交换机基础知识概述

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. . . 网络交换机基础知识

开放系统互联（OSI,Open Systerns Interconnection的缩写）参考模型描述了信息如何从一台计算机的应用层软件通过网络媒体传输到另一台计算机的应用层软件中,它是由七层协议组成的概念模型,每一层说明了特定的网络功能.OSI参考模型是在1984年由国际标准化组织（ISO,Interconnection for Standardization 的缩写）发布的,现在已被公认为计算机互联通信的基本体系统结构模型.

OSI 参考模型把网络中计算机之间的信息传递分成七个小的易于管理的层,OSI的七层协议分别执行一个(或一组)任务,各层间相对独立,互不影响.下面是OSI参考模型的七个层次:

第七层---------应用层;

第六层---------表示层;

第五层---------会话层;

第四层---------传输层;

第三层---------网络层;

第二层---------数据链路层;

第一层--------物理层

二层交换机指的就是作用在这七层模型的第二层,所以二层交换机一般不能对传输协议进行控制,只能对数据链路进行控制,所以二层交换机只能通过mac地址来进行寻址,因为mac地址作用在数据链路层.而三层交换机可以控制到网络层,也就是说三层交换机可以通过IP地址来进行寻址.现在高端交换机可以控制到七层,可以对网络中的应用层的协议来进行流量的控制和带宽的管理.

二层交换机、三层交换机和路由器这三种技术究竟谁优谁劣，它们各自适 用在什么环境?这三种技术的工作原理：

1.二层交换技术

由河姆渡智能建筑提供

了解交换机，首先要知道这些概念。

1、延迟（latency）

延迟定义为交换机开始接收信息帧到它开始转发帧之间的时间。延迟时间的长短主要取决于交换机所采用的技术。例如快速转发技术的交换机，因为它只要收到信息帧的物理地址就开始转发，所以它所产生的延迟是固定的，一般为40微秒。存储转发技术的交换机所产生的延迟与信息帧的大小有关。因为交换机要将全部信息帧读到缓冲区后再转发。所以运行于10Mbps以太网的一个1000字节的信息帧所产生的延迟有800微秒。

2、单一物理地址和多物理地址（Single&MultiMAC）

单一物理地址交换机将一个硬件的地址与一个特定的交换机口联系在一起。其设计的主要目的是将单一用户或一个共享资源加在一个交换机口上。多物理地址交换机允许将多个硬件地址与交换机的一个口连在一起。所以交换机的一个口可以连接一个媒体共享的集线器，从而可以支持多个最终用户。交换机可以支持的硬件的地址数量各个交换机供货商是不同的。如果硬件地址的数量超过了交换机提供的转发数据库的存储容量，交换机就可能将信息帧用一个新的地址发送到所有口，甚至将信息帧彻底扔掉。

3、生成树（Spanning Tree）

一般以太网不允许有两个以上的设备将两个网段连在一起。网段（segment）或子网（subnet）之间有两个以上的路径就可能产生桥环（BridgeLoop）。

因为交换机的基本工作状态和多口的桥类似，所以它们会产生和桥结构网同样的问题，其中就包括桥环。即一个广播从一个网段通过桥传送到另一个网段后又经过另一个桥(路径)回到了发送广播的网段。生成树协议（一般为IEEE802.1d或DEC）使得网络中具有桥功能的设备相互通信，利用生成树算法选择最佳的传送路径，而其他的路径将被封锁。此外，生成树算法还会监视路径的成功或失败。如果失败则会自动建立起替代的路径。桥环可能是意外的连接造成的，但也可能是有意地插入，其目的是提供备用的路径。如果交换机不支持生成树算法，那就要特别小心以避免产生桥环。

