寬帶網(wǎng)絡(luò )交換機的選擇和使用
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一、集線(xiàn)器和交換機的區別
1. 集線(xiàn)器（這里僅指非交換式單網(wǎng)段和多網(wǎng)段型）在OSI體系結構中屬于OSI的第一層物理層設備，而交換機屬于OSI的第二層數據鏈路層設備，現在常見(jiàn)的三層交換為在二層平臺上提供VLAN和基于IP的路由和交換功能，而四層交換則為基于端口的應用。集線(xiàn)器只是對數據的傳輸起到同步、放大和整形的作用，對數據傳輸中的短幀、碎片等無(wú)法進(jìn)行有效的處理，不能保證數據傳輸的完整性和正確性，類(lèi)似于一個(gè)大的總線(xiàn)型局域網(wǎng)；而交換機不但可以對數據的傳輸做到同步、放大和整形，而且可以過(guò)濾短幀、碎片對封裝數據包進(jìn)行轉發(fā)等。
2. 從工作方式來(lái)看，集線(xiàn)器是一種廣播模式，也就是說(shuō)集線(xiàn)器的某個(gè)端口工作的時(shí)候，其他所有端口都能夠收聽(tīng)到信息，容易產(chǎn)生廣播風(fēng)暴，并且每一個(gè)時(shí)刻只有一個(gè)端口發(fā)送數據，另外安全性差，所有的網(wǎng)卡都能接收到所發(fā)數據，只是非目的地網(wǎng)卡丟棄了信包。當交換機工作的時(shí)候，只有發(fā)出請求的端口和目的端口之間相互響應而不影響其他端口，因此交換機就能夠隔離沖突域和有效的抑制廣播風(fēng)暴的產(chǎn)生。
3. 從帶寬來(lái)看，集線(xiàn)器不管有多少個(gè)端口，所有端口都是共享一條帶寬，在同一時(shí)刻只能有二個(gè)端口傳送數據，其他端口只能等待，同時(shí)集線(xiàn)器只能工作在半雙工模式下；而對于交換機而言，每個(gè)端口都有一條獨占的帶寬，當二個(gè)端口工作時(shí)并不影響其他端口的工作，同時(shí)交換機不但可以工作在半雙工模式下而且可以工作在全雙工模式下。
4. 交換機工作于數據鏈路層以MAC地址進(jìn)行尋址，有一定的額外尋址開(kāi)銷(xiāo)，在數據流量小時(shí)，時(shí)延可能相對數據傳輸時(shí)間而言較大；集線(xiàn)器工作于物理層為廣播方式傳輸數據，流量小時(shí)性能下降不明顯適合于共享總線(xiàn)型結構局域網(wǎng)。
二、二層交換與第三層交換以及路由器的區別
第二層交換技術(shù)工作于數據鏈路層。它按所接收到數據包的目的MAC地址在內部地址表中對應端口進(jìn)行轉發(fā)，將本數據包MAC地址與對應端口記錄在內部地址表中，MAC地址不在表內的就進(jìn)行廣播等待回應。因而二層交換機對MAC地址具有學(xué)習功能，對于網(wǎng)絡(luò )層或高層協(xié)議來(lái)說(shuō)是透明的，數據交換靠專(zhuān)用處理數據包轉發(fā)的ASIC（應用專(zhuān)用集成芯片組）實(shí)現速度很快。但它不能處理三層及三層以上的協(xié)議，不能處理不同IP子網(wǎng)間的數據交換。
第三層交換工作于OSI七層模型中的第三層，是利用三層協(xié)議中的IP包包頭信息對后續數據流進(jìn)行標記，進(jìn)行幀頭重組，將具有同一標記的數據流的報文交換到數據鏈路層，即提供一條目標地址與源地址之間的一條數據通道。因此，三層交換機不必拆包便可判斷路由，從而將數據包直接轉發(fā)，進(jìn)行數據交換。從而可以實(shí)現不同子網(wǎng)IP包交換。另外三層路由模塊不是簡(jiǎn)單的二層交換機與路由器的簡(jiǎn)單疊加，它是由三層路由模塊疊加二層交換高速背板總線(xiàn)速率可達Gbit/s，其中大部分必需的需路由軟件處理的數據轉發(fā)為三層轉發(fā)外，其余均為二層高速轉發(fā)。
路由器工作于OSI第三層網(wǎng)絡(luò )層，工作模式與二層相似。路由器主要決定最佳路由并轉發(fā)數據包。路由器內有一個(gè)路由表，其中記錄各種鏈路信息，供路由算法計算出到目的地的最佳路由。據此路由器再進(jìn)行數據轉發(fā)。如不能知道目的路由，則將包丟棄，并向源地址返回信息。路由器可相互學(xué)習路由信息或將自已的鏈路狀態(tài)進(jìn)行廣播，使路由信息按一定方式進(jìn)行更新，從而由算法計算最佳路由。因此路由器路徑計算工作量很大。路由器一般端口數量有限，路由轉發(fā)速度慢。在內網(wǎng)數據流量較大，又要求快速轉發(fā)響應時(shí)，常建議使用三層交換機，而將網(wǎng)間路由工作交由路由器完成。
