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带您了解更多关于交换机的知识?

时间:2018-01-24 来源:本站

 随着时代的快速发展交换机也发生了一个质的变化,下面咱们先来了解一下交换机发展的一些历程。1993年,局域网交换设备出现,1994年,国内掀起了交换网络技术的热潮。其实,交换技术是一个具有简化、低价、高性能和高端口密集特点的交换产品,体现了桥接技术的复杂交换技术在OSI参考模型的第二层操作。与桥接器一样,交换机按每一个包中的MAC地址相对简单地决策信息转发。而这种转发决策一般不考虑包中隐藏的更深的其他信息。与桥接器不同的是交换机转发延迟很小,操作接近单个局域网性能,远远超过了普通桥接互联网络之间的转发性能。    

 交换技术允许共享型和专用型的局域网段进行带宽调整,以减轻局域网之间信息流通出现的瓶颈问题。现在已有以太网、快速以太网、FDDI和ATM技术的交换产品。类似传统的桥接器,交换机提供了许多网络互联功能。交换机能经济地将网络分成小的冲突网域,为每个工作站提供更高的带宽。协议的透明性使得交换机在软件配置简单的情况下直接安装在多协议网络中;交换机使用现有的电缆、中继器、集线器和工作站的网卡,不必作高层的硬件升级;交换机对工作站是透明的,这样管理开销低廉,简化了网络节点的增加、移动和网络变化的操作。    

 利用专门设计的集成电路可使交换机以线路速率在所有的端口并行转发信息,提供了比传统桥接器高得多的操作性能。如理论上单个以太网端口对含有64个八进制数的数据包,可提供14880bps的传输速率。这意味着一台具有12个端口、支持6道并行数据流的“线路速率”以太网交换器必须提供89280bps的总体吞吐率(6道信息流X14880bps/道信息流)。专用集成电路技术使得交换器在更多端口的情况下以上述性能运行,其端口造价低于传统型桥接器。    

交换技术    

1.端口交换    

 端口交换技术最早出现在插槽式的集线器中,这类集线器的背板通常划分有多条以太网段(每条网段为一个广播域),不用网桥或路由连接,网络之间是互不相通的。以大主模块插入后通常被分配到某个背板的网段上,端口交换用于将以太模块的端口在背板的多个网段之间进行分配、平衡。根据支持的程度,端口交换还可细分为:    

 ·模块交换:将整个模块进行网段迁移。    

 ·端口组交换:通常模块上的端口被划分为若干组,每组端口允许进行网段迁移。    

 ·端口级交换:支持每个端口在不同网段之间进行迁移。这种交换技术是基于OSI第一层上完成的,具有灵活性和负载平衡能力等优点。如果配置得当,那么还可以在一定程度进行客错,但没有改变共享传输介质的特点,自而未能称之为真正的交换。    

2.帧交换    

 帧交换是目前应用最广的局域网交换技术,它通过对传统传输媒介进行微分段,提供并行传送的机制,以减小冲突域,获得高的带宽。一般来讲每个公司的产品的实现技术均会有差异,但对网络帧的处理方式一般有以下几种:    

 ·直通交换:提供线速处理能力,交换机只读出网络帧的前14个字节,便将网络帧传送到相应的端口上。    

 ·存储转发:通过对网络帧的读取进行验错和控制。    

 前一种方法的交换速度非常快,但缺乏对网络帧进行更高级的控制,缺乏智能性和安全性,同时也无法支持具有不同速率的端口的交换。因此,各厂商把后一种技术作为重点。

 有的厂商甚至对网络帧进行分解,将帧分解成固定大小的信元,该信元处理极易用硬件实现,处理速度快,同时能够完成高级控制功能(如美国MADGE公司的LET集线器)如优先级控制。    

3.信元交换  

   ATM技术代表了网络和通讯技术发展的未来方向,也是解决目前网络通信中众多难题的一剂“良药”,ATM采用固定长度53个字节的信元交换。由于长度固定,因而便于用硬件实现。ATM采用专用的非差别连接,并行运行,可以通过一个交换机同时建立多个节点,但并不会影响每个节点之间的通信能力。ATM还容许在源节点和目标、节点建立多个虚拟链接,以保障足够的带宽和容错能力。ATM采用了统计时分电路进行复用,因而能大大提高通道的利用率。ATM的带宽可以达到25M、155M、622M甚至数Gb的传输能力。  

  

局域网交换机的种类和选择  

 局域网交换机根据使用的网络技术可以分为:    

 ·以大网交换机;    

 ·令牌环交换机;    

 ·FDDI交换机;    

 ·ATM交换机;  

 ·快速以太网交换机等。  

  如果按交换机应用领域来划分,可分为:    

 ·台式交换机;    

 ·工作组交换机;    

 ·主干交换机;    

·企业交换机;  

 ·分段交换机;    

 ·端口交换机;    

 ·网络交换机等。  

 局域网交换机是组成网络系统的核心设备。对用户而言,局域网交换机最主要的指标是端口的配置、数据交换能力、包交换速度等因素。因此,在选择交换机时要注意以下事项:    

