1、交換機的基本概念

交換機英文名稱為Switch，也稱為交換式集線器,是一種基于MAC地址識別，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地址，并把其存放在內(nèi)部地址表中，通過在數(shù)據(jù)幀的始發(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。

2、交換機的工作特點：

擁有一條很高帶寬的背板總線和內(nèi)部交換矩陣所有的端口都掛接在這條背板總線上控制電路收到數(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地址的網(wǎng)卡（NIC）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若不存在才廣播到所有的端口，接收端口回應(yīng)后交換機會“學習”新的地址，并把它添加入內(nèi)部MAC地址表中。

3、交換機的特性

與網(wǎng)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(tǒng)的一個大局域網(wǎng)上的用戶分成若干工作組，每個端口連接一臺設(shè)備 或連接一個工作組，有效地解決擁擠現(xiàn)象。

（3）虛擬網(wǎng)（Virtual LAN）技術(shù)的出現(xiàn)，給交換機的使用和管理帶來了更大 的靈活性。

（4）端口密度可以與集線器相媲美,一般的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)都是有一個或幾個服務(wù)器，而絕大部分都是普通的客戶機?？蛻魴C都需要訪問服務(wù)器，這樣就導致服務(wù)器的通信和事務(wù)處理能力成為整個網(wǎng)絡(luò)性能好壞的關(guān)鍵。

4、交換機的三個主要功能

（1）學習 以太網(wǎng)交換機了解每一端口相連設(shè)備的MAC地址，并將地址同相應(yīng)的端口映射起來存放在交換機緩存中的MAC地址表中。

（2）轉(zhuǎn)發(fā)/過濾 當一個數(shù)據(jù)幀的目的地址在MAC地址表中有映射時，它被轉(zhuǎn)發(fā)到連接目的節(jié)點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）。

（3）消除回路 當交換機包括一個冗余回路時，以太網(wǎng)交換機通過生成樹協(xié)議避免回路的產(chǎn)生，同時允許存在后備路徑。

5、交換機交換模式

交換機將數(shù)據(jù)從一個端口轉(zhuǎn)發(fā)至到另一個端口的處理方式稱為交換模式。

交換模式類型：

存儲轉(zhuǎn)發(fā)（Store and Forward ）

直通交換（Cut—Through ）

碎片丟棄（Fragmentfree）

1）存儲轉(zhuǎn)發(fā)(Store and Forward)

特點：交換機接收到數(shù)據(jù)包后，首先將數(shù)據(jù)包存儲到緩沖器中，進行CRC循環(huán)冗余校驗,如果這個數(shù)據(jù)包有CRC錯誤，則該包將被丟棄；如果數(shù)據(jù)包完整，交換機查詢地址映射表將其轉(zhuǎn)發(fā)至相應(yīng)的端口。

優(yōu)點：沒有殘缺數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)，可減少潛在的不必要的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)缺點：轉(zhuǎn)發(fā)速率比直接轉(zhuǎn)發(fā)方式慢。

適用環(huán)境：存儲轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)適用于普通鏈路質(zhì)量或質(zhì)量較為惡劣的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，這種方式要對數(shù)據(jù)包進行處理，所以，延遲和幀的大小有關(guān)。

2）直通交換(Cut—Through)

特點：交換機只讀出數(shù)據(jù)幀的前6個字節(jié)，即通過地址映射表中查找目標地址，將數(shù)據(jù)幀傳送到相應(yīng)的端口上。直通交換能夠?qū)崿F(xiàn)較少的延遲，因為在數(shù)據(jù)幀的目的地址被讀出，確定了轉(zhuǎn)發(fā)端口后馬上開始轉(zhuǎn)發(fā)這個數(shù)據(jù)幀。

優(yōu)點：轉(zhuǎn)發(fā)速率快、減少延時和提高整體吞吐率

缺點：會給整個交換網(wǎng)絡(luò)帶來許多垃圾通信包

適用環(huán)境：網(wǎng)絡(luò)鏈路質(zhì)量較好、錯誤數(shù)據(jù)包較少的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，延遲時間跟幀的大小無關(guān)。

3）碎片丟棄（Fragmentfree）

特點：這是介于前兩者之間的一種解決方案。它檢查數(shù)據(jù)包的長度是否夠64個字節(jié)，如果小于64字節(jié)，說明是假包，則丟棄該包；如果大于等于64字節(jié)，則發(fā)送該包。