三、交換機分類(lèi)和選擇指標
從傳輸介質(zhì)和傳輸速度上看，局域網(wǎng)交換機可以分為以太網(wǎng)交換機、快速以太網(wǎng)交換機、千兆以太網(wǎng)交換機、FDDI交換機、ATM交換機和令牌環(huán)交換機等多種，這些交換機分別適用于以太網(wǎng)、快速以太網(wǎng)、FDDI、ATM和令牌環(huán)網(wǎng)等環(huán)境。
按照最廣泛的普通分類(lèi)方法，局域網(wǎng)交換機可以分為桌面型交換機（Desktop Switch）、組型交換機（Workgroup Switch）和校園網(wǎng)交換機（Campus Switch）三類(lèi)。
根據架構特點(diǎn)，人們還將局域網(wǎng)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3種產(chǎn)品。
選擇寬帶交換機時(shí)除根據以上介紹外還應參考以下幾個(gè)主要指標：
1． 轉發(fā)技術(shù)
轉發(fā)技術(shù)是指交換機所采用的用于決定如何轉發(fā)數據包的轉發(fā)機制。
直通轉發(fā)技術(shù)
交換機獲取到數據包目的地址，就開(kāi)始向目的端口發(fā)送數據包。通常，交換機在接收到數據包的前6個(gè)字節時(shí)，就已經(jīng)知道目的地址，從而可以決定向哪個(gè)端口轉發(fā)這個(gè)數據包。直通轉發(fā)技術(shù)速率快、延時(shí)少和吞吐率高。但當網(wǎng)絡(luò )中誤碼率較高時(shí)，交換機會(huì )轉發(fā)所有的完整數據包和錯誤數據包，這將給整個(gè)交換網(wǎng)絡(luò )帶來(lái)許多錯誤通訊包。直通轉發(fā)技術(shù)適用與網(wǎng)絡(luò )鏈路質(zhì)量好的網(wǎng)絡(luò )環(huán)境。
存儲轉發(fā)技術(shù)
存儲轉發(fā)技術(shù)要求交換機在接收到全部數據包后再決定如何轉發(fā)。這樣一來(lái)，交換機可以在轉發(fā)之前檢查數據包完整性和正確性。它的優(yōu)點(diǎn)是：沒(méi)有殘缺數據包轉發(fā)，減少了潛在的不必要數據轉發(fā)。它的缺點(diǎn)是：轉發(fā)速率比直接轉發(fā)技術(shù)慢。所以，存儲轉發(fā)技術(shù)比較適應于普通鏈路質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò )環(huán)境。
2． 背板吞吐量及緩沖區大小
背板吞吐最也稱(chēng)背板帶寬，單位是每秒通過(guò)的數據包個(gè)數（pps），表示交換機接口處理器或接口卡和數據總線(xiàn)間所能吞吐的最大數據量。一臺交換機的背板帶寬越高，所能處理數據的能力就越強。最大理論值為線(xiàn)速，即指交換機可以全速處理各種大小的數據包轉發(fā)緩沖區大小，又叫做包緩沖區大小，是一種數據隊列機制，由交換機用來(lái)進(jìn)行不同網(wǎng)絡(luò )設備之間的速度匹配。速率高的設備所發(fā)送的數據可以存儲在緩沖區內，直到被慢速設備處理為止。緩沖區大小由緩沖調度算法算出，過(guò)大的緩沖空間需要相對多的尋址時(shí)間，緩沖空間過(guò)小會(huì )在發(fā)生擁塞時(shí)引起丟包出錯。
3．延時(shí)
交換機延時(shí)是指從交換機接收到數據包到開(kāi)始向目的端口復制數據包之間的時(shí)間間隔。有許多因素會(huì )影響延時(shí)大小，比如轉發(fā)技術(shù)、緩沖區大小等等。采用直通轉發(fā)技術(shù)的交換機有固定的延時(shí)。采用存儲轉發(fā)技術(shù)的交換機由于必須要接收完了完整的數據包才開(kāi)始轉發(fā)數據包，所以它的延時(shí)與數據包大小有關(guān)。延時(shí)對三網(wǎng)合一中的實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)的視頻、語(yǔ)音信息影響較為嚴重，會(huì )引起畫(huà)面與語(yǔ)音不同步等現象。