交换机的工作原理

一、交换机的工作原理

1.交换机根据收到数据帧中的源MAC地址建立该地址同交换机端口的映射，并将其写入MAC地址表中。

2.交换机将数据帧中的目的MAC地址同已建立的MAC地址表进行比较，以决定由哪个端口进行转发。

3.如数据帧中的目的MAC地址不在MAC地址表中，则向所有端口转发。这一过程称为泛洪（flood）。

4.广播帧和组播帧向所有的端口转发。

二、交换机的三个主要功能

以太网交换机了解每一端口相连设备的MAC地址，并将地址同相应的端口映射起来存放在交换机缓存中的MAC地址表中。

转发/过滤：当一个数据帧的目的地址在MAC地址表中有映射时，它被转发到连接目的节点的端口而不是所有端口（如该数据帧为广播/组播帧则转发至所有端口）。

消除回路：当交换机包括一个冗余回路时，以太网交换机通过生成树协议避免回路的产生，同时允许存在后备路径。

三、交换机的工作特性

1.交换机的每一个端口所连接的网段都是一个独立的冲突域。

2.交换机所连接的设备仍然在同一个广播域内，也就是说，交换机不隔绝广播（惟一的例外是在配有VLAN的环境中）。

3.交换机依据帧头的信息进行转发，因此说交换机是工作在数据链路层的网络设备（此处所述交换机仅指传统的二层交换设备）。

四、交换机的分类

依照交换机处理帧时不同的操作模式，主要可分为两类：

存储转发：交换机在转发之前必须接收整个帧，并进行错误校检，如无错误再将这一帧发往目的地址。帧通过交换机的转发时延随帧长度的不同而变化。

直通式：交换机只要检查到帧头中所包含的目的地址就立即转发该帧，而无需等待帧全部的被接收，也不进行错误校验。由于以太网帧头的长度总是固定的，因此帧通过交换机的转发时延也保持不变。

五、二、三、四层交换机

多种理解的说法： 二层交换（也称为桥接）是基于硬件的桥接。基于每个末端站点的唯一MAC地址转发数据包。二层交换的高性能可以产生增加各子网主机数量的网络设计。其仍然有桥接所具有的特性和限制。

交换机的基础知识

许多新型的Client／Server应用程序以及多媒体技术的出现，导致了传统 的共享式网络远远不能满足要求，这也就推动了局域网交换机的出现。

1、交换机的定义

局域网交换机拥有许多端口，每个端口有自己的专用带宽，并且可以连接不同的网段。交换机各个端口之间的通信是同时的、并行的，这就大大提高了信息吞吐量。为了进一步提高性能，每个端口还可以只连接一个设备。

为了实现交换机之间的互连或与高档服务器的连接，局域网交换机一般拥有一个或几个高速端口，如100M以太网端口、FDDI端口或155M ATM端口，从而保证整个网络的传输性能。

2、交换机的特性

通过集线器共享局域网的用户不仅是共享带宽，而且是竞争带宽。可能由于个别用户需要更多的带宽而导致其他用户的可用带宽相对减少，甚至被迫等待，因而也就耽误了通信和信息处理。利用交换机的网络微分段技术，可以将一个大型的共享式局域网的用户分成许多独立的网段，减少竞争带宽的用户数量，增加每个用户的可用带宽，从而缓解共享网络的拥挤状况。由于交换机可以将信息迅速而直接地送到目的地能大大提高速度和带宽，能 保护用户以前在介质方面的投资，并提供良好的可扩展性，因此交换机不但是网桥的理想替代物，而且是集线器的理想替代物。

与网桥和集线器相比，交换机从下面几方面改进了性能：

（1）通过支持并行通信，提高了交换机的信息吞吐量。

（2）将传统的一个大局域网上的用户分成若干工作组，每个端口连接一台设备 或连接一个工作组，有效地解决拥挤现像。这种方法人们称之为网络微分 段（Micro一segmentation）技术。

（3）虚拟网（VirtuaI LAN）技术的出现，给交换机的使用和管理带来了更大 的灵活性。我们将在后面专门介绍虚拟网。

（4）端口密度可以与集线器相媲美,一般的网络系统都是有一个或几个服务器，而绝大部分都是普通的客户机。客户机都需要访问服务器，这样就导致服务器的通信和事务处理能力成为整个网络性能好坏的关键。