)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(fù)責(zé)端對(duì)端通信,即在網(wǎng)絡(luò)源和目標(biāo)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(hào)portnumber,它們可以唯一 區(qū)分每個(gè)數(shù)據(jù)包包含哪些應(yīng)用協(xié)議例如HTTP FTP等.端點(diǎn)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(hào)使一個(gè)接收端計(jì)算機(jī)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(hào)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(hào)被保存,他們稱 為“熟知"端口,也就是說,在所有主機(jī) TCP/I P協(xié)議棧實(shí)現(xiàn)中,這些端口號(hào) 是相同的.除了"熟知"端口外,標(biāo)準(zhǔn)UNIX效勞分配

10、在256到1024端口范圍, 定制的應(yīng)用一般在 1024以上分配端口號(hào).分配端口號(hào)的最近清單可以在 RFc1700"Assigned Numbers"上找到.TCFyUD嘲口號(hào)提供的附加信息可以 為網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)所利用,這是第4層交換的根底IP地址以及每臺(tái)第四層交換機(jī)都保存一個(gè)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(jī)向這臺(tái)效勞器轉(zhuǎn)發(fā)連接請(qǐng) 求.所有后續(xù)包在客戶機(jī)與效勞器之間重新影射和轉(zhuǎn)發(fā),直到交換機(jī)發(fā)現(xiàn)會(huì) 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(tái)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(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,提供通信用的根底平臺(tái).而局域網(wǎng)交換機(jī)那么 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.從傳輸介質(zhì)和傳輸速度上可分為以太網(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)、AT幟換機(jī)和令牌環(huán)交換機(jī)等.從規(guī)模應(yīng)用上又可分為企 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是完 全一致的,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 式插槽數(shù)較少,也可以是固定配置式,而工作組級(jí)交換機(jī)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,

12、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).作為局域網(wǎng)的主要連接設(shè)備,以太網(wǎng)交換機(jī)成為應(yīng)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(jī)的價(jià)格急劇下降,交換到 桌面已是大勢(shì)所趨.如果以太網(wǎng)絡(luò)上擁有大量的用戶、繁忙的應(yīng)用程序和各 式各樣的效勞器,而且還未對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)做出任何調(diào)整,那么整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的性能 可能會(huì)非常低.解決方法之一是在以太網(wǎng)上添加一個(gè) 10/100Mbps的交換機(jī), 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(jī)可以幫你解決一點(diǎn)問題.帶有 100Mbps快速以太網(wǎng)和10Mbps以太網(wǎng) 端口的交換機(jī)可以全雙工方式運(yùn)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(jī)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(jī)和增加現(xiàn)有交換機(jī)的交換端口對(duì)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(jī)作用的一個(gè)非常重要的因素.因?yàn)槭褂媒粨Q機(jī)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(tái)交換機(jī)由于安裝位置設(shè)置不當(dāng),幾乎需要轉(zhuǎn)發(fā)接收到的所有數(shù)據(jù)包的話,交換機(jī)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)