1、1交换机专题交换机专题n交换机与集线器的区别交换机与集线器的区别n交换机的相关技术和特点交换机的相关技术和特点n局域网交换机的选择局域网交换机的选择n第三层交换技术第三层交换技术2前 言 局域网中的交换机，也叫做交换式Hub(Switch Hub)。20世纪80年代初期，第一代LAN技术开始应用时，即使是在上百个用户共享网络介质的环境下，10Mbps似乎也是一个非凡的带宽。与已往连接终端与小型主机的2400bps和9600bps网络相比，10Mbps确实是绰绰有余了。随着计算机技术的不断发展和网络应用范围的不断拓宽，LAN的作用已远远超出了原有10M网络所能满足的要求，网络交换技术开始出现并很
2、快得到了广泛的应用。3一、一、交换机与集线器的区别 1、交换机与集线器的本质区别 用集线器组成的网络称为共享式网络，而用交换机组成的网络称为交换式网络。共享式以太网存在的主要问题是所有用户共享带宽，每个用户的实际可用带宽随网络用户数的增加而递减。这是因为当信息繁忙时，多个用户可能同时“争用”一个信道，而一个信道在某一时刻只允许一个用户占用，所以大量的用户经常处于监测等待状态，致使信号传输时产生抖动、停滞或失真，严重影响了网络的性能。4一、一、交换机与集线器的区别 在交换式以太网中，交换机提供给每个用户专用的信息通道，除非两个源端口企图同时将信息发往同一个目的端口，否则多个源端口与目的端口之间可
3、同时进行通信而不会发生冲突。通过实验测得，在多服务器组成的LAN中，处于半双工模式下的交换式以太网的实际最大传输速度是共享式网络的1.7倍，而工作在全双工状态下的交换式以太网的实际最大传输速度可达到共享式网络的3.8倍。5一、一、交换机与集线器的区别 交换机只是在工作方式上与集线器不同，其他的如连接方式、速度选择等与集线器基本相同，目前的交换机同样从速度上分为10M、100M和1000M几种，所提供的端口数多为8口、16口和24口几种。交换机在局域网中主要用于连接工作站、Hub、服务器或用于分散式主干网（见图1）。6一、一、交换机与集线器的区别 7一、一、交换机与集线器的区别 2、局域网中选择
4、交换机的原因 在局域网中选择交换机，除了上述的因为工作方式的不同而可获得更好的网络性能外，还有以下几点原因：8一、一、交换机与集线器的区别 局域网交换机将逐渐取代集线器。目前，10/100M自适应局域网交换机是国际市场上流行的网络设备。它不仅能提高网络的整体速度，同时还能够与原有网络上的10M设备兼容，使旧的10M以太网设备无缝集成到100M快速以太网内。10/100 M网卡的迅速普及，使快速以太网的技术应用到普通工作组网络（如家庭网络、小型办公网、网吧等）中。9一、一、交换机与集线器的区别 自适应的10/100M交换机能够同时支持10M或100M的连接，这使得10/100M的交换机成为中小型
5、用户在需要支持新旧技术混合的网络中一个理想的选择。据有关部门统计，10/100M交换机的销量在1999年达到4700万端口。按端口数计算，会占到70的以太网设备，同时随着交换机价格的不断下降，相同端口数和速度的交换机的价格与集线器之间的差距已逐渐减小。10一、一、交换机与集线器的区别 千兆位以太网的应用，推动了交换机的应用。千兆以太网技术的迅速成熟和市场化，使其成为企业骨干网的理想技术选择。千兆以太网不仅能提供适于网络不断扩展的带宽需要，同时它也能平滑地和用户原有的以太网、快速以太网设备相结合。据有关部门的市场统计，千兆以太网的交换市场1998年为22万端口，1999年增长到180万端口。11
6、二、交换机的相关技术和特点1、交换机常用的三种交换技术交换机是构成整个交换式网络的关键设备，交换机所采用交换方式的不同将会影响交换机的工作性能，为此我们有必要了解交换机的一些工作原理及特点。目前，交换机主要使用存储转发(Store and Forward)、直通(Cut Through)和无碎片直通(Fragment Free Cut Through)三种方式。12二、交换机的相关技术和特点 存储转发方式存储转发式交换机是指在交换机接收到数据帧时，先存储在一个共享缓冲区中，然后进行过滤（滤掉不健全的帧和有冲突的帧）和差错校验处理，最后再将数据按目的地址发送到指定的端口。13二、交换机的相关技术
7、和特点 直通方式直通式交换机只对接收到的数据帧的目的地址信息进行检查，然后立刻按指定的地址转发出去，而不做差错和过滤处理。14二、交换机的相关技术和特点 无碎片直通方式“碎片”是指当信息发送中突然发生冲突时，因为双方立即停止发送数据帧而在网络中产生的残缺不健全的帧。碎片是无用的信息，必须将其滤除。无碎片直通方式首先存储接收到的数据帧的部分字节（前64个字节），然后进行差错检验，如果有错，立即滤除，并要求对方重发此帧，否则认为该帧健全，并马上转发出去。15二、交换机的相关技术和特点3、第三层交换日益强大的计算机系统为网络技术向更快、更便捷的方向发展提供了保障，而日益庞大和复杂的网络系统又产生了持
