乙太網交換技術（Ethernet switching technology）是指在乙太網中交換數據包所採用的技術。包括快捷交換技術、準快捷交換技術、存儲轉發交換技術和混合型交換技術。
基本介紹
- 中文名：乙太網交換技術
- 外文名：Ethernet switching technology
- 學科：計算機套用
- 包含一：快捷交換技術
- 包含二：準快捷交換技術
- 包含三：存儲轉發交換技術
- 包含四：混合型交換技術
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乙太網交換技術
乙太網交換機與網橋在性能指標和結構安排上是非常相似的，甚至可將交換機看成是功能更完善的網橋。但是，乙太網交換技術是網橋技術的發展與升華，乙太網交換機的主要功能是要完成數據幀的交換。當然，由於採用的技術和內部的構件不同，乙太網交換機在性能、造價上的相差是懸殊的。目前，乙太網交換機所採用的交換技術主要有快捷交換技術 CTS（Cut-Through Switching）、準快捷交換技 術 ICS（Interim Cut-Though Switching）、存 儲 轉發交換技術SFS （Store and Forward Switching）和混合型交換技術 CPS （Composite Pattern Switching）幾種。
快捷交換技術
快捷交換技術（CTS）又稱為捷徑或穿過交換技術，是以最快的速度將連線埠接到數據幀過濾或轉發到輸出連線埠的技術。其數據幀的交換過程是：交換機從接收連線埠接收數據幀並識別其目的和源節點 MAC 地址後，將目的 MAC 地址與 MAC 地址表相比較，並對 MAC 地址表進行更新和完善，然後作出過濾或轉發的判斷和根據此判斷轉發數據幀到目的連線埠或將數據幀濾掉，待進一步建立輸入連線埠與輸出連線埠之間的臨時路徑後，將需傳送的數據幀沿臨時路徑轉傳送出去。因此，連線埠收到的數據幀不能立即被轉發到交換的輸出連線埠，因為上述過程需要經歷一定的時間，這段時間稱為轉發等待時間（FLT：Forward Latency Time）。FLT 是乙太網交換機的一個重要參數，反映了交換機幀交換的速度。一般地說，FLT 被規範為從接收幀第一比特進入連線埠時起到此比特在轉發連線埠送出為止的時間間隔。
CTS 的 FLT 主要由三部分所組成：一是快取數據幀將至少前 120 個比特的時間（識別目的節點MAC 地址的時間）；二是作出幀過濾或轉發判的時間；三是建立數據幀輸入 / 輸出連線埠之間臨時路徑的時間。其後兩項需要花費的時間分別為 5 比特~10 比特的時間。
因此，即使採用 CTS，FLT 的時間也至少需要 140 比特的時長。CTS 是乙太網反應速度最快的一種交換技術，可以在接收連線埠還沒有完成全幀的接收之前，就完成轉發決策並將此幀的前面部分送入轉發連線埠。因此，其轉發等待時間最短。簡單、快捷是這類交換技術顯著特點。但是，CTS 也有下面不足之處：
- 轉發部分殘幀時不能識別長度超過 120 比特的殘幀。
- 轉發存在差錯的數據幀時由於不是將全幀完全接收並證明是合法的數據幀後才將其轉發的，因此沒有進行全幀循環誤碼的校驗，難免將存在差錯的數據幀轉發出去。
- 會發生碰撞與擁塞。
由於轉發部分殘幀，廣播幀和組播幀從交換機各連線埠“噴出”會導致在各連線埠發生數據幀“碰撞”，使得合法幀不得不重發，從而降低了網路的利用率。當交換機從若干連線埠接收的數據幀有相同的目的接點 MAC 地址時，會有多個數據幀同時被轉發到同一個連線埠，由於在每個連線埠無足夠的快取排對存儲設施，使之在此連線埠造成擁塞，有的數據幀可能會被迫丟棄。
準快捷交換技術
準快捷交換技術 （ICS：Interim Cut-Though Switching ）又稱為無殘幀交換技術 （RCS：Runt-Free Cut-Though Switching） 或改進型快捷交換技術 （MCS：Modified Cut-Though Switching）， 屬 於CTS 技術的改進型。由於 CTS 存在將大於 120 比特部分的殘幀轉發出去等缺點，因此 ICS 進行了改進，在交換機的每個連線埠的接收、輸入通道分別設定了一個 512 比特容量的快取器（FIFO），此容量正好是乙太網允許的最短幀長。這樣 ICS 技術就可將少於 512 比特（64 個位元組）的殘幀除去，而避免了將小於 512 比特（64 個位元組）的殘幀轉發出去問題的出現，也在一定程度上減少了各連線埠發生擁塞、碰撞的可能，使交換機的性能有了較大的提高。ICS 技術顯然優於 CTS，但也有其缺點：
- 比 CTS 複雜，至少在各個連線埠需增加 512比特（64 個位元組）容量的快取器（FIFO）；
- 轉發等待的時間OFLTL 比CTS 長，要到 512 比特（64 個位元組）時間以上；
- 由於乙太網數據幀最大長度達 1518 個位元組，而快取器的容量僅有 512 比特（64個位元組），因此採用 ICS 時不可避免地會轉發非合法的差錯幀或多於 512 比特（64 個位元組）部分的殘幀。
