LAN交換機簡介

2019-11-03 10:19:24

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供稿：網友

沈建苗　　LAN交換機在網絡食物鏈上的級別要比集線器高一些，當然價格也要貴一些，但應用得當，完全物有所值。

　　LAN交換機是一種智能集線器，它包括多條總線，并具有基本的路由功能。幾條總線相互連接成交換矩陣（switching matrix）。視制造商的設計偏好和最終用戶的應用需求等因素而定，交換矩陣的細節大不相同。

　　通過交換矩陣，LAN交換機能夠同時支持多路點對點傳輸。LAN交換機讀取幀頭含有的地址信息后，按照需要，可以隨時通過交換矩陣在入站端口到外站端口之間建立一條通路。

　　由于是點對點傳輸，因而不會像網橋和集線器那樣出現共享總線上存在擁塞和沖突的問題。當然擁塞問題仍然存在，但大大得到了緩解，因為交換機內部有多條總線。

　　此外，取決于體系結構的細節，每條總線借助于多路復用方法，對傳輸容量進行細分，從而支持多條邏輯鏈路。為此，幀會在入站交換機端口進行緩沖（即在臨時存儲器當中排成隊列），一旦有了可以使用的容量，就立即轉發，同其它傳輸信號有關的其它幀交叉在一起。

　　這過程通常會得到進一步優化，即每個幀進行分段。片段經過包括多條互連總線的通路傳輸，并同其它傳輸信號有關的其它幀交叉在一起。

　　最后，片段由緩沖器集合起來，在出站端口重新裝配，然后轉發給目的設備。

　　隨便說一下，不是所有交換機都會對幀進行分段。較小的分段允許更多用戶可以共享交換矩陣，而較大的幀傳輸效率更高、速率更高，因為交換機要處理的幀頭比較少。生活處處需要折衷，這就是優化的本質。

　　交換機的工作方式分兩種：直通或存儲轉發。在直通模式下，交換機讀取幀頭里面的目的地址后，立即通過交換矩陣一位接一位地傳輸數據。直接方式速度快、成本低。

　　而在存儲轉發模式下，交換機集合整個幀后，會在轉發之前檢查有無錯誤，可能首先會對其進行分段。雖然存儲轉發模式比直通模式速度慢、成本高，但減小了傳播錯誤幀的可能性，因而提高了總吞吐量。生活同樣處處需要折衷。

　　與網橋和集線器一樣，交換機基于幀頭里面的地址，在介質訪問控制（MAC）層進行過濾。有些交換機還能基于ip地址過濾，因為為了提供數據流傳輸的可靠性，通常會在LAN幀內運行TCP/IP。

　　注意：雖然就緩解擁塞和沖突以及提高吞吐量的能力而言，交換機較之網橋和集線器大為提高，但仍工作在OSI參考模塊的第1層（物理層）和第2層（數據鏈路層）。

　　隨便說一下，這種交換機無疑頗為常見，能夠支持規模龐大或大量使用網絡資源的工作組。恐怕更為常見的是，LAN交換機出現在骨干網應用中：它們通常用來互連工作組級集線器。

　　100Mbps交換機通過10條Mbps總線提供100Mbps的聚合帶寬。如果考慮到很流行的100Base-T集線器和新問世的千兆以太網（GbE），照如今的標準來看，顯得有點未盡其用。

千兆以太網（GbE）

　　1998年，IEEE最終把千兆以太網（GbE）定為802.3z。現在有兩個版本，它們都與10/100Mbps以太網兼容。共享式千兆以太網（Shared GbE）又名1000Base-T，實質上是一種更高速率的10/100Base-T，共享總線速率為1Gbps。

　　其實，一些共享千兆以太網總線的速率可達數個Gbps。交換式千兆以太網(Switched GbE)其實可能需要聚合速率為數十個Gbps的交換矩陣，其實質上是更高速率的一種傳統以太網交換機。

　　千兆以太網端口的運行速率可達1GbE，具有全雙工（FDX）傳輸特性。雖然千兆以太網與10/100Mbps以太網向后兼容，但除了原始速率外還存在幾個不同之處，而且確實需要叉車式升級（forklift upgrade）。

　　其中一個不同之處就是幀的大小。考慮到傳播延遲，最小幀大小直接關系沖突控制。

　　你可能會記得，10Mbps以太網明確最小幀為64字節，而這個幀大小在100Mbps以太網當中并沒有變。但在1Gbps以太網中必須變化，因為1Gbps以太網的時鐘速率要比原始以太網快100倍。

　　所以，千兆以太網明確最小幀大小為512字節，這為傳輸設備提供了更多的時間，萬一遇到擁塞情形，就能收到沖突通知。

　　一些制造商還提高了最大幀大小，以便適應長達9000字節的超大幀（jumbo frame）。這種非標準方法提高了網絡GbE設備之間傳輸的效率，但要求在跟基于標準的設備和網絡接合時進行分段和裝配過程。

　　注意：IEEE標準委員會討論超大幀已有一些年頭，但尚未正式加入到規范當中。

　　傳輸介質方面也有一些不同。不出所料，焦點在于光纖。不用中繼器，多模光纖（MMF）最遠可以支持550米的GbE傳輸，而單模光纖（SMF）可以遠至5千米。

　　雖然當初5類和超5類UTP是為100Base-T而開發，但質量更好的線纜若采用四對線結構，支持GbE的距離仍可以達到25米。最終規范懸而未決的6類線專門用于GbE。6類線會有兩種：屏蔽金屬箔雙絞線（SFTP）和屏蔽雙絞線（ScTP）。

　　那么，GbE適用何種于應用呢？正如人們所料，GbE目前適用于骨干網，被用來緩解交換機間和集線器間速率為10/100Mbps的流量的擁塞問題。

　　GbE還適用于帶寬非常密集型的桌面應用如計算機輔助設備（CAD），但如今這種情況非常少見。GbE還適用于城域網(MAN）領域。

　　大都市區的許多服務提供商已開始為大企業提供本地以太網服務，這些大企業的多個站點需要把多個以太網聯成網絡。假定所有主體流量都經過以太網，在都市區利用本地以太網方式聯網顯然要比投入開支難度頗大地加入幀中繼或ATM更有優勢。

　　IEEE現計劃利用名為彈性分組環(RPR)的簡化版SONET/SDH以大大降低難度。IEEE 802.17負責明確RPR的定義，RPR是專門面向GbE和10GbE的一種非SONET環體系結構。

　　RPR可能會以SONET的速率運行，保留SONET的幀結構，并提供類似SONET的轉換時間，但不存在與SONET大量的網絡管理功能有關的龐大開銷。

文章來源：賽迪網

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