交换机的工作原理（2020年10月整理）.pdf

交换机的工作原理 1、交换机的定义 局域网交换机拥有许多端口，每个端口有自己的专用带宽，并且可以连接不 同的网段。交换机各个端口之间的通信是同时的、并行的，这就大大提高了信息 吞吐量。为了进一步提高性能，每个端口还可以只连接一个设备。 为了实现交换机之间的互连或与高档服务器的连接，局域网交换机一般拥有 一个或几个高速端口，如 100MB 以太网端口、FDDI 端口或 155MB ATM 端口， 从而保证整个网络的传输性能。 2、交换机的定义 通过集线器共享局域网的用户不仅是共享带宽，而且是竞争带宽。可能由于 个别用户需要更多的带宽而导致其他用户的可用带宽相对减少，甚至被迫等待， 因而也就耽误了通信和信息处理。利用交换机的网络微分段技术，可以将一个大 型的共享式局域网的用户分成许多独立的网段，减少竞争带宽的用户数量，增加 每个用户的可用带宽，从而缓解共享网络的拥挤状况。由于交换机可以将信息迅 速而直接地送到目的地能大大提高速度和带宽，能 保护用户以前在介质方面的 投资，并提供良好的可扩展性，因此交换机不但是网桥的理想替代物，而且是集 线器的理想替代物。 与网桥和集线器相比，交换机从下面几方面改进了性能： （1）通过支持并行通信，提高了交换机的信息吞吐量。 （2）将传统的一个大局域网上的用户分成若干工作组，每个端口连接一台设备 或连接一个工作组，有效地解决拥挤现像。这种方法人们称之为网络微分 段 1 （Micro 一 segmentation）技术。 （3）虚拟网（VirtuaI LAN）技术的出现，给交换机的使用和管理带来了更大 的 灵活性。我们将在后面专门介绍虚拟网。 （4）端口密度可以与集线器相媲美,一般的网络系统都是有一个或几个服务器， 而绝大部分都是普通的客户机。客户机都需要访问服务器，这样就导致服务器的 通信和事务处理能力成为整个网络性能好坏的关键。 交换机就主要从提高连接服务器的端口的速率以及相应的帧缓冲区的大小， 来提高整个网络的性能，从而满足用户的要求。一些高档的交换机还采用全双工 技术进一步提高端口的带宽。以前的网络设备基本上都是采用半双工的工作方 式，即当一台主机发送数据包的时候， 它就不能接收数据包，当接收数据包的 时候，就不能发送数据包。由于采用全双工技术，即主机在发送数据包的同时， 还可以接收数据包，普通的 10M 端口就可以变成 20M 端口，普通的 100M 端 口就可以变成200M 端口，这样就进一步提高了信息吞吐量。 3、交换机的工作原理 传统的交换机本质上是具有流量控制能力的多端口网桥，即传统的（二层） 交换机。把路由技术引入交换机，可以完成网络层路由选择，故称为三层交换， 这是交换机的新进展。交换机（二层交换）的工作原理交换机和网桥一样，是工 作在链路层的联网设备，它的各个端口都具有桥接功能，每个端口可以连接一个 LAN 或一台高性能网站或服务器，能够通过自学习来了解每个端口的设备连接 情况。所有端口由专用处理器进行控制，并经过控制管理总线转发信息。 同时可以用专门的网管软件进行集中管理。 除此之外，交换机为了提高数 据交换的速度和效率，一般支持多种方式。 2 （1）存储转发： 所有常规网桥都使用这种方法。它们在将数据帧发柱其他端口之前，要把收 到的帧完全存储在内部的存储器中，对其检验后再发往其他端口，这样其延时等 于接收一个完整的数据帧的时间及处理时间的总和。如果级联很长时，会导致严 重的性能问题，但这种方法可以过滤掉错误的数据帧。 （2）切入法： 这种方法只检验数据帧的目标地址，这使得数据帧几乎马上就 可以传出去， 从而大大降低延时。 其缺点是：错误帧也会被传出去。错误帧的概率较小的情况下，可以采用切 入法以提高传输速度。而错误帧的概率较大的情况下，可以采用存储转发法／以 减少错误帧的重传。 4、交换机的配置 我们下面以 Cisco 公司的 Catlystl900 交换机为例，介绍交换机的一般 配置过程。 对一台新的 Catlystl900 交换机，使用它的缺省配置就可以工作了。这因为 它是一种将软件装在 FlashMemory 中的硬件设备，当加电时，它首先要进行一 系列自检，对所有端口进行测试之后，交换机就处于工作状态。这时它的交换表 是