存儲轉發交換技術
CTS 和 ICS 技術， 由於在各個連線埠 FIFO 的容量都少於數據幀最大長度 1518 個位元組， 因而有可能轉發殘幀、差錯幀和產生連線埠的擁塞。為了避免出現上述現象，又研發出了存儲轉發交換技術(SFS)，在交換機各個連線埠的輸入和輸出通道都有可利用的快取空間。在連線埠的接收通道，接收的幀信號首先存入 FIFO 之中，待全幀存入後，進行幀識別和幀處理，包括對幀的合法性的識別及循環冗餘誤碼的校驗（CRC）、散列出目的節點 MAC 地址和源節點 MAC 地址、修改 MAC 地址表和作出過濾與轉發決策等處理。在處理的過程中將非法的幀丟棄。在對數據幀識別和處理之後，被轉發到目的節點 MAC 地址對應的連線埠，首先存入相關的快取器，再經排隊，按先後次序傳送出去。輸入連線埠快取儲器和輸出連線埠快取器可以成對地放置在各連線埠，也可以設定一個大型共享快取區供所有連線埠使用。對於使用共享存儲器的存儲轉發交換機往往使用專用積體電路（ASIC）來控制數據幀在交換機中的流動，而不去使用中央處理機（CPU）。採用 SFS交換機的優點在於：
- 幾乎可以把所有的殘幀、差錯幀等非法幀檢出，而不把它們轉發到其它連線埠。
- 由於轉發到同一連線埠的數據幀被排隊快取，而大大減少了連線埠產生擁塞和碰撞的機率。
- 由於 SFS技術在各連線埠收發通道都分別設定了相關的快取器，因而交換機的各連線埠能夠在不同的工作速率下工作。例如，一些連線埠可在 10 Mbit/S 的速率下工作，而另一些連線埠則可在 100 Mbit/S的速率下工作，甚至可在工作於千兆（1000 Mbit/S）乙太網中工作。
- 採用 SFS交換技術的交換機各連線埠都具有自適應性，即可根據輸入乙太網信號的速率自動調整，以適應工作的要求。
採用 SFS交換機的主要缺點是：
- 轉 發 等 待 的 時 間(FLT，Forward Latency Time)最長，超過了 1518 個位元組12144 比特/占用的時長。
- 比較複雜，需要有足夠的存儲器容量和相關的控制硬體或軟體。
混合型交換技術
混合型交換技術（CPS）是綜合了前三種交換技術的長處而形成的，也稱為自適應型交換技術（AS：Adaptive Switching）。該交換機採用了多種轉發交換模式共存的工作方式，可根據網路環境進行交換方式的切換。例如，當網路運行暢通無阻時，切換成 CTS 交換方式，以獲得最短的交換轉發等待時間（FLT）和提高工作效率；當網路運行不暢和發生擁塞時，切換到 SFS的交換方式，以減少網路的擁塞和數據幀的丟失。AS 型交換機各連線埠一般都有自適應工作速率的能力，可以支持 10 Base-T、100 Base-T 和 1000 Base-T 三種不同速率信號之間的交換。即通過自動檢測輸入每個連線埠信號的工作速率來確定在此連線埠上連線的網段是乙太網、快速乙太網，還是千兆乙太網，從而實現在 AS 型交換機內各種乙太網之間的連線和不同工作速率信號之間的變換。CPS 交換機的主要優點是：
- 集中了前三種交換技術各自的所長，既提高了網路的工作效率又避免了非法幀的轉發，同時也減少了在各連線埠信號碰撞與擁塞的機率。
- 通過 AS 型交換機可實現各種類型乙太網之間的連線。
CPS 交換機的主要缺點是：
- 結構複雜，通過網路環境進行判斷和交換方式的切換需要時間，不便於頻繁切換。
- 內部結構中需有足夠的存儲器容量和靈活調度的能力，否則會增大各網段間負荷的不平衡和連線埠的擁塞狀況。
優點
採用交換技術克服了傳統共享式乙太網缺點，大大提高了網路性能。
- 採用交換技術，使原來的“共享”頻寬變成了“獨占”頻寬，“串列”傳送變成了“並行”傳送，大大提高了網路性能。
- 強網路的可延伸性。採用交換式乙太網，當網路的規模增大時，用戶實際可用頻寬不會減少。將來業務需求增長或新技術出現時，可以用最小的代價換取最高的性能。而在傳統的共享式乙太網中，網路規模的增大是通過橋接器、路由器等設備來實現的，用戶數目的增加會導致可用頻寬的下降。
- 有助於防止廣播風暴。網橋最大的弱點是無法阻止“廣播風暴”。當來自某一連線埠的數據幀的目標地址未知時，網橋會把它轉發所有其它連線埠。當採用廣播方式進行信息傳遞時，如果網間互連缺少智慧型連線，大量的廣播信息會形成“廣播風暴”。基於交換技術的虛擬區域網路在阻止網段之間的廣播數據包時，可充當防火牆的角色。同一虛擬區域網路上的工作組成員可以協同工作、共享計算機資源，但是它們不能同其它的邏輯工作組進行通信。在這種方式下，對包含特定數據的伺服器的訪問，只限於指定工作組，而其它工作組都是被禁止的。廣播數據包也限制在1個特定虛擬的網段範圍內，所以它們不會傳遍整個網路以至於增加業務擁塞程度，有效地阻止了網路擁塞的發生。
- 隨著網路業務的發展，網路系統將變得越來越複雜，越來越龐大，這就要求擁有強有力的網路管理手段，以便合理地調整網路資源，監視網路的狀態以及控制整個網路的運行。交換技術從根本上解決了傳統共享網路難以解決的網路瓶頸問題，使人們建立邏輯上的虛擬網路的願望成為現實。
