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网络交换机网络交换机（
< br>NetworkSwitch)
是集
线器的升级换代产品
，从外观上来看，它与集线器基
本上没有多大区别，都是带有多个端口的长方体。广
义的交换机就是一种在通信系统中完成信息交换功能
的设备。随着通
信业的发展以及国民经济信息化的推
进，以太网交换机市场呈稳步上升态势。由于以太网
具有性能价格比高、高度灵活、相对简单、易于实现
等特点。所
以，以太网技术已成为当今最重要的一种
局域网组网技术，以太网交换机也就成为了最普
及的
交换机。
目录
网络交换机的概述
网络交换机的性能
网络交换机的分类
网络交换机的选择
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网络交换机的概述
?
随着电子技术的飞速发展，计算机
及其应用日益
普及，计算机网络也迅速发展起来。凡是将地理位置
不同，具备独立功能的多台计算机、终端及其附属设
备，用通信设备和线路连接起来，
并配以相应的网络
软件实现计算机通信信息网的资源共享与数据通信，
< br>都称为计算机通信网。当网络规模扩大时，单纯靠延
长网线已变得不现实。并且对
于不同的局域网，要实
现互相之间的数据传送，共享网络的资源，需要有专
门的连接设备实现网络扩展。同时，网络中站点的增
加，地理范围的扩大，业
务量的增长，促使网络互联
迅速向前发展。
< br>网络互联的高速发展，导致网络交换技术的出现，网
络交换机也随之应运而生。广
义的交换机就是一种在
通信系统中完成信息交换功能的设备。网络交换机的
主要功能包括物理编址、网络拓扑结构、错误校验、
帧序列以及流量控制。<
/p>
随着交换技术的发展，
交换机由原来工
作在
OSI
承
M
的第二层，发展到现在有可以工作在第四层的交换机
出现，所以根据工作的协议层交换
机可分第二层交换
机、第三层交换机和第四层交换机。由于第四层交换
< br>机交换技术尚未真正成熟且价格昂贵，第四层交换机
在实际应用中目前还较少见。
网络交换机的性能
?
网络交换机是一种连接网络分段的
网络设备。从
技术角度看，网络交换机运行在
OSI
模型的第
2
< br>层
（数据链路层）
。
网络交换机
源于电子集线器
（
HUB
）
，
其中
HUB
是为星型网络提供的一种中心结点设备。
在共享
HUB
中，所有星型网络连接都接收同一个广
播帧。交换机类似于集线器，它也支持单个广播域，
但不同的是交换机上的
每个端口同时也是它自己的冲
突域（
Collision Do
main
）。通常情况下，交换机比
集线器更加智能化，网络交
换机能监测到所接收的数
据包，并能判断出该数据包的源和目的地设备，从而
实现正确的转发过程。网络交换机只对连接设备传送
信息，其目的是保存带
宽，并提供比
HUB
更好的相
关性能。
< br>交换机中流量监控过程较为复杂，这是因为每个端口
在数据传输之前都处于分离状
态，即便相连，也只是
在发送和接收端口相连接时。目前有两种主要方法支
持交换环境下网络管理器对网络流量的监控：
端口镜像（
Port
Mirroring
）
―
交换机向网络监控
连接发送一组网络数据包；
SMON
―
RFC 2613
中规定的“交换机监控”是一
种用来控制设施如“端口镜像”的协议。
另外还有些方法，在无需交换机的协作下，支持网络
< br>中另一台计算机上的“
Snooping
”行为，如伪<
/p>
ARP
MAC
扩散行为。
LAN
网络中最通用的网络交换机有
Ethernet
交换
机。
WAN
网络中通用的有
ATM
交换机、帧中继及
10 Gigabit Ethernet
交换机。
对于高终端
WAN
交
换机，
通常包含一台
（软）
路由器，
以支
持网络层
（第
3
层）数据包处理。
网络交换机的分类
?
从广义上来看，交换机分为两种：
广域网交换机
和局域网交换
机。广域
网交换机主要应用于电信领
域，
提供通信基础平台。
而局
域网交换机则应用于局
域网络，用于连接终端设备，如
PC
机及网
络打印
机等。
按照现在复杂的网络构成方式，
网络交换机被划分为
接入层交
换机、
汇聚层交换机和核心层交换机。
其中，
核心层交换机全部采
用机箱式模块化
设计，
已经基本
上都设计了与之相配备的
1000Base-T
模块。接入
层支持
1000Base-T
的以太网交换机基本
上是固
定端口式交换机，
以
10/100M
端口为主，
并且以固
定端口
或扩展槽方式提供
1000Base-T
的上联端
口。汇聚层
1000Base-T
交换机同时存在机箱式和
固定端口式两种设计，可以提供多个
1000Base-T
端口，一般也可以提供
1000Base-X
等其他形式的
端
口。
接入层和汇聚层交换机共同构成完整的中小型
局域网解
决方
案。
从传输介质和传输速度上看，
局域网交换机可以分为
以太网交
换机、
快速以太网交换机、
千兆以太网交
换机、
FDDI
交换机、
ATM
交换机和令牌环交换
机等多种
，
这些交换机分别适用于以太网、
快
速以太
网、
FDDI
< br>、
ATM
和令牌环网等环境。
从规模应用上又有企业级交换机、
部门级交换机和工
作组交换
机等。
各厂商划分的尺度并不完全一致，
一
般来讲，
企业级交换机
< br>都是机架式，
部门级交换机可
以是机架式，
也可以是固定配置式，
而工作组级交换
