網路交換機

網路交換機，是一個擴大網路的器材，能為子網路中提供更多的連線連線埠，以便連線更多的計算機。隨著通信業的發展以及國民經濟信息化的推進，網路交換機市場呈穩步上升態勢。它具有性能價格比高、高度靈活、相對簡單、易於實現等特點。所以，乙太網技術已成為當今最重要的一種區域網路組網技術，網路交換機也就成為了最普及的交換機。

基本介紹

• 中文名：網路交換機
• 本質：擴大網路的器材
• 特點：高度靈活、相對簡單
• 作用：為子網路中提供更多的連線連線埠
• 分類：廣域網交換機和區域網路交換機
• 其他功能：防火牆

分類

從廣義上來看，交換機分為兩種：廣域網交換機和區域網路交換機。廣域網交換機主要套用於電信領域，提供通信基礎平台。而區域網路交換機則套用於區域網路，用於連線終端設備，如PC機及網路印表機等。

按照現在複雜的網路構成方式，網路交換機被劃分為接入層交換機、匯聚層交換機和核心層交換機。其中，核心層交換機全部採用機箱式模組化設計，已經基本上都設計了與之相配備的1000Base-T模組。接入層支持1000Base-T的乙太網交換機基本上是固定連線埠式交換機，以10/100M連線埠為主，並且以固定連線埠或擴展槽方式提供1000Base-T的上聯連線埠。匯聚層1000Base-T交換機同時存在機箱式和固定連線埠式兩種設計，可以提供多個1000Base-T連線埠，一般也可以提供1000Base-X等其他形式的連線埠。接入層和匯聚層交換機共同構成完整的中小型區域網路解決方案。

從傳輸介質和傳輸速度上看，區域網路交換機可以分為乙太網交換機、快速乙太網交換機、千兆乙太網交換機、FDDI交換機、ATM交換機和令牌環交換機等多種，這些交換機分別適用於乙太網、快速乙太網、FDDI、ATM和令牌環網等環境。

從規模套用上又有企業級交換機、部門級交換機和工作組交換機等。各廠商劃分的尺度並不完全一致，一般來講，企業級交換機都是機架式，部門級交換機可以是機架式，也可以是固定配置式，而工作組級交換機則一般為固定配置式，功能較為簡單。另一方面，從套用的規模來看，作為骨幹交換機時，支持500個信息點以上大型企業套用的交換機為企業級交換機，支持300個信息點以下中型企業的交換機為部門級交換機，而支持100個信息點以內的交換機為工作組級交換機。

根據架構特點，人們還將區域網路交換機分為機架式、帶擴展槽固定配置式、不帶擴展槽固定配置式三種產品。機架式交換機是一種插槽式的交換機，這種交換機擴展性較好，可支持不同的網路類型，如乙太網、快速乙太網、千兆乙太網、ATM、令牌環及FDDI等，但價格較貴。不少高端交換機都採用機架式結構。帶擴展槽固定配置式交換機是一種有固定連線埠並帶少量擴展槽的交換機，這種交換機在支持固定連線埠類型網路的基礎上，還可以通過擴展其他網路類型模組來支持其他類型網路，這類交換機的價格居中。不帶擴展槽固定配置式交換機僅支持一種類型的網路（一般是乙太網），可套用於小型企業或辦公室環境下的區域網路，價格最便宜，套用也最廣泛。

按照OSI的七層網路模型，交換機又可以分為第二層交換機、第三層交換機、第四層交換機等，一直到第七層交換機。基於MAC地址工作的第二層交換機最為普遍，用於網路接入層和匯聚層。基於IP位址和協定進行交換的第三層交換機普遍套用於網路的核心層，也少量套用於匯聚層。部分第三層交換機也同時具有第四層交換功能，可以根據數據幀的協定連線埠信息進行目標連線埠判斷。第四層以上的交換機稱之為內容型交換機，主要用於網際網路數據中心。

按照交換機的可管理性，又可把交換機分為可管理型交換機和不可管理型交換機，它們的區別在於對SNMP、RMON等網管協定的支持。可管理型交換機便於網路監控、流量分析，但成本也相對較高。目前，市面上生產可管理性交換機的廠商有華為，思科，飛魚星等主要網路設備供應商。而有大中型網路在匯聚層應該選擇可管理型交換機，在接入層視套用需要而定，核心層交換機則全部是可管理型交換機。

