淺析網絡交換機的網絡應用

網絡交換機的概念和原理

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。我們以前介紹過的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，可以有效地隔離廣播風暴，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。

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。

網絡交換機的主要功能

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，我們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。

網絡交換機的連接方式

交換機是一種最為基礎的網絡連接設備。它一般是不需要任何軟件配置即可使用的一種純硬件式設備。單個交換機與網絡的連接，相信讀者朋友們已經能夠掌握。本文主要介紹多臺交換機在網絡中同時使用時的連接問題。

多臺交換機的連接方式無外乎兩種：級聯或者堆疊。下面針對這兩種連接方式，分別介紹實現原理及詳細的連接過程。

1.交換機級聯

這是最常用的一種多臺交換機連接方式，它通過交換機上的級聯口(Upunk)進行連接。需要注意的是交換機不能無限制級聯，超過一定數量的交換機進行級聯。最終會引起廣播風暴，導致網絡性能嚴重下降。級聯又分為以下兩種：

使用普通端口級聯

所謂普通端口就是通過交換機的某一個常用端口(如RJ-45端口)進行連接。需要注意的是，這時所用的連接雙絞線要用反線，即是說雙絞線的兩端要跳線(第1—3與2—6線腳對調)。

使用Uplink端口級聯

在所有交換機端口中，都會在旁邊包含一個Uplink端口。此端口是專門為上行連接提供的，只需通過直通雙絞線將該端口連接至其他交換機上除“Uplink端口”外的任意端口即可(注意：并不是Uplink端口的相互連接)。

2.交換機堆疊

此種連接方式主要應用在大型網絡中對端口需求比較大的情況下使用。交換機的堆疊是擴展端口最快捷、最便利的方式，同時堆疊后的帶寬是單一交換機端口速率的幾十倍。但是。并不是所有的交換機都支持堆疊的，這取決于交換機的品牌、型號是否支持堆疊：并且還需要使用專門的堆疊電纜和堆疊模塊：最后還要注意同一堆疊中的交換機必須是同一品牌的。

它主要通過廠家提供的一條專用連接電纜，從一臺交換機的“UP”堆疊端口直接連接到另一臺交換機的“DOWN”堆疊端口。堆疊中的所有交換機可視為一個整體的交換機來進行管理。

提示：采用堆疊方式的交換機要受到種類和相互距離的限制。首先實現堆疊的交換機必須是支持堆疊的：另外由于廠家提供的堆疊連接電纜一般都在1米左右，故只能在很近的距離內使用堆疊功能。

綜合以上兩種方式來看，交換機的級聯方式實現簡單，只需一根普通的雙絞線即可。節約成本而且基本不受距離的限制：而堆疊方式投資相對較大，且只能在很短的距離內連接，實現起來比較困難。

但也要認識到，堆疊方式比級聯方式具有更好的性能，信號不易衰竭，且通過堆疊方式，可以集中管理多臺交換機，大大減化了管理工作量。如果實在需要采用級聯，也最好選用Uplink端口的連接方式。因為這可以在最大程度上保證信號強度，如果是普通端口之間的連接，必定會使網絡信號嚴重受損。

好了，通過上面的介紹，相信大家一定能找到適合自己的連接方式。(nt)