 (1)交换端口的数量;    

 (2)交换端口的类型;    

 (3)系统的扩充能力;    

 (4)主干线连接手段;    

 (5)交换机总交换能力;  

 (6)是否需要路由选择能力;   

 (7)是否需要热切换能力;    

 (8)是否需要容错能力;  

 (9)能否与现有设备兼容,顺利衔接;    

 (10)网络管理能力。  

  

交换机应用中几个值得注意的问题    

1.交换机网络中的瓶颈问题  

  交换机本身的处理速度可以达到很高,用户往往迷信厂商宣传的Gbps级的高速背板。其实这是一种误解,连接入网的工作站或服务器使用的网络是以大网,它遵循CSMA/CD介质访问规则。在当前的客户/服务器模式的网络中多台工作站会同时访问服务器,因此非常容易形成服务器瓶颈。有的厂商已经考虑到这一点,在交换机中设计了一个或多个高速端口(如3COM的Linkswitch1000可以配置一个或两个100Mbps端口),方便用户连接服务器或高速主干网。用户也可以通过设计多台服务器(进行业务划分)或追加多个网卡来消除瓶颈。交换机还可支持生成树算法,方便用户架构容错的冗余连接。   

2.网络中的广播帧   

 目前广泛使用的网络操作系统有Netware、Windows NT等,而Lan Server的服务器是通过发送网络广播帧来向客户机提供服务的。这类局域网中广播包的存在会大大降低交换机的效率,这时可以利用交换机的虚拟网功能(并非每种交换机都支持虚拟网)将广播包限制在一定范围内。    

 每台文交换机的端口都支持一定数目的MAC地址,这样交换机能够“记忆”住该端口一组连接站点的情况,厂商提供的定位不同的交换机端口支持MAC数也不一样,用户使用时一定要注意交换机端口的连接端点数。如果超过厂商给定的MAC数,交换机接收到一个网络帧时,只有其目的站的MAC地址不存在于该交换机端口的MAC地址表中,那么该帧会以广播方式发向交换机的每个端口。  

3.虚拟网的划分    

 虚拟网是交换机的重要功能,通常虚拟网的实现形式有三种:    

 (1)静态端口分配    

  静态虚拟网的划分通常是网管人员使用网管软件或直接设置交换机的端口,使其直接从属某个虚拟网。这些端口一直保持这些从属性,除非网管人员重新设置。这种方法虽然比较麻烦,但比较安全,容易配置和维护。  

(2)动态虚拟网    

  支持动态虚拟网的端口,可以借助智能管理软件自动确定它们的从属。端口是通过借助网络包的MAC地址、逻辑地址或协议类型来确定虚拟网的从属。当一网络节点刚连接入网时,交换机端口还未分配,于是交换机通过读取网络节点的MAC地址动态地将该端口划入某个虚拟网。这样一旦网管人员配置好后,用户的计算机可以灵活地改变交换机端口,而不会改变该用户的虚拟网的从属性,而且如果网络中出现未定义的MAC地址,则可以向网管人员报警。    (3)多虚拟网端口配置     

  该配置支持一用户或一端口可以同时访问多个虚拟网。这样可以将一台网络服务器配置成多个业务部门(每种业务设置成一个虚拟网)都可同时访问,也可以同时访问多个虚拟网的资源,还可让多个虚拟网间的连接只需一个路由端口即可完成。但这样会带来安全上的隐患。虚拟网的业界规范正在制定当中,因而各个公司的产品还谈不上互操作性。

4.高速局域网技术的应用    

 快速以太网技术虽然在某些方面与传统以大网保持了很好的兼容性,但100BASE-TX、 100BASAE-T4及100BASE-FX对传输距离和级连都有了比较大的限制。通过100Mbps的交换机可以打破这些局限。同时也只有交换机端口才可以支持双工高速传输。  

 目前也出现了CDDI/FDDI的交换技术,另外该CDDI/FDDI的端口价格也呈下降趋势,同时在传输距离和安全性方面也有比较大的优势,因此它是大型网络骨干的一种比较好的选择。  

   

局域网交换机基础  

 对于小企业来说,从价格角度上看,集线器具有价格便宜的优势,但随着网络应用不断丰富,局域网不但需要支持越来越多的用户,而且要支持网络日渐复杂的拓扑结构。在这种形势下,网络规划和系统集成变得越来越复杂,因此交换机就成为备受关注的网络产品。    

 对于一个较大的网络来说,不但要考虑兼容性、可扩展性,而且要考虑主干与骨干之间的带宽平衡以及不同的网络介质在不同的传输距离上的稳定性,使得主干与骨干的连接既能满足带宽需要又能满足不同的传输距离。而用户在考虑以上多种因素的同时又不得不考虑可承受的价格范围。那么,究竟交换机与集线器的区别在哪儿?    