按照交換機是否可堆疊，交換機又可分為可堆疊型交換機和不可堆疊型交換機兩種。設計堆疊技術的一個主要目的是為了增加連線埠密度。

按照最廣泛的普通分類方法，區域網路交換機可以分為桌面型交換機（Desktop Switch）、工作組型交換機（Workgroup Switch）和校園網交換機（Campus Switch）三類。桌面型交換機是最常見的一種交換機，使用最廣泛，尤其是在一般辦公室、小型機房和業務受理較為集中的業務部門、多媒體製作中心、網站管理中心等部門。在傳輸速度上，現代桌面型交換機大都提供多個具有10/100M自適應能力的連線埠。工作組型交換機常用來作為擴充設備，在桌面型交換機不能滿足需求時，大多直接考慮工作組型交換機。雖然工作組型交換機只有較少的連線埠數量，但卻支持較多的MAC地址，並具有良好的擴充能力，連線埠的傳輸速度基本上為100M。校園網交換機的套用相對較少，僅套用於大型網路，且一般作為網路的骨幹交換機，並具有快速數據交換能力和全雙工能力，可提供容錯等智慧型特性，還支持擴充選項及第三層交換中的虛擬區域網路(VLAN)等多種功能。

根據交換技術的不同，有人又把交換機分為連線埠交換機、幀交換機和信元交換機三種。與橋接器不同的是，連線埠交換機轉發延遲很小，操作接近單區域網路性能，遠遠超過了普通橋接網際網路之間的轉發性能。連線埠交換技術最早出現在插槽式的集線器中，這類集線器的背板通常劃分有多條乙太網段，不用網橋或路由器連線，網路之間是互不相通的。以太主模組插入後通常被分配到某個背板的網段上。連線埠交換用於將以太模組的連線埠在背板多個網段之間進行分配、平衡。幀交換是目前套用最廣泛的區域網路交換技術，它通過對傳統傳輸媒介進行微分段，提供並行傳送的機制，以減小衝突域、獲得高的頻寬。ATM技術代表了網路和通信中眾多難題的一劑“良藥”。ATM採用固定長度為53個位元組的信元交換。由於長度固定，因而便於用硬體實現。ATM採用專用的非差別連線，並行運行，可以通過一個交換機同時建立多個節點，但不會影響每個節點之間的通信能力。ATM還容許在源節點和目標節點之間的通信能力。ATM採用統計時分電路進行復用，因而能大大提高通道利用率。ATM的頻寬可以達到25M、155M、622M甚至數G比特傳送能力。

事實上，從套用的角度劃分，交換機又可分為電話交換機（PBX）和數據交換機（Switch）。當然，目前非常時髦的在數據上的語音傳輸VoIP又有人稱之為“軟交換機”。

遵照交流機措置幀時分歧的操作模式，首要可分為兩類：

存儲轉發：交流機在轉發之前必需領受整個幀，並進行錯誤校檢，如無錯誤再將這一幀發往目的地址。幀經由過程交流機的轉發時延隨幀長度的分歧而轉變。

縱貫式：交流機只要搜檢到幀頭中所包含的目的地址就當即轉發該幀，而無需期待幀全數的被領受，也一直行錯誤校驗。因為乙太網幀頭的長度老是固定的，是以幀經由過程交流機的轉發時延也連結不變。

功能

交換機的主要功能包括物理編址、網路拓撲結構、錯誤校驗、幀序列以及流控。目前交換機還具備了一些新的功能，如對VLAN（虛擬區域網路）的支持、對鏈路匯聚的支持，甚至有的還具有防火牆的功能。

交換機除了能夠連線同種類型的網路之外，還可以在不同類型的網路（如乙太網和快速乙太網）之間起到互連作用。如今許多交換機都能夠提供支持快速乙太網或FDDI等的高速連線連線埠，用於連線網路中的其它交換機或者為頻寬占用量大的關鍵伺服器提供附加頻寬。

一般來說，交換機的每個連線埠都用來連線一個獨立的網段，但是有時為了提供更快的接入速度，我們可以把一些重要的網路計算機直接連線到交換機的連線埠上。這樣，網路的關鍵伺服器和重要用戶就擁有更快的接入速度，支持更大的信息流量。