優(yōu)點：數(shù)據(jù)處理速度比存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式快

缺點：比直通式慢

適用環(huán)境：一般的通訊鏈路

6、交換機類型

交換機的接口是隨著網(wǎng)絡(luò)類型的變化和傳輸介質(zhì)的發(fā)展而產(chǎn)生的不同的接口規(guī)格，主要有：

雙絞線RJ-45接口

光纖接口

AUI接口與BNC

Console接口

FDDI接口

1）雙絞線RJ-45接口

數(shù)量最多、應(yīng)用最廣的一種接口類型，它屬于以太網(wǎng)接口類型。它不僅在最基本的10Base-T以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中使用，還在目前主流的100Base-TX快速以太網(wǎng)和1000Base-TX千兆以太網(wǎng)中使用。

2）光纖接口

目前光纖傳輸介質(zhì)發(fā)展相當迅速，各種光纖接口也是層出不窮，分別應(yīng)用于100Base-FX、1000Base-FX等網(wǎng)絡(luò)中。在局域網(wǎng)交換機中， SC類型是一種常見的光纖接口，SC接口的芯在接頭里面，下圖所示的是一款100Base-FX網(wǎng)絡(luò)的SC光纖接口模塊。

3）AUI接口

這是專門用于連接粗同軸電纜的，目前這種網(wǎng)絡(luò)在局域網(wǎng)中已不多見?，F(xiàn)在部分交換機保留了AUI接口。AUI接口是一個15針“D”形接口，類似于顯示器接口。這種接口在其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中也可以見到，如路由器，甚至服務(wù)器中。下圖中所示的是交換機上的AUI接口示意圖。

4）BNC 接口

這是專門用于連接細同軸電纜的接口，目前提供這種接口的交換機比較少見。個別交換機保留BNC接口，主要是用于與細同軸電纜作為傳輸介質(zhì)的令牌網(wǎng)絡(luò)連接。下圖是BNC接口的網(wǎng)卡。

5）Console接口

用于配置交換機而使用的接口。不同交換機的Console接受有所不同，有些與Cisco路由器一樣采用RJ-45類型Console接口，而有的則采用串口作為Console接口。

6）FDDI接口

在早期的100Mbps時代，還有一種FDDI網(wǎng)絡(luò)類型，即“光纖分布式數(shù)據(jù)接口”，其傳輸介質(zhì)也是光纖，其接口類型如下圖。目前由于它的優(yōu)勢不明顯，已經(jīng)很少見了。

7、交換機的連接方式

我們常見的網(wǎng)絡(luò)都是多臺網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接在一起，我們來看交換機之間有哪些連接方式：

級聯(lián)

冗余

堆疊

1）級聯(lián)

級聯(lián)是最常見的連接方式，即使用網(wǎng)線將兩個交換機連接起來。有使用光纖介質(zhì)連接和雙絞線介質(zhì)連接兩種情況。

光纖介質(zhì)連接：

直接連接的兩個交換機端口要保證一致的光纖規(guī)格、端口速率，發(fā)送信號光纖端口與接收信號光纖端口相連。

雙絞線介質(zhì)連接：

分普通端口和使用Uplink端口級聯(lián)兩種情況。普通端口之間相連，使用交叉雙絞線；一臺交換機使用UPlink端口相連使用直通雙絞線。

注意：目前有些交換機已實現(xiàn)智能判斷，即使用交叉線或直通線均可在兩臺交換機之間建立連接。

2）冗余

SpanningTree冗余連接：工作方式是StandBy，一條鏈路在工作，其余鏈路處于待機(StandBy)狀態(tài)，效率沒有提高，可靠性提高。

PortTrunking連接：多條冗余連接鏈路實現(xiàn)負載分擔。交換機之間聯(lián)結(jié)帶寬成倍提高，可靠性已得到增強。

3）堆疊

只有支持堆疊的交換之間才可進行堆疊，使用專用的堆疊線通過交換機上提供的堆疊接口使用一定的連接方式連接起來。多臺交換機的堆疊是靠一個提供背板總線帶寬的多口堆疊母模塊與單口的堆疊子模塊相連實現(xiàn)的，并插入不同的交換機實現(xiàn)交換機的堆疊。

堆疊中的所有交換機可視為一個整體的交換機來進行管理，也就是說，堆疊中所有的交換機從拓撲結(jié)構(gòu)上可視為一個交換機。堆棧在一起的交換機可以當作一臺交換機來統(tǒng)一管理。交換機堆疊技術(shù)采用了專門的管理模塊和堆棧連接電纜，這樣做的好處是，一方面增加了用戶端口，能夠在交換機之間建立一條較寬的寬帶鏈路，這樣每個實際使用的用戶帶寬就有可能更寬（只有在并不是所有端口都在使用情況下）。另一方面多個交換機能夠作為一個大的交換機，便于統(tǒng)一管理。