8、续增长的网络堵塞。普通交换机工作在OSI七层模型的第二层（数据链路层），交换以MAC（介质访问控制层，是数据链路层中的一部分）地址为基础。目前第二层交换机已无法胜任大规模局域网的建设，所以在一些较大规模网络中一般将交换机和路由器结合在一起使用。路由器处于OSI模型的第三层（网络层），通常以IP协议通过软件实现网际互联，并且路由器价格昂贵、转发速度慢，越来越成为网络的瓶颈。16二、交换机的相关技术和特点第三层交换就是在第二层交换的基础上把路由功能集成在交换机中，吸收了路由器在网络中的可扩展性和灵活性等特点，所以将第三层交换机又称为路由交换机。与第二层交换机相比，第三层交换机在性能上得到了飞跃性的
9、提高，在网络分段、安全性、可管理性等方面都具有很大的优势。第三层交换在提高网络的运行速度和扩展网络的规模等方面所起的作用已得到了网络用户的一致公认，下一代骨干网的核心将是第三层交换机。17二、交换机的相关技术和特点 4、多层交换和第四层交换随着网络技术的发展，又出现了多层交换和第四层交换。我们把多层交换机可以看做是在传统交换机（第二层交换机）的基础上附加（而非集成）了路由交换功能的设备。目前的多层交换机可很好地兼容现有的路由器网络。第四层交换机是在第三层交换机的基础上引进了新的网络功能，它工作于OSI模型的第四层（传输层），可对数据包进行查询、获取数据包的相关信息等操作。目前第四层交换还只是一
10、个概念，尚未有正式的产品推出。18三、局域网交换机的选择 近来，各网络产品公司纷纷推出交换机产品，国内市场交换机的价格也越来越为用户所接受。但是，众多的品牌和系列产品也给用户带来了一定的选择困难。到底采用什么样的设备既能提高网络性能，又可以保护投资，恐怕是困扰很多网络管理人员的一个问题。19三、局域网交换机的选择(一)从技术的角度选择1、完全支持存储转发(Store and Forward)、直通(Cut Through)和无碎片直通(Fragment Free Cut Through)三种方式。目前，许多厂家的产品都能够同时支持这三种技术，以适应交换机的不同应用。20三、局域网交换机的选择
11、2、同时支持全双工/半双工传输模式。有些人在选购交换机时只注重全双工，而忽视了半双工，其实这种想法和做法是错误的。因为在与交换机相连的所有设备中，除支持全双工的外，还有些只能工作在半双工下（如早期的网卡和Hub），而这些半双工的设备有些无法与全双工的设备协同工作，或工作不稳定。21三、局域网交换机的选择 3、提供网管功能。许多交换机都内置了简单管理（SNMP）模块，以方便对网络的整体管理。4、提供虚拟局域网（VLAN）管理功能。虚拟局域网技术可以通过一个交换机对同一网络中的用户进行分段管理，段与段之间即可相互联系，又可彼此独立。22三、局域网交换机的选择 5、提供多模块和多类型端口的支持。每个
12、交换机模块相当于一个独立的小型交换机，提供的模块数越多，可管理的用户和设备数也越多。多类型端口支持指一个交换机一般应同时支持多种类型端口的连接，常见的有10BaseT、100BaseTX和100BaseFX的连接，10BaseT指10M双绞线以太网连接，100BaseTX指100M快速以太网连接，100BaseFX指100M光纤连接。必要时，还应考虑是否提供1000M光纤连接端口1000BaseFX。23三、局域网交换机的选择24三、局域网交换机的选择 6、提供LED指示灯显示，便于网络监测和故障排除。图2是一款Intel小型局域网10/100M自适应交换机，如果它前面的LED指示灯不亮，说明
13、对应的端口未接通，如果显示桔黄色，说明连接速度为100Mbps，如果是蓝色说明连接速度是10Mbps。25三、局域网交换机的选择(二)从品牌上选择目前，市面上的以太网交换机可用“美高台低”四个字表示。其中美国产品凭借其技术优势把持着高端交换机的市场，并不断制订出新的标准。其出名品牌有3Com、Bay、Cisco、Intel等；而中国台湾的DLink和Accton占据着低端交换机的主要市场份额。近来，联想、实达等公司也推出了自己的局域网交换机产品。从使用性能上看，国外高端产品不错，功能也齐全，但价格较为昂贵。低端产品功能相对单一，但价格较低。用户可根据实际需要来选择使用。26四、第三层交换技术（
