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交換機(Switch)意為“開關"是一種用于電(光)信號轉發(fā)的網絡設備。它可以為接入交換機的任意兩個網絡節(jié)點提供獨享的電信號通路。Z常見的交換機是以太網交換機。其他常見的還有語音交換機、光纖交換機等。
赫斯曼交換機二層交換技術的發(fā)展比較成熟,二層交換機屬數據鏈路層設備,可以識別數據包中的MAC地址信息,根據MAC地址進行轉發(fā),并將這些MAC地址與對應的端口記錄在自己內部的一個地址表中。
赫斯曼交換機具體的工作流程如下:
1) 當交換機從某個端口收到一個數據包,它先讀取包頭中的源MAC地址,這樣它就知道源MAC地址的機器是連在哪個端口上的;
2) 再去讀取包頭中的目的MAC地址,并在地址表中查找相應的端口;
3) 如表中有與這目的MAC地址對應的端口,把數據包直接復制到這端口上;
4) 如表中找不到相應的端口則把數據包廣播到所有端口上,當目的機器對源機器回應時,交換機又可以記錄這一目的MAC地址與哪個端口對應,在下次傳送數據時就不再需要對所有端口進行廣播了。不斷的循環(huán)這個過程,對于全網的MAC地址信息都可以學習到,二層交換機就是這樣建立和維護它自己的地址表。
從二層交換機的工作原理可以推知以下三點:
1) 由于交換機對多數端口的數據進行同時交換,這就要求具有很寬的交換總線帶寬,如果二層交換機有N個端口,每個端口的帶寬是M,交換機總線帶寬超過N×M,那么這交換機就可以實現線速交換
2) 學習端口連接的機器的MAC地址,寫入地址表,地址表的大?。ㄒ话銉煞N表示方式:一為BEFFER RAM,一為MAC表項數值),地址表大小影響交換機的接入容量
3) 還有一個就是二層交換機一般都含有專門用于處理數據包轉發(fā)的ASIC(Application specific Integrated Circuit,集成電路)芯片,因此轉發(fā)速度可以做到非常快。由于各個廠家采用ASIC不同,直接影響產品性能。
以上三點也是評判二、三層交換機性能優(yōu)劣的主要技術參數,這一點請大家在考慮設備選型時注意比較。
赫斯曼交換機原理
思科模擬器中的交換機交換機工作于OSI參考模型的第二層,即數據鏈路層。交換機內部的CPU會在每個端口成功連接時,通過將MAC地址和端口對應,形成一張MAC表。在今后的通訊中,發(fā)往該MAC地址的數據包將僅送往其對應的端口,而不是所有的端口。因此,交換機可用于劃分數據鏈路層廣播,即沖突域;但它不能劃分網絡層廣播,即廣播域。[1]
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,廣播到所有的端口,接收端口回應后交換機會“學習”新的MAC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IP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(fā),可以有效的減少沖突域,但它不能劃分網絡層廣播,即廣播域。[1] 端口
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物理網段(注:非IP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(jié)點A向節(jié)點D發(fā)送數據時,節(jié)點B可同時向節(jié)點C發(fā)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(fā)數據幀功能的網絡設備。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(fā)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。[1] 傳輸
交換機的傳輸模式有全雙工,半雙工,全雙工/半雙工自適應
交換機的全雙工是指交換機在發(fā)送數據的同時也能夠接收數據,兩者同步進行,這好像我們平時打一樣,說話的同時也能夠聽到對方的聲音。交換機都支持全雙工。全雙工的好處在于遲延小,速度快。
提到全雙工,就不能不提與之密切對應的另一個概念,那就是“半雙工”,所謂半雙工就是指一個時間段內只有一個動作發(fā)生,舉個簡單例子,一條窄窄的馬路,同時只能有一輛車通過,當有兩輛車對開,這種情況下就只能一輛先過,等到頭兒后另一輛再開,這個例子就形象的說明了半雙工的原理。早期的對講機、以及早期集線器等設備都是實行半雙工的產品。隨著技術的不斷進步,半雙工會逐漸退出歷史舞臺。[1]
分類
從廣義上來看,網絡交換機分為兩種: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(huán)交換機等。從規(guī)模應用上又可分為企業(yè)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**的,一般來講,企業(yè)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(guī)模來看,作為骨干交換機時,支持500個信息點以上大型企業(yè)應用的交換機為企業(yè)級交換機,支持300個信息點以下中型企業(yè)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。本文所介紹的交換機指的是局域網交換機。[2] 以太網機
隨著計算機及其互聯技術(也即通常所謂的“網絡技術”)的迅速發(fā)展,以太網成為了迄今為止普及率zui高的短距離二層計算機網絡。而以太網的核心部件就是以太網交換機。[2]
不論是人工交換還是程控交換,都是為了傳輸語音信號,是需要獨占線路的“電路交換”。而以太網是一種計算機網絡,需要傳輸的是數據,因此采用的是“分組交換”。但無論采取哪種交換方式,交換機為兩點間提供“獨享通路”的特性不會改變。就以太網設備而言,交換機和集線器的本質區(qū)別就在于:當A發(fā)信息給B時,如果通過集線器,則接入集線器的所有網絡節(jié)點都會收到這條信息(也就是以廣播形式發(fā)送),只是網卡在硬件層面就會過濾掉不是發(fā)給本機的信息;而如果通過交換機,除非A通知交換機廣播,否則發(fā)給B的信息C絕不會收到(獲取交換機控制權限從而監(jiān)聽的情況除外)。[2]
以太網交換機廠商根據市場需求,推出了三層甚至四層交換機。但無論如何,其核心功能仍是二層的以太網數據包交換,只是帶有了一定的處理IP層甚至更高層數據包的能力。網絡交換機是一個擴大網絡的器材,能為子網絡中提供更多的連接端口,以便連接更多的計算機。隨著通信業(yè)的發(fā)展以及國民經濟信息化的推進,網絡交換機市場呈穩(wěn)步上升態(tài)勢。它具有性能價格比高、高度靈活、相對簡單、易于實現等特點。[2] 光交換機
光交換是人們正在研制的下一代交換技術。所有的交換技術都是基于電信號的,即使是的光纖交換機也是先將光信號轉為電信號,經過交換處理后,再轉回光信號發(fā)到另一根光纖。由于光電轉換速率較低,同時電路的處理速度存在物理學上的瓶頸,因此人們希望設計出一種無需經過光電轉換的“光交換機”,其內部不是電路而是光路,邏輯原件不是開關電路而是開關光路。這樣將大大提高交換機的處理速率。[2] 遠程配置
交換機除了可以通過“Console”端口與計算機直接連接,還可以通過普通端口連接。此時配置交換機就不能用本地配置,而是需要通過net或者Web瀏覽器的方式實現交換機配置。具體配置方法如下:
1、net
net協議是一種遠程訪問協議,可以通過它登錄到交換機進行配置。
假設交換機IP為:192.168.0.1,通過net進行交換機配置只需兩步:[2]
第1步,單擊開始,運行,輸入“net 192.168.0.1”
第2步,輸入好后,單擊“確定”按鈕,或單擊回車鍵,建立與遠程交換機的連接。然后,就可以根據實際需要對該交換機進行相應的配置和管理了。
2、Web
通過Web界面,可以對交換機設置,方法如下:
第1步,運行Web瀏覽器,在地址欄中輸入交換機IP,回車,彈出如下對話框。
第2步,輸入正確的用戶名和密碼。
第3步,連接建立,可進入交換機配置系統。
第4步,根據提示進行交換機設置和參數修改。
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