4． 管理功能
為方便網(wǎng)管員管理，及用戶(hù)控制訪(fǎng)問(wèn)交換機，通常交換機應支持SNMP MIB I / MIB II統計管理功能以滿(mǎn)足常用網(wǎng)管管理軟件如OPENVIEW、SUN Solstice Domain Manager或IBM網(wǎng)絡(luò )管理（NetView）遠程管理交換機。復雜一些的交換機還會(huì )增加通過(guò)內置RMON組（mini-RMON）來(lái)支持RMON主動(dòng)監視功能?；蛱峁┩ㄟ^(guò)WEB頁(yè)面、命令行方式(CLI)對設備進(jìn)行遠程的監控，以最終實(shí)現故障管理、性能管理、配置管理、安全管理等常用管理功能。
5． MAC地址表大小及MAC地址類(lèi)型
連接到局域網(wǎng)上的每個(gè)端口或設備都需要一個(gè)MAC地址，其他設備要用到此地址來(lái)定位特定的端口及更新路由表和數據結構。MAC地址表大小能反映出該設備所支持的節點(diǎn)數能力。單MAC地址類(lèi)型交換機連接最終用戶(hù)或非橋接設備，不能接集線(xiàn)器等多網(wǎng)絡(luò )設備網(wǎng)段。多MAC地址交換機則可以在每端口存多個(gè)MAC地址具有較強的多節點(diǎn)支持能力。
6．擴展樹(shù)
為保障網(wǎng)絡(luò )的安全性常對關(guān)鍵數據鏈路提供冗余備份鏈路，由于交換機實(shí)際上是多端口的透明橋接設備，從而引發(fā)“拓撲環(huán)”問(wèn)題。交換機通過(guò)采用擴展樹(shù)協(xié)議算法讓網(wǎng)絡(luò )中的每一個(gè)橋接設備相互知道，自動(dòng)防止拓撲環(huán)現象。交換機并將檢測到的“拓撲環(huán)”中的某個(gè)端口斷開(kāi)，以達到消除“拓撲環(huán)”的目的，維持網(wǎng)絡(luò )中的拓撲樹(shù)的完整性。
7． 全雙工
全雙工端口可以同時(shí)發(fā)送和接收數據，但這要求交換機和所連接的設備都支持全雙工工作方式。具有全雙工功能的交換機可實(shí)現高吞吐量（兩倍于單工模式端口吞吐量）、避免碰撞、突破CSMA/CD鏈路長(cháng)度限制，通信鏈路的長(cháng)度限制只與物理介質(zhì)有關(guān)。 另外，交換機端口最好能實(shí)現全/半雙工自動(dòng)轉換。
8． 高速端口集成
交換機可以提供高帶寬“管道”（固定端口、可選模塊或多鏈路隧道）滿(mǎn)足交換機的交換流量與上級主干的交換需求。防止出現主干通信瓶頸。如FDDI、ATM、G比特光模塊等。
9．最大VLAN數量
此參數反映了一臺設備所能支持的最大VLAN數目，就目前交換機所能支持的最大VLAN數目（1024以上）來(lái)看，足以滿(mǎn)足一般企業(yè)的需要。VLAN劃分應遵從802.1Q標準。
10．擴充性配置
機架插槽數、擴展槽數、最大可堆疊數、10/100/1000M以太網(wǎng)端口數、最大ATM端口數、最大SONET端口數、最大FDDI端口數、最大電源數等多個(gè)硬件指標將直接反映交換機的擴充能力及與其它骨干網(wǎng)絡(luò )設備的互聯(lián)互通能力。
對不同的用戶(hù)在選擇中還有不同的要求如實(shí)施對數據流的訪(fǎng)問(wèn)控制（ACL）、服務(wù)質(zhì)量保證（QoS）、帶寬管理以及各種控制和服務(wù)策略、支持的包過(guò)濾、負載均衡及在三層交換機對各種路由協(xié)議的支持程度等等。
總之，用戶(hù)在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )規劃設計和選擇交換機時(shí)應仔細考察交換機的各種功能，尤其隨著(zhù)交換技術(shù)的日新月異越來(lái)越多的交換機融合了其它網(wǎng)絡(luò )設備的新功能，以其超群的性能價(jià)格比成為用戶(hù)新的寵兒。特別在一些行業(yè)用戶(hù)中對交換機的選擇更需謹慎和周全。
本文僅結合工作實(shí)際和常見(jiàn)的工程案例中對交換機的選擇作一簡(jiǎn)述，希望起到拋磚引玉的作用，為廣大讀者在設計網(wǎng)絡(luò )、選擇和使用寬帶交換機中起到一定的幫助作用。
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