學習功能：乙太網交換機了解每一連線埠相連設備的MAC地址，並將地址同相應的連線埠映射起來存放在交換機快取中的MAC地址表中。

轉發過濾：當一個數據幀的目的地址在MAC地址表中有映射時，它被轉發到連線目的節點的連線埠而不是所有連線埠（如該數據幀為廣播/組播幀則轉發至所有連線埠）。

消除迴路：當交換機包括一個冗餘迴路時，乙太網交換機通過生成樹協定避免迴路的產生，同時允許存在後備路徑。

進修：乙太網交流機體味每一連線埠相連設備的MAC地址，並將地址同回響的連線埠映射起來存放在交流機快取中的MAC地址表中。

轉發/過濾：當一個數據幀的目的地址在MAC地址表中有映射時，它被轉發到毗連目的節點的連線埠而不是所有連線埠（如該數據幀為廣播/組播幀則轉發至所有連線埠）。

原理

1.交換機根據收到數據幀中的源MAC地址建立該地址同交流機連線埠的映射，並將其寫入MAC地址表中。

2.交換機將數據幀中的目的MAC地址同已建立的MAC地址表進行比較，以決定由哪個連線埠進行轉發。

3.如數據幀中的目的MAC地址不在MAC地址表中，則向所有連線埠轉發。這一過程稱為泛洪（flood）。

4.廣播幀和組播幀向所有的連線埠轉發。

技術要點

網路交換機是一個擴大網路的器材，能為子網路中提供更多的連線連線埠，以便連線更多的計算機。隨著通信業的發展以及國民經濟信息化的推進，網路交換機市場呈穩步上升態勢。它具有性能價格比高、高度靈活、相對簡單、易於實現等特點。

以太交換機是一種用於電信號轉發的網路設備。它可以為接入交換機的任意兩個網路節點提供獨享的電信號通路。

交換機(Switch)也叫交換式集線器，是一種工作在OSI第二層(數據鏈路層，參見“廣域網”定義)上的、基於MAC (網卡的介質訪問控制地址)識別、能完成封裝轉發數據包功能的網路設備。它通過對信息進行重新生成，並經過內部處理後轉發至指定連線埠，具備自動定址能力和交換作用。交換機不懂得IP位址，但它可以“學習”MAC地址，並把其存放在內部地址表中，通過在數據幀的始發者和目標接收者之間建立臨時的交換路徑，使數據幀直接由源地址到達目的地址。交換機上的所有連線埠均有獨享的信道頻寬，以保證每個連線埠上數據的快速有效傳輸。由於交換機根據所傳遞信息包的目的地址，將每一信息包獨立地從源連線埠送至目的連線埠，而不會向所有連線埠傳送，避免了和其它連線埠發生衝突，因此，交換機可以同時互不影響的傳送這些信息包，並防止傳輸衝突，提高了網路的實際吞吐量。

交換機選用要點及訂貨主要技術條件

1) 選用可信的技術指標 ，交換速度，交換容量(Gbps)、背板頻寬(Gbps)、處理能力(Mpps)、吞吐量(Mpps)。

2) 設計正確的測試方案 ，要準備足夠的測試連線埠，才能夠準確評價交換機的真實性能。

3) 選擇正確的產品模組配置，採用分散式交換處理結構，所有接口模組均具有本地自主交換的能力，從而避免了集中式交換結構所存在的中心交換瓶頸問題。

4) 延時與延時抖動 ，選用業界領先的交換機其延時小於10微秒產品。

5) 對組播的支持 ，常用的組播協定包括PIM和DVMRP。產品應該同時支持這兩種組播協定。

6) 豐富的接口類型 ，選擇同時支持千兆乙太網、POS和ATM 寬頻接口的骨幹交換機。

7) 穩定的路由協定軟體實現，交換機上能實現的路由協定（如BGP、OSPF）的需要。

8) 支持MPLS，能採用MPLS構建的骨幹網路可以支持流量工程、VPN等多種套用。

9) 交換機訂貨主要技術條件是要選擇網路數據傳輸量大，數據交換能力強，穩定可靠，不間斷運行。要在注重考慮高性能、可管理性、高可靠性、適用性和性能價格比的基礎上選擇產品。

10) 主機房的交換機選擇規格尺寸要能安裝在主機櫃中。

交換機主要規格及參數有8，16，24口RJ45連線埠，機架型19寸自適應乙太網交換機，支持網路標準802.3 10BaseT,802.3u100BaseTX，背板頻寬:4.8G包轉發率 10M:14,880pps;100M:148,800pps 10M/100Mbps MAC地址表4K。另外，還有智慧型型和光纖型交換機，視網路情況選用即可。

11）家庭一般四連線埠就可以，多連線埠多用於企業

12）目前型號和功能眾多，牌號也不一樣！常用的一般電子市場都可以購買的到!

