10交换机技术及选购.doc

要正确理解交换机的工作原理以及其优越性，就不能不提到交换机的一些主流交换技术，正是在这些交换技术基础上，交换机才实现了比集线器更好地性能，为此本篇介绍几个主流的交换技术，随后在本篇最后将介绍交换机选购时的一些注意事项，帮助大家正确选购一、交换机的交换方式目前交换机在传送源和目的端口的数据包时通常采用直通式交换、存储转发式和碎片隔离方式三种数据包交换方式，下面分别简述1、直通交换方式、直通交换方式采用直通交换方式的以太网交换机可以理解为在各端口间是纵横交叉的线路矩阵交换机它在输入端口检测到一个数据包时，检查该包的包头，获取包的目的地址，启动内部的动态查找表转换成相应的输出端口，在输入与输出交叉处接通，把数据包直通到相应的端口，实现交换功能由于它只检查数据包的包头（通常只检查 14 个字节），不需要存储，所以切入方式具有延迟小，交换速度快的优点（所谓延迟（Latency）是指数据包进入一个网络设备到离开该设备所花的时间）它的缺点主要有三个方面：一是因为数据包内容并没有被以太网交换机保存下来，所以无法检查所传送的数据包是否有误，不能提供错误检测能力；第二，由于没有缓存，不能将具有不同速率的输入／输出端口直接接通，而且容易丢包。

如果要连到高速网络上，如提供快速以太网（100BASE－T）、FDDI 或 ATM 连接，就不能简单地将输入／输出端口“接通”，因为输入／输出端口间有速度上的差异，必须提供缓存；第三，当以太网交换机的端口增加时，交换矩阵变得越来越复杂，实现起来就越困难 2、存储转发方式、存储转发方式存储转发（Store and Forward）是计算机网络领域使用得最为广泛的技术之一，以太网交换机的控制器先将输入端口到来的数据包缓存起来，先检查数据包是否正确，并过滤掉冲突包错误确定包正确后，取出目的地址，通过查找表找到想要发送的输出端口地址，然后将该包发送出去正因如此，存储转发方式在数据处理时延时大，这是它的不足，但是它可以对进入交换机的数据包进行错误检测，并且能支持不同速度的输入／输出端口间的交换，可有效地改善网络性能它的另一优点就是这种交换方式支持不同速度端口间的转换，保持高速端口和低速端口间协同工作实现的办法是将 10Mbps 低速包存储起来，再通过 100Mbps 速率转发到端口上 3、碎片隔离式（、碎片隔离式（Fragment Free））这是介于直通式和存储转发式之间的一种解决方案它在转发前先检查数据包的长度是否够 64 个字节（512 bit），如果小于 64 字节，说明是假包（或称残帧），则丢弃该包；如果大于 64 字节，则发送该包。

该方式的数据处理速度比存储转发方式快，但比直通式慢，但由于能够避免残帧的转发，所以被广泛应用于低档交换机中使用这类交换技术的交换机一般是使用了一种特殊的缓存这种缓存是一种先进先出的 FIFO（First In First Out），比特从一端进入然后再以同样的顺序从另一端出来当帧被接收时，它被保存在 FIFO 中如果帧以小于 512 比特的长度结束，那么 FIFO 中的内容（残帧）就会被丢弃因此，不存在普通直通转发交换机存在的残帧转发问题，是一个非常好的解决方案数据包在转发之前将被缓存保存下来，从而确保碰撞碎片不通过网络传播，能够在很大程度上提高网络传输效率二、主流堆栈交换技术通过我们前面的介绍已经知道，按交换机工作在 OSI／RM 堆栈协议层来分的话，目前的交换机主要有第二层、第三层和第四层交换机，它们都有其对应的主流交换技术，下面分别予以介绍1、第二层交换技术、第二层交换技术90 年代初，在网络系统集成模式中大量引入了局域网交换机局域网交换机是一种第二层网络设备，交换机在操作过程中不断地收集资料去建立它本身的地址表，这个表相当简单，主要标明某个 MAC 地址是在哪个端口上被发现的当交换机接收到一个数据封包时，它检查该封包的目的 MAC 地址，核对一下自己的地址表以决定从哪个端口发送出去。

而不是象集线器那样，任何一个发送方数据都会出现在集线器的所有端口上（不管是否为你所需）这时的交换机因为其只能工作在 OSI／RM 的第二层，所以也就称之为第二层交换机，所采用的技术也就称之为“第二层交换技术”第二层交换”是指 OSI 第二层或称 MAC 层的交换第二层交换机的引入，使得网络站点间可独享带宽，消除了无谓的碰撞检测和出错重发，提高了传输效率，在交换机中可并行的维护几个独立的、互不影响的通信进程在交换网络环境下，用户信息只在源节点与目的节点之间进行传送，其他节点是不可见的但有一点例外，当某一节点在网上发送广播或多目广播时，或某一节点发送了一个交换机不认识的 MAC 地址封包时，交换机上的所有节点都将收到这一广播信息整个交换环境构成一个大的广播域也就是说第二层交换机仍可能存在“广播风暴”，广播风暴会使网络的效率大打折扣，但出现情况的情形的比率比起集线器来说要少许多第二层交换仍存在“广播风暴”的弱点，同时，使用第二层交换并不能给路由器的功能带来什么进步这样的结果是，第二层交换只能在本地不含任何路由器的工作组中取得性能的提高在使用第二层交换的工作组之间，通过路由器的端到端性能会因为路由器阻塞而掉包，从而导致实质上的性能下降。