14、一）什么是第三层交换为了适应网络应用深化带来的挑战，在过去的20年里，网络在速度和网段这两个技术方向急剧发展。在速度方面，给用户提供了更高的带宽：局域网的速度已从最初的10Mbit/s提高到100Mbit/s，目前千兆以太网技术已得到普遍应用。同时FDDI和ATM技术给用户带来了提高网络速度的更多的选择。27四、第三层交换技术在网段方面也有了质的突破：已从早期的共享介质的局域网发展到目前的交换式局域网。交换式局域网技术使专用的带宽为用户所独享，极大的提高了局域网传输的效率。可以说，在网络系统集成的技术中，直接面向用户的第一层接口和第二层交换技术方面已得到令人满意的答案。但是，作为网络核心、起到
15、网间互连作用的路由器技术却没有质的突破。28四、第三层交换技术传统的路由器基于软件，协议复杂，与局域网速度相比，其数据传输的效率较低。但同时它又作为网段(子网，虚拟网)互连的枢纽，这就使传统的路由器技术面临严峻的挑战。随着Internet/Intranet的迅猛发展和B/S(浏览器/服务器)计算模式的广泛应用，跨地域、跨网络的业务急剧增长，业界和用户深感传统的路由器在网络中的瓶颈效应。改进传统的路由技术迫在眉睫。在这种情况下，一种新的路由技术应运而生，这就是第三层交换技术：说它是路由器，因为它可操作在网络协议的第三层，是一种路由理解设备并可起到路由决定的作用；说它是交换器，是因为它的速度极快，
16、几乎达到第二层交换的速度。29四、第三层交换技术（二）第三层交换技术的原理 一个具有第三层交换功能的设备是一个带有第三层路由功能的第二层交换机，但它是二者的有机结合，并不是简单的把路由器设备的硬件及软件简单地叠加在局域网交换机上。30四、第三层交换技术从硬件上看，第二层交换机的接口模块都是通过高速背板/总线（速率可高达几十Gbit/s）交换数据的，在第三层交换机中，与路由器有关的第三层路由硬件模块也插接在高速背板/总线上，这种方式使得路由模块可以与需要路由的其他模块间高速的交换数据，从而突破了传统的外接路由器接口速率的限制(10Mbit/s-100Mbit/s)；31四、第三层交换技术在软件方
17、面，第三层交换机也有重大的举措，它将传统的基于软件的路由器软件进行了界定，其作法是：1、对于数据封包的转发：如 IP/IPX 封包的转发，这些有规律的过程通过硬件得以高速实现。2、对于第三层路由软件：如路由信息的更新、路由表维护、路由计算、路由的确定等功能，用优化、高效的软件实现。32四、第三层交换技术假设两个使用IP协议的站点通过第三层交换机进行通信的过程，发送站点A在开始发送时，已知目的站的IP地址，但尚不知道在局域网上发送所需要的MAC地址。要采用地址解析(ARP)来确定目的站的MAC地址。发送站把自己的IP地址与目的站的IP地址比较，采用其软件中配置的子网掩码提取出网络地址来确定目的站
18、是否与自己在同一子网内。33四、第三层交换技术若目的站B与发送站A在同一子网内，A广播一个ARP请求，B返回其MAC地址，A得到目的站点B的MAC地址后将这一地址缓存起来，并用此MAC地址封包转发数据，第二层交换模块查找MAC地址表确定将数据包发向目的端口。若两个站点不在同一子网内，如发送站A要与目的站C通信，发送站A要向“缺省网关”发出ARP(地址解析)封包，而“缺省网关”的IP地址已经在系统软件中设置。这个IP地址实际上对应第三层交换机的第三层交换模块。34四、第三层交换技术所以当发送站A对“缺省网关”的IP地址广播出一个ARP请求时，若第三层交换模块在以往的通信过程中已得到目的站C的MA
19、C地址，则向发送站A回复C的MAC地址；否则第三层交换模块根据路由信息向目的站广播一个ARP请求，目的站C得到此ARP请求后向第三层交换模块回复其MAC地址，第三层交换模块保存此地址并回复给发送站A。以后，当再进行A与C之间数据包转发时，将用最终的目的站点C的MAC地址封包，数据转发过程全部交给第二层交换处理，信息得以高速交换。35四、第三层交换技术第三层交换具有以下突出特点：1）有机的硬件结合使得数据交换加速；2）优化的路由软件使得路由过程效率提高；3）除了必要的路由决定过程外，大部分数据转发过程由第二层交换处理；4）多个子网互连时只是与第三层交换模块的逻辑连接，不象传统的外接路由器那样需增
20、加端口，保护了用户的投资。36四、第三层交换技术（三）第三层交换目前现状 目前，第三层交换器已在网络集成中投入使用，其优良的性能已崭露锋芒并得到用户的推崇。37四、第三层交换技术作为一种崭新的技术，第三层交换机的成熟还有很长的路，象其它一些新技术一样，还待进行其协议的标准化工作。目前很多厂商都宣称开发出了第三层交换机，但经国际权威机构测试，作法各异且性能表现不同。另外，可能是基于各厂商占领市场的策略，目前的第三层交换机主要可交换路由IP/IPX协议，还不能处理其它一些有一定应用领域的专用协议。因此，有关专家认为，第三层交换技术将是下一世纪的网络集成技术，传统的路由器在一段时间内还会得以应用，但它将处于它力所能及的位置，那就是处于网络的边缘，去作速度受限的广域网互联、安全控制(防火墙)、专用协议的异种机互连等。38
