揭開(kāi)以太網(wǎng)交換機(jī)中重要因素
集線器作為第一類(lèi)廣泛應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)集線設(shè)備，當(dāng)時(shí)在各大局域網(wǎng)中應(yīng)用非常廣泛。但隨著網(wǎng)絡(luò)傳輸媒體類(lèi)型的日益豐富，圖形、圖像及各種流媒體等多媒體內(nèi)容的出現(xiàn)，人們對(duì)高網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸速度和傳輸性能的要求日益提高。
集線器由于它的共享介質(zhì)傳輸、單工數(shù)據(jù)操作和廣播數(shù)據(jù)發(fā)送方式等都先天決定了很難滿(mǎn)足用戶(hù)的上述速度和性能要求。在用戶(hù)的需求下、在全球各大網(wǎng)絡(luò)設(shè)備開(kāi)發(fā)商的努力下，一種更新、更實(shí)用的集線設(shè)備－－交換機(jī)出現(xiàn)了。
交換機(jī)完全克服了集線器的上述種種不足之處，所以在短時(shí)間內(nèi)得到業(yè)界廣泛的認(rèn)可和應(yīng)用。交換機(jī)技術(shù)也得到了飛速發(fā)展，數(shù)據(jù)傳輸速度的發(fā)展也是一日千里。目前最快的以太網(wǎng)交換機(jī)端口帶寬可達(dá)到10Gbps，千兆（G位）級(jí)的交換機(jī)在各企業(yè)骨干網(wǎng)絡(luò)中早已得到廣泛應(yīng)用。
交換機(jī)的英文名稱(chēng)之為“Switch”，它是集線器的升級(jí)換代產(chǎn)品，從外觀上來(lái)看的話(huà)，它與集線器基本上沒(méi)有多大區(qū)別，都是帶有多個(gè)端口的長(zhǎng)方形盒狀體。交換機(jī)是按照通信兩端傳輸信息的需要，用人工或設(shè)備自動(dòng)完成的方法把要傳輸?shù)男畔⑺偷椒弦蟮南鄳?yīng)路由上的技術(shù)統(tǒng)稱(chēng)。廣義的交換機(jī)就是一種在通信系統(tǒng)中完成信息交換功能的設(shè)備。
“交換”和“交換機(jī)”最早起源于電話(huà)通訊系統(tǒng)（PSTN）。我們以前經(jīng)常在電影或電視中看到一些老的影片時(shí)常看到有人在電話(huà)機(jī)旁狂搖幾下（注意不是撥號(hào)），然后就說(shuō)：跟我接X(jué)XX，話(huà)務(wù)接線員接到要求后就會(huì)把相應(yīng)端線頭插在要接端子上，即可通話(huà)。
其實(shí)這就是最原始的電話(huà)交換機(jī)系統(tǒng)，只不過(guò)它是一種人工電話(huà)交換系統(tǒng)，不是自動(dòng)的，也不是我們今天要談的計(jì)算機(jī)交換機(jī)，但是我們現(xiàn)在要講的計(jì)算機(jī)交換機(jī)也就是在這個(gè)電話(huà)交換機(jī)技術(shù)上發(fā)展而來(lái)。
在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，交換概念的提出是相對(duì)于共享工作模式的改進(jìn)。我們知道集線器（HUB）是一種共享介質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，而且HUB本身不能識(shí)別目的地址，是采用廣播方式向所有節(jié)點(diǎn)發(fā)送。
即當(dāng)同一局域網(wǎng)內(nèi)的A主機(jī)給B主機(jī)傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)包在以HUB為架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)上是以廣播方式傳輸?shù)模瑢?duì)網(wǎng)絡(luò)上所有節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送同一信息，然后再由每一臺(tái)終端通過(guò)驗(yàn)證數(shù)據(jù)包頭的地址信息來(lái)確定是否接收。
在這種方式下我們知道很容易造成網(wǎng)絡(luò)堵塞，因?yàn)槠鋵?shí)接收數(shù)據(jù)的一般來(lái)說(shuō)只有一個(gè)終端節(jié)點(diǎn)，而現(xiàn)在對(duì)所有節(jié)點(diǎn)都發(fā)送，那么絕大部分?jǐn)?shù)據(jù)流量是無(wú)效的，這樣就造成整個(gè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸效率相當(dāng)?shù)汀Ａ硪环矫嬗捎谒l(fā)送的數(shù)據(jù)包每個(gè)節(jié)點(diǎn)都能偵聽(tīng)到，那顯然就不會(huì)很安全了，容易出現(xiàn)一些不安全因素。
交換機(jī)擁有一條很高帶寬的背部總線和內(nèi)部交換矩陣。交換機(jī)的所有的端口都掛接在這條背部總線上。控制電路收到數(shù)據(jù)包以后，處理端口會(huì)查找內(nèi)存中的MAC地址（網(wǎng)卡的硬件地址）對(duì)照表以確定目的MAC的NIC（網(wǎng)卡）掛接在哪個(gè)端口上，通過(guò)內(nèi)部交換矩陣直接將數(shù)據(jù)迅速包傳送到目的節(jié)點(diǎn)，而不是所有節(jié)點(diǎn)。