正因如此，其于路由方式的第三交换技术顺应时代的需要而产生了2．第三层交换技术．第三层交换技术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、起到网间互连作用的路由器技术却没有质的突破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已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，几乎达到第二层交换的速度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从硬件的实现上看，目前，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）在软件方面，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目前基于第三层交换技术的第三层交换机得到了广泛的应用，并得到了用户一致的赞同3、第四层交换、第四层交换虽然第三层交换技术使得用户可在工作组之间获得无失真的 100Mbps、1000Mbps 的数据交换速率但这一切还得有一个先决条件，那就是只有当用户和服务器本身都能跟上网络中的带宽增长，包的传输可以达到系统的极限，即达到 CPU 能够处理的最大速度，才是真正的成功目前的主要问题在于提高服务器的能力，因为越来越多功能强大的工作站连到 Ethernet 交换的桌面上，用户桌面的能力并没有得到充分的发挥如果服务器容量能够满足需求，问题解决起来就相当简单不幸的是，即使是最简单的对称多处理服务器的 CPU 升级也需要大量的时间，而且需要冗长繁杂的计划和管理当一个网络的基础结构建立在 G 比特速率的第二层和第三层交换上，有高速 WAN 接入，服务器问题就将成为随之而来的瓶颈。

也就是说如果服务器速度跟不上，即使是具有最快速交换的网络也不能完全确保端到端的性能可以想像高优先权的业务在这种 QoS 使能的网络中会因服务器中低优先权的业务队列而阻塞在更糟的情况下，服务器甚至会丧失循环处理业务的能力在这样的需求背景下，第四层交换技术也就设计产生了，基于服务器设计的第四层交换扩展了服务器、第二层、第三层交换的性能和业务流的管理功能第四层交换功能就像是虚 IP，直接指向物理服务器它传输的业务服从的协议多种多样，有 HTTP、FTP、NFS、Telnet 或其他协议这些业务在物理服务器基础上，需要复杂的载量平衡算法在 IP 世界，业务类型由终端 TCP 或 UDP 端口地址来决定，在第四层交换中的应用区间则由源端和终端 IP 地址、TCP 和 UDP 端口共同决定在第四层交换中为每个供搜寻使用的服务器组设立虚 IP 地址（VIP），每组服务器支持某种应用在域名服务器（DNS）中存储的每个应用服务器地址是 VIP，而不是真实的服务器地址当某用户申请应用时，一个带有目标服务器组的 VIP 连接请求（例如一个TCPSYN 包）发给服务器交换机服务器交换机在组中选取最好的服务器，将终端地址中的 VIP 用实际服务器的 IP 取代，并将连接请求传给服务器。

这样，同一区间所有的包由服务器交换机进行映射，在用户和同一服务器间进行传输第四层交换技术的优点主要体现在以下几个方面：（1）、从操作方面来看，第四层交换是稳固的，因为它将包控制在从源端到目的端的区间中2）、另一方面，路由器或第三层交换技术，只针对单一的包进行处理，不清楚上一个包从哪来、也不知道下一个包的情况它们只是检测包报头中的 TCP 端口数字，根据应用建立优先级队列路由器根据链路和网络可用的节点决定包的路由3）、第四层交换使用第三层和第四层信息包的报头信息，根据应用区间识别业务流，将整个区间段的业务流分配到合适的应用服务器进行处理每个开放的区间与特定的服务器相关，为跟踪服务器，第四层交换使用多个服务器支持的特殊应用，随着服务器的增加而增强网络的整体性能同时，第四层交换通过减少对任何特定服务器的依赖性而提高应用的可靠性4）、第四层交换也要求端到端 QoS，提高第二层和第三层交换中一包接一包 QoS传输的能力例如，从级别高用户来的业务或重要应用的网络业务流，可以分配给最快的I／O 系统和 CPU，而普通的业务就分配给性能较差的机器以上介绍了一些基本的第二层、第三层和第四层交换技术，其实还有许多复杂、先进的交换技术，在此就不作详细介绍了。

同时要注意，以上所介绍的这些交换技术并不是只能单独存在，也许它们结合使用更具有优势，例如第二层、第三层和第四层交换在校园网络中可以有很好的应用第二层交换机连接用户和网络，在子网中指引业务流，第三层交换机或路由器将包从一个子网传到另一个子网，第四层交换机将包传到终端服务器三、交换机的选购交换机虽然目前有进入到桌面的趋势，但是对于一些比较高档的交换来说一般只有在较大型的局域网中存在，而且由于交换机历来在人们心中的神秘性决定了在交换机的选购方面多数情况下是商家说了算在交换机的选购方面要注意的事项比较多，不再是像集线器一样那么几个简单的参数就可决定的下面所列的是在交换机选购时要注意的几个主要方面1．转发方式．转发方式数据包的转发方式在前面已经介绍过，主要分为“直通式转发”（现为准直通式转发）和“存储式转发”由于不同的转发方式适应于不同的网络环境，因此，应当根据自己的需要作出相应的选择直通式由于只检查数据包的包头，不需要存储，所以切入方式具有延迟小，交换速度快的优点但同时它又具有以以上所介绍的三个缺点存储转发方式在数据处理时延时大，但它可以对进入交换机的数据包进行错误检测，并且能支持不同速度的输入／输出端口间的交换，有效地改善网络性能。

同时这种交换方式支持不同速度端口间的转换，保持高速端口和低速端口间协同工作低端交换机通常只拥有一种转发模式，或是存储转发模式，或是直通模式，往往只有中高端产品才兼具两种转发模。