局域網(wǎng)交換機(jī)概述

局域網(wǎng)交換機(jī)(LAN switches)指的是用在交換式局域網(wǎng)內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的設(shè)備。傳統(tǒng)的以太網(wǎng)中，在任意一個(gè)時(shí)刻網(wǎng)絡(luò)中只能有一個(gè)站點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)，其他站點(diǎn)只可以接收信息，若想發(fā)送數(shù)據(jù)，只能退避等待。因此，共享式以太網(wǎng)的固定帶寬被網(wǎng)絡(luò)上所有站點(diǎn)共享，隨機(jī)占用，網(wǎng)絡(luò)中的站點(diǎn)越多，每個(gè)站點(diǎn)平均可以使用的帶寬就越窄，網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)速度就越慢。交換機(jī)的出現(xiàn)解決了這個(gè)問題。在交換式局域網(wǎng)中，采用了交換機(jī)設(shè)備，只要發(fā)送數(shù)據(jù)的源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)不沖突，那么數(shù)據(jù)發(fā)送就完全并行，這樣大大提高了數(shù)據(jù)傳送的速率。

交換式局域網(wǎng)所有站點(diǎn)都連接到一個(gè)交換式集線器或局域網(wǎng)交換機(jī)上。交換式集線器或局域網(wǎng)交換機(jī)具有交換功能，它們的特點(diǎn)是：所有端口平時(shí)都不連通，當(dāng)工作站需要通信時(shí)，交換式集線器或局域網(wǎng)交換機(jī)能同時(shí)連通許多端口，使每一對端口都能像獨(dú)占通信媒體那樣無沖突的傳輸數(shù)據(jù)，通信完成后斷開連接。由于消除了公共的通信媒體，每個(gè)站點(diǎn)獨(dú)自使用一條鏈路，不存在沖突問題，可以提高用戶的平均數(shù)據(jù)傳輸速率，即容量得以擴(kuò)大。交換式局域網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)：(1)采用星型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，容易擴(kuò)展，而且每個(gè)用戶的帶寬并不因?yàn)榛ミB的設(shè)備增多而降低。(2)由于消除了公共的通信媒體，每個(gè)站點(diǎn)獨(dú)自使用一條鏈路，不存在沖突問題，可以提高用戶的平均數(shù)據(jù)傳輸速度。交換式局域網(wǎng)無論是從物理上還是邏輯上都是星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，多臺(tái)交換式集線器可以串接，連成多級(jí)星形結(jié)構(gòu)。

交換式局域網(wǎng)的核心設(shè)備是局域網(wǎng)交換機(jī)，局域網(wǎng)交換機(jī)可以在它的多個(gè)端口之間建立多個(gè)并發(fā)連接。典型的交換式局域網(wǎng)是交換式以太網(wǎng)(switchedEthernet)，它的核心部件是以太網(wǎng)交換機(jī)(Ethernetswitch)。以太網(wǎng)交換機(jī)可以有多個(gè)端口，每個(gè)端口可以單獨(dú)與一個(gè)結(jié)點(diǎn)連接，也可以與一個(gè)共享介質(zhì)式的以太網(wǎng)集線器連接。1.局域網(wǎng)交換機(jī)的分類：按照所執(zhí)行的功能不同，局域網(wǎng)交換機(jī)可以分為兩種。(1)二層交換：執(zhí)行橋接功能，是根據(jù)MAC地址轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，交換速度快，但控制功能弱，沒有路由選擇功能。(2)三層交換：是根據(jù)IP地址轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，具有路由功能。三層交換是二層交換與路由功能的有機(jī)組合。

內(nèi)部結(jié)構(gòu)交換機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定交換機(jī)的性能，采用的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要有4種：(1)共享式存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu):共享儲(chǔ)存器結(jié)構(gòu)是幀直接從存儲(chǔ)器傳送到輸出端口，各模塊之間不需要用背板總線連接，依賴中心交換引擎來提供全端口的高性能連接，由中心交換引擎檢查每個(gè)輸入包以決定路由。這種方式容易實(shí)現(xiàn)，但需要很大的內(nèi)存容量，很高的管理費(fèi)用。且由于訪問儲(chǔ)存器需要時(shí)間，不可能在較大的端口數(shù)之間實(shí)現(xiàn)線速交換，因此比較適合于小系統(tǒng)交換機(jī)。(2)交叉總線結(jié)構(gòu)：交叉總線式結(jié)構(gòu)在端口間建立直接的點(diǎn)對點(diǎn)連接，每一模塊都直接和任何其他模塊相連。每一模塊自己處理連接問題。不需要中心交換陳列模塊進(jìn)行集中控制。這種結(jié)構(gòu)適合單點(diǎn)傳輸，對于多點(diǎn)傳輸存在一定的問題。(3)混合交叉總線結(jié)構(gòu)：混合交叉總線結(jié)構(gòu)是在交叉總線結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上改進(jìn)得來的。它是將一體的交叉總線矩陣劃分成小的交叉矩陣，中間通過一條高性能的總線連接。優(yōu)點(diǎn)是減少了交叉總線數(shù)，降低了成本，還減少了總線爭用。但連接交叉矩陣的總線可能稱為新的性能瓶頸。(4)環(huán)形總線結(jié)構(gòu)：這種結(jié)構(gòu)在1個(gè)環(huán)內(nèi)最多支持4個(gè)交換引擎并且允許不同速度的交換矩陣互聯(lián)，環(huán)與環(huán)之間通過交換引擎連接。與前幾種結(jié)構(gòu)不同的是此種結(jié)構(gòu)有獨(dú)立的一條控制總線，用于搜集總線狀態(tài)、處理路由、流量控制和清理數(shù)據(jù)總線。環(huán)形總線結(jié)構(gòu)的最大優(yōu)點(diǎn)是擴(kuò)展能力強(qiáng)，成本低，因?yàn)椴捎铆h(huán)形結(jié)構(gòu)，很容易聚集帶寬，當(dāng)端口數(shù)增加的時(shí)候，帶寬就相應(yīng)增加了。另外，它還有效的避免了系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)造成的總線瓶頸。