目的MAC若不存在才廣播到所有的端口。這種方式我們可以明顯地看出一方面效率高，不會(huì)浪費(fèi)網(wǎng)絡(luò)資源，只是對(duì)目的地址發(fā)送數(shù)據(jù)，一般來(lái)說(shuō)不易產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)堵塞；另一個(gè)方面數(shù)據(jù)傳輸安全，因?yàn)樗皇菍?duì)所有節(jié)點(diǎn)都同時(shí)發(fā)送，發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)其它節(jié)點(diǎn)很難偵聽(tīng)到所發(fā)送的信息。這也是交換機(jī)為什么會(huì)很快取代集線器的重要原因之一。
交換機(jī)還有一個(gè)重要特點(diǎn)就是它不是像集線器一樣每個(gè)端口共享帶寬，它的每一端口都是獨(dú)享交換機(jī)的一部分總帶寬，這樣在速率上對(duì)于每個(gè)端口來(lái)說(shuō)有了根本的保障。另外，使用交換機(jī)也可以把網(wǎng)絡(luò)“分段”，通過(guò)對(duì)照地址表，交換機(jī)只允許必要的網(wǎng)絡(luò)流量通過(guò)交換機(jī)，這就是后面將要介紹的VLAN（虛擬局域網(wǎng)）。
通過(guò)交換機(jī)的過(guò)濾和轉(zhuǎn)發(fā)，可以有效的隔離廣播風(fēng)暴，減少誤包和錯(cuò)包的出現(xiàn)，避免共享沖突。這樣交換機(jī)就可以在同一時(shí)刻可進(jìn)行多個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)之間的數(shù)據(jù)傳輸，每一節(jié)點(diǎn)都可視為獨(dú)立的網(wǎng)段，連接在其上的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備獨(dú)自享有固定的一部分帶寬，無(wú)須同其他設(shè)備競(jìng)爭(zhēng)使用。
如當(dāng)節(jié)點(diǎn)A向節(jié)點(diǎn)D發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，節(jié)點(diǎn)B可同時(shí)向節(jié)點(diǎn)C發(fā)送數(shù)據(jù)，而且這兩個(gè)傳輸都享有帶寬，都有著自己的虛擬連接。打個(gè)比方就是，如果現(xiàn)在使用的是10Mbps8端口以太網(wǎng)交換機(jī)。
因每個(gè)端口都可以同時(shí)工作，所以在數(shù)據(jù)流量較大時(shí)，那它的總流量可達(dá)到8＊10Mbps＝80Mbps，而使用10Mbps的共享式HUB時(shí)，因?yàn)樗菍儆诠蚕韼捠降模酝粫r(shí)刻只能允許一個(gè)端口進(jìn)行通信，那數(shù)據(jù)流量再忙HUB的總流通量也不會(huì)超出10Mbps。如果是16端口、24端口的更是明顯了！
交換機(jī)的主要功能包括物理編址、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、錯(cuò)誤校驗(yàn)、幀序列以及流量控制。目前一些高檔交換機(jī)還具備了一些新的功能，如對(duì)VLAN（虛擬局域網(wǎng)）的支持、對(duì)鏈路匯聚的支持，甚至有的還具有路由和防火墻的功能。#t#
太網(wǎng)交換機(jī)除了能夠連接同種類(lèi)型的網(wǎng)絡(luò)之外，還可以在不同類(lèi)型的網(wǎng)絡(luò)（如以太網(wǎng)和快速以太網(wǎng)）之間起到互連作用。如今許多交換機(jī)都能夠提供支持快速以太網(wǎng)或FDDI等的高速連接端口，用于連接網(wǎng)絡(luò)中的其它交換機(jī)或者為帶寬占用量大的關(guān)鍵服務(wù)器提供附加帶寬。
一般來(lái)說(shuō)，交換機(jī)的每個(gè)端口都用來(lái)連接一個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)段，但是有時(shí)為了提供更快的接入速度，我們可以把一些重要的網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)直接連接到交換機(jī)的端口上。這樣，網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵服務(wù)器和重要用戶(hù)就擁有更快的接入速度，支持更大的信息流量。
總之，交換機(jī)是一種基于MAC地址識(shí)別，能完成封裝轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包功能的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。交換機(jī)對(duì)于因第一次發(fā)送到目的地址不成功的數(shù)據(jù)包會(huì)再次對(duì)所有節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送，企圖找到這個(gè)目的MAC地址，找到后就會(huì)把這個(gè)地址重新加入到自己的MAC地址列表中，這樣下次再發(fā)送到這個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)就不會(huì)發(fā)錯(cuò)。交換機(jī)的這種功能就稱(chēng)之為“MAC地址學(xué)習(xí)”功能。
