深入浅出了解交换机是怎么工作的

2019-11-05 01:27:41

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供稿：网友

1．局域网交换技术　　1.1　共享技术　　所谓共享技术即在一个逻辑网络上的每一个工作站都处于一个相同的网段上。

　　以太网采用CSMA/CD机制，这种冲突检测方法保证了只能有一个站点在总线上传输。假如有两个站点试图同时访问总线并传输数据，这就意味着“冲突”发生了，两站点都将被告知出错。然后它们都被拒发，并等待一段时间以备重发。
　　这种机制就如同许多汽车抢过一座窄桥，当两辆车同时试图上桥时，就发生了“冲突”，两辆车都必须退出，然后再重新开始抢行。当汽车较多时，这种无序的争抢会极大地降低效率，造成交通拥堵。
　　网络也是一样，当网络上的用户量较少时，网络上的交通流量较轻，冲突也就较少发生，在这种情况下冲突检测法效果较好。当网络上的交通流量增大时，冲突也增多，同进网络的吞吐量也将显著下降。在交通流量很大时，工作站可能会被一而再再而三地拒发。
　　
　　1.2　交换技术
　　局域网交换技术是作为对共享式局域网提供有效的网段划分的解决方案而出现的，它可以使每个用户尽可能地分享到最大带宽。交换技术是在OSI七层网络模型中的第二层，即数据链路层进行操作的，因此交换机对数据包的转发是建立在MAC（Media access Control）地址--物理地址基础之上的，对于ip网络协议来说，它是透明的，即交换机在转发数据包时，不知道也无须知道信源机和信宿机的IP地址，只需知其物理地址即MAC地址。交换机在操作过程当中会不断的收集资料去建立它本身的一个地址表，这个表相当简单，它说明了某个MAC地址是在哪个端口上被发现的，所以当交换机收到一个TCP／IP封包时，它便会看一下该数据包的目的MAC地址，核对一下自己的地址表以确认应该从哪个端口把数据包发出去。由于这个过程比较简单，加上这功能由一崭新硬件进行--ASIC(application Specific Integrated Circuit)，因此速度相当快，一般只需几十微秒，交换机便可决定一个IP封包该往那里送。
　　值得一提的是：万一交换机收到一个不熟悉的封包，就是说假如目的地MAC地址不能在地址表中找到时，交换机会把IP封包“扩散“出去，即把它从每一个端口中送出去，就如交换机在处理一个收到的广播封包时一样。二层交换机的弱点正是它处理广播封包的手法不太有效，比方说，当一个交换机收到一个从TCP/IP工作站上发出来的广播封包时，他便会把该封包传到所有其他端口去，哪怕有些端口上连的是IPX或DECnet工作站。这样一来，非TCP/IP节点的带宽便会受到负面的影响，就算同样的TCP/IP节点，假如他们的子网跟发送那个广播封包的工作站的子网相同，那么他们也会无原无故地收到一些与他们毫不相干的网络广播，整个网络的效率因此会大打折扣。
　　从90年代开始，出现了局域网交换设备。从网络交换产品的形态来看，交换产品大致有三种：端口交换、帧交换和信元交换。
　　(1)端口交换　　　　　　　　　　　　　
　　　　端口交换技术最早出现于插槽式集线器中。这类集线器的背板通常划分有多个以太网段（每个网段为一个广播域）、各网段通过网桥或路由器相连。以太网模块插入后通常被分配到某个背板网段上，端口交换适用于将以太模块的端口在背板的多个网段之间进行分配。这样网管人员可根据网络的负载情况，将用户在不同网段之间进行分配。这种交换技术是基于OSI第一层（物理层）上完成的，它并没有改变共享传输介质的特点，因此并不是真正意义上的交换。
　　(2)帧交换　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　帧交换是目前应用的最广的局域网交换技术，它通过对传统传输媒介进行分段，提供并行传送的机制，减少了网络的碰撞冲突域，从而获得较高的带宽。不同厂商产品实现帧交换的技术均有差异，但对网络帧的处理方式一般有：存储转发式和直通式两种。
　　　　存储转发式（Store-and-Forward）：
　　　　当一个数据包以这种技术进入一个交换机时，交换机将读取足够的信息，以便不仅能决定哪个端口将被用来发送该数据包，而且还能决定是否发送该数据包。这样就能有效地排除了那些有缺陷的网络段。虽然这种方式不及使用直通式产品的交换速度，但是它们却能排除由破坏的数据包所引起的经常性的有害后果。
　　　　直通式（Cut-Through）：
　　　　当一个数据包使用这种技术进入一个交换机时，它的地址将被读取。然后不管该数据包是否为错误的格式，它都将被发送。由于数据包只有开头几个字节被读取，所以这种方法提供了较多的交换次数。然而所有的数据包即使是那些可能已被破坏的都将被发送。直到接收站才能测出这些被破坏的包，并要求发送方重发。但是假如网络接口卡失效，或电缆存在缺陷；或有一个能引起数据包遭破坏的外部信号源，则出错将十分频繁。
　　
　　　　随着技术的发展，直通式交换将逐步被淘汰。
　　在“直通式”交换方式中，交换机只读出网络帧的前几个字节，便将网络帧传到相应的端口上，虽然交换速度很快，但缺乏对网络帧的高级控制，无智能性和安全性可言，同时也无法支持具有不同速率端口的交换；而“存储转发”交换方式则通过对网络帧的读取进行验错和控制。神州数码网络的产品都采用“存储转发”交换方式。

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