机则一般为固定配置式，
功能较为简单。
另一方面，
从应用的规模来看，
作为骨干交换机时，
支持
500
个
信息点以上
大型企业应用的交换机为企业级交换机，
支持
300
个信息点以下
中型企业的交换机为部门
级交换机，
而支持
100
个信息点以内的
交换机为工
作组级交换机。
根据架构特点，人们还将局域网交换机分为机架式、
带扩展槽
固定配置式、
不带扩展槽固定配置式三种产
品。
机架式交换机是一
< br>种插槽式的交换机，
这种交换
机扩展性较好，可支持不同
的网络类
型，如以太网、
快速以太网
、
千兆以太网、
ATM
、
令牌环及
FDDI
等，
但价格较贵。不少高端交换机都采用机架式结构。带
扩展槽固<
/p>
定配置式交换机是一种有固定端口并带少
量扩展槽的交换机，
这种
交换机在支持固定端口类
型网络的基础上，
还可以通过扩展其他网
络类型模
块来支持其他类型网络，这类交换机的价格居中。不
带扩
展槽固定配置式交换机仅支持一种类型的网络
（
一般是以太网）
，
可应用于小型企业
或办公室环境
下的局域网，价格最便宜，应用也
最广泛。
分配到
某个背板的网段上。
端口
交换用
于将以太模块的端口
在背板多个网段之间进行分配、
平衡。
帧交换是目前
应用最广泛的局域网交换技
术，
它通过对传统传输媒
介进行微分段，
提供并行传送的机制，
以减小冲
突域、
获得高的带
宽。
ATM
技术代表了网络和通信中
众多
难题的一剂“良药”。
ATM
采用固定长度为
53
个
字节的信元交换。
由于长度固定，
因而便于
用硬件实
现。
ATM
采用专用的非差别连接，并行运行，可以
通过
一个交换机同时建立多个节点，
但不会影响每
个节点之间的通信能
力。
ATM
还容许在源节点和目
标节点之间的通信能力。
ATM
采用
统计时分电路进
行复用，因而能大大提高通道利用率。
ATM
的带
宽
可以达到
25M
、
155M
、
< br>622M
甚至数
G
比特传送
能力。
事实上，
从应用的角度划分，
交换机又可分为电话
交换机
（
PBX
）
和数据交换机（
Switch
）。当然
，
目前非常时髦的在数据上的语音
传输
VoIP
又有人
称之为“软交换机”。
网络交换机的选择
?
通过应用技术的比较，可以看出，
二层交换机主
要用在小型局域网中，机器数量在二、三十台以下，
这样的网络环境下，广播包影响不大，二层交换机的
快速交换功能、多个接入端口和低
廉价格为小型网络
用户提供了很完善的解决方案。在这种小型网络中根
< br>本没必要引入路由功能从而增加管理的难度和费用，
所以没有必要使用路由器或三
层交换机。
三层交换机是为
IP
设计的，
接口类型简单，
拥有很强
二层包处理能力，所以适用于大型局域网，为了减小
广播风暴的危害，必
须把大型局域网按功能或地域等
因素划成一个一个的小局域网，也就是把机器分为一
个一个的小网段，这样会导致不同网段之间存在大量
的互访，
单纯使用二层交换机没办法实现网间的互访，
而单纯使用路由器则由于
端口数量有限，路由速度较
慢，而限制了网络的规模和访问速度，所以这种环境
下由二层交换技术和路由技术有机结合而成的三层交
换机就最为适合。<
/p>
路由器端口类型多，
支持的三层协议多
，
路由能力强，
所以适合于在大型网络之间的互连，一般大型网
络的
互连端口不多，互连设备的主要功能不在于在端口之
间进行
快速交换，
而是要选择最佳路径进行负载分担，
链路备份和最重
要的与其它网络进行路由信息交换，
所有这些都是路由完成的功能。三层交换机的最重要
目的是加快大型局域网内部的数据交换，揉合进去的
路由功能也
是为这目的服务的，所以它的路由功能没
有同一档次的专业路由器强。在网络流量很大，
但又
要求响应速度很高的情况下，由三层交换机做网内的
交换，
由路由器专门负责网络的路由工作，这样就可
以充分发挥不同设备的优势。
在选择交换机具体设备时根据以上情况进行分析后，
还要参考以下几项设备指标：
1
、转发技术
直通转发技术就是交换机获取到数据包目的地址，就
开始向目的端口发送数据包。通常
，交换机在接收到
数据包的前
6
个字节
时，就已经知道目的地址，从而
可以决定向哪个端口转发这个数据包。直通转发技术
速率快、延时少和吞吐率高。但当网络中误码率较高
时，交换机会转
发所有的完整数据包和错误数据包，
这将给整个交换网络带来许多错误通讯包。直通转发
技术适用于网络链路质量好的网络环境。
存储转发技术要求交换机在接收到全部数据包后再决
定如何转发，交换机在转发之前
检查数据包完整性和
正确性。它的优点是：没有残缺数据包转发，减少了
潜在的不必要数据转发。它的缺点是：转发速率比直
接转发技术慢。所以，存储
转发技术比较适应于普通
链路质量的网络环境。
2
、背板吞吐量及缓冲区大小
背板吞吐最也称背板带宽，单位是每秒通过的数据包
个数
(pps)
，表示交换机接口处理器或接口卡和数据
总线间所能吞吐的最大数据量。一台交换机的背板带
宽越高，所能处理数据的能力就越强
。
缓冲区大小，又叫做包缓冲区大小，是一种数据队列
机制，由交换机用来进行不同网络设备之间的速度匹
配。
速率高的设备所发送的数据可以存储在缓冲区内，
直到被慢速设备处理为止。
缓冲区大小由缓冲调度算
法算出，过大的缓冲空问需要相对多的寻址时间，缓
冲空间过小会在发生拥塞时引起丢包出错。
3
、延时
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