 交换机与集线器的区别从大的方面来看可以分为以下三点,从中不难看出我们为什么要选择交换机:    

 1、从OSI体系结构来看,集线器属于OSI的第一层物理层设备,而交换机属于OSI的第二层数据链路层设备。也就意味着集线器只是对数据的传输起到同步、放大和整形的作用,对数据传输中的短帧、碎片等无法进行有效的处理,不能保证数据传输的完整性和正确性;而交换机不但可以对数据的传输做到同步、放大和整形,而且可以过滤短帧、碎片等。    

 2、从工作方式来看,集线器是一种广播模式,也就是说集线器的某个端口工作的时候,其他所有端口都能够收听到信息,容易产生广播风暴,当网络较大时网络性能会受到很大的影响,那么用什么方法去避免这种现象呢?交换机就能够起到这种作用!当交换机工作的时候,只有发出请求的端口和目的端口之间相互响应而不影响其他端口,因此交换机就能够隔离冲突域和有效的抑制广播风暴的产生。

 3、从带宽来看,集线器不管有多少个端口,所有端口都是共享一条带宽,在同一时刻只能有二个端口传送数据,其他端口只能等待,同时集线器只能工作在半双工模式下;而对于交换机而言,每个端口都有一条独占的带宽,当二个端口工作时并不影响其他端口的工作,同时交换机不但可以工作在半双工模式下而且可以工作在全双工模式下。    


网络互联设备    

 如果说由于微型计算机的普及,导致了若干台微机相互连接,从而产生了局域网的话,那么由于网络的普遍应用,为了满足在更大范围内实现相互通信和资源共享,因而,导致了网络之间的互联。本节将介绍一般网络互联的硬件设备。    

 网络互联时,必须解决如下问题:在物理上如何把两种网络连接起来。一种网络如何与另一种网络实现互访与通信,如何解决它们之间协议方面的差别,如何处理速率与带宽的差别,解决这些问题,协调,转换机制的部件就是中继器,网桥,路由器和网关等。    

用硬件的方法解决网络之间的差异:    

l.中继器:    

 传输介质超过了网段长度后,可用中继器延伸网络的距离,对弱信号予以再生放大,IEEE802标准规定最多允许四个中继器接五个网段。中继器工作在物理层,不提供网段隔离功能。    

2.特殊的中继器:    

集线器与交换器(多端口中继器):    

(1)集线器:    

 是一种以星型拓并结构将通信线路集中在一起的设备,相当于总线,工作在物理层,是局域网中应用最广的连接设备,按配置形式分为独立型hub,模块化hub和堆叠式hub三种。智能型hub改进了一般hub的缺点,增加了桥接能力,可滤掉不属于自己网段的帧,增大网段的频宽,且具有网管能力和自动检测端口所连接的PC网卡速度的能力。        

(2)交换器(switch):    

 交换式以太网数据包的目的地址将以太包从原端口送至目的端,向不同 的目的端口发送以太包时,就可以同时传送这些以太包,达到提高网络实际吞吐量的效果。交换器可以同时建立多个传输路径,所以在应用联结多台服务器的网段上可以收到明显的效果。主要用于联hub,server或分散式主干网。    

按采用技术对交换器进行分类:    

 直通交换.(cut—through):一旦收到信息包中的目标地址,在收到全帧之前便开始转发。适用于同速率端口和碰撞误码率低的环境。    

 存储转发:(store—and—forward):确认收到的帧,过滤处理坏帧。适用于不同速率端口和碰撞,误码串高的环境。    

应用注意:    

 (1)选10/100M适应交换机。    

 (2)选两种以上技术的交换机。    

3、网桥:    

 (1)过滤和转发。    

 (2)学习功能。    

 (3)连接不同的传输介质,无路径选择能力。    

4、路由器:在多个网络和介质之间实现网络互联的一种设备,是一种比网桥更复杂的网络互联设备。    

(1)分组转发,提供最佳路径,将不同硬件技术的网络互联起来。必要时进行分组格式和分组长度的转换。    

 (2)提供隔离,划分子网,路由器的每一端口都是一个单独的子网。    

 (3)提供经济合理的WAN接入。    

 (4)支持备用网络路径,支持网状网络拓扑,交换机,网桥要求,无环路拓扑。互联各种局域网和广域网。适用于大型交换网络。

 可以认为使用Route后,形形色色的通信子网融为一体,形成了一个更大范围的网络,从宏观的角度出发,可以认为通信子网实际上是由路由器组成的网络,路由器之间的通信则通过各种通信子网的通信能力予以实现。    

5.网关:用来互联完全不同的网络。    

  交换机主要功能:把一种协议变成另一种协议,把一种数据格式变成另一种数据格式,把一种速率变成另一种速率,以求两者的统一。提供中转中间接口。在Internet中,网关是一台计算机设备,它能根据用户通信用的计算机的IP地址,界定是否将用户发出的信息送出本地网络,同时,它还将外界发送给本地网络计算机的信息接收。

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 我们优特普公司一直将“优、特、普、简”作为核心价值观;以“做人诚实、做事可靠、与时俱进、推陈出新”为经营理念;以“让产品普及到全球,让发展红利普惠优特普人”作为企业愿景,优特普将不断为客户提供优秀、有特色的产品和服务。优特普,以视频为核心的工业物联网传输领航者。


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