13.交換機不能套用於adsl撥號，電話線不能用交換機，交換機沒有分配ip地址的功能，路由器可以自動分配ip。

工作特徵

1.交流機的每一個連線埠所毗連的網段都是一個自力的衝突域。

2.交流機所毗連的設備仍然在統一個廣材暌跪內，也就是說，交流機不阻遏距離廣播（惟一的破例是在配有VLAN的情形中）。

3.交流機依據幀頭的信息進需瞰脾，是以說交流機是工作在數據鏈路層的收集設備（此處所述交流機僅指傳統的二層交流設備）。

廉價交換機

捉襟見肘的預算，使得網路專業人士在設計LAN的接入層時，不得不選擇廉價的網路交換機硬體。

這些廉價網路交換機在支持、質量、以及先進功能等方面，與相對大型的廠商自然不在同一水平上，但有些企業卻認為購買這些廉價的網路交換機足以應對當前局面。

較低成本的供應商可以提供多種多樣價格較低的交換機，包括託管和非託管的固定配置二層交換機，以及各種固定和模組化的2層和3層交換機。

安裝方法

具體施工做法參見國家建築標準設計圖集《智慧型家居控制系統施工圖集 03X602》及國際標準規範 《EIA/TIA569 商務樓通信通道和空間標準》。

網路交換機在數據中心的作用

當網路交換機接口收到超出其所能處理的流量後，網路交換機會選擇要么將其快取，或者網路交換機將其丟棄。
網路交換機的快取通常都是因為網路接口速率不同造成的，網路交換機的流量突然爆發或者多對一的流量傳輸。
引發網路交換機的緩衝最常見的問題是多對一的流量突然變化。例如，某個應用程式搭建在多個伺服器集群結點上。如果其中某個結點同時請求來自其他所有結點的網路交換機的數據，那么所有答覆應該在同一時間到達網路交換機。這種情況發生時，所有網路交換機的流量洪水會湧向請求者的網路交換機的連線埠。如果網路交換機沒有足夠的出口緩衝區，那么網路交換機可能會拋棄一些流量，或者網路交換機增加應用程式延遲。足夠的網路交換機的緩衝區可以防止因為低級別協定造成的丟包或網路延遲。
最現代化的數據中心交換平台通過網路交換機的共享交換快取的方式來解決這個問題。網路交換機擁有一個緩衝池空間分配給特定連線埠。網路交換機共享交換快取在不同供應商和平台之間差異很大。
一些網路交換機廠商銷售專為特定環境的網路交換機。例如，有些網路交換機具有較大的緩衝處理，適合多對一傳輸場景的Hadoop環境。網路交換機在能夠分布流量的環境中，網路交換機並不需要在交換機級別部署緩衝區。
網路交換機的緩衝區十分重要，但我們究竟需要多少網路交換機的空間，卻沒有正確答案。巨大的網路交換機緩衝區意味著網路不會丟棄任何流量，同時也意味著增加網路交換機延遲——在被網路交換機存儲的數據在被轉發前需要等待。某些網路管理員更喜歡較小的網路交換機的緩衝區，讓應用程式或協定處理降低一些流量。正確答案是，了解應用程式的網路交換機的流量模式並選擇適合這些需求的網路交換機。

網路交換機現狀

硬體仍然是數據中心網路設備的重要組成部分，但交換機軟體的影響力不容小覷。

如果不是在有關軟體定義網路（SDN）的對話中，我們很難將軟體和網路相提並論。但是，數據中心網路中網路交換機軟體的作用與SDN沒有太多關係。

長期以來，購買網路交換機最重要的是規格表中的數據。即使在商業晶片時代，硬體仍然很重要。但隨著企業使用網路的方式繼續改變，數據中心底層作業系統的特性和功能變得同樣重要。

合適的網路交換機軟體如何能讓網路更加靈活、智慧型和符合成本效益？白盒交換機是否是答案？除了有競爭力的價格和足夠的頻寬，網路工程師在購買或升級其數據中心網路時還應該考慮哪些因素？在下一篇文章《交換機軟體在數據中心網路發揮日益重要的作用》中將探討這些問題。