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    交換機的工作原理

    編輯:西安申達電腦維修服務公司   時間:2013/07/01   字號:
    摘要:交換機的工作原理
    1、局域網交換機
    交換(switching)是按照通信兩端傳輸信息的需要,用人工或設備自動完成的方法,把要傳輸的信息送到符合要求的相應路由上的技術統稱。廣義的交換機(switch)就是一種在通信系統中完成信息交換功能的設備。
    在計算機網絡系統中,交換概念的提出是對于共享工作模式的改進。以前介紹過的HUB集線器就是一種共享設備,HUB本身不能識別目的地址,當同一局域網內的A主機給B主機傳輸數據時,數據包在以HUB為架構的網絡上是以廣播方式傳輸的,由每一臺終端通過驗證數據包頭的地址信息來確定是否接收。也就是說,在這種工作方式下,同一時刻網絡上只能傳輸一組數據幀的通訊,如果發生碰撞還得重試。這種方式就是共享網絡帶寬。
    交換機擁有一條很高帶寬的背部總線和內部交換矩陣。交換機的所有的端口都掛接在這條背部總線上,控制電路收到數據包以后,處理端口會查找內存中的地址對照表以確定目的MAC(網卡的硬件地址)的NIC(網卡)掛接在哪個端口上,通過內部交換矩陣迅速將數據包傳送到目的端口,目的MAC若不存在才廣播到所有的端口,接收端口回應后交換機會“學習”新的地址,并把它添加入內部MAC地址表中。
    使用交換機也可以把網絡“分段”,通過對照MAC地址表,交換機只允許必要的網絡流量通過交換機。通過交換機的過濾和轉發,可以有效的隔離廣播風暴,減少誤包和錯包的出現,避免共享沖突。
    交換機在同一時刻可進行多個端口對之間的數據傳輸。每一端口都可視為獨立的網段,連接在其上的網絡設備獨自享有全部的帶寬,無須同其他設備競爭使用。當節點A向節點D發送數據時,節點B可同時向節點C發送數據,而且這兩個傳輸都享有網絡的全部帶寬,都有著自己的虛擬連接。假使這里使用的是10Mbps的以太網交換機,那么該交換機這時的總流通量就等于2×10Mbps=20Mbps,而使用10Mbps的共享式HUB時,一個HUB的總流通量也不會超出10Mbps。
    總之,交換機是一種基于MAC地址識別,能完成封裝轉發數據包功能的網絡設備。交換機可以“學習”MAC地址,并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。
    交換機分為兩種:廣域網交換機和局域網交換機。廣域網交換機主要應用于電信領域,提供通信用的基礎平臺。而局域網交換機則應用于局域網絡,用于連接終端設備,如PC機及網絡打印機等。從傳輸介質和傳輸速度上可分為以太網交換機、快速以太網交換機、千兆以太網交換機、FDDI交換機、ATM交換機和令牌環交換機等。從規模應用上又可分為企業級交換機、部門級交換機和工作組交換機等。各廠商劃分的尺度并不是完全一致的。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(插槽數較少),也可以是固定配置式,而工作組級交換機為固定配置式(功能較為簡單)。
    另一方面,從應用的規模來看,作為骨干交換機時,支持500個信息點以上大型企業應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。
    2、網絡交換機的功能
    交換機的主要功能包括物理編址、網絡拓撲結構、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(虛擬局域網)的支持、對鏈路匯聚的支持,甚至有的還具有防火墻的功能。
    學習:以太網交換機了解每一端口相連設備的MAC地址,并將地址同相應的端口映射起來存放在交換機緩存中的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,它被轉發到連接目的節點的端口而不是所有端口(如該數據幀為廣播/組播幀則轉發至所有端口)。
    消除回路:當交換機包括一個冗余回路時,以太網交換機通過生成樹協議避免回路的產生,同時允許存在后備路徑。
    交換機除了能夠連接同種類型的網絡之外,還可以在不同類型的網絡(如以太網和快速以太網)之間起到互連作用。如今許多交換機都能夠提供支持快速以太網或FDDI等的高速連接端口,用于連接網絡中的其它交換機或者為帶寬占用量大的關鍵服務器提供附加帶寬。
    一般來說,交換機的每個端口都用來連接一個獨立的網段,但是有時為了提供更快的接入速度,可以把一些重要的網絡計算機直接連接到交換機的端口上。這樣,網絡的關鍵服務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。
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