关于交换机
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发布时间：2022-04-20 09:39
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时间：2023-08-04 20:33
一)交换机也叫交换式集线器，是局域网中的一种重要设备。它可将用户收到的数据包根据目的地址转发到相应的端口。它与一般集线器的不同之处是：集线器是将数据转发到所有的集线器端口，既同一网段的计算机共享固有的带宽，传输通过碰撞检测进行，同一网段计算机越多，传输碰撞也越多，传输速率会变慢；而交换机每个端口为固定带宽，有独特的传输方式，传输速率不受计算机台数增加影响，所以它更优秀。
交换机是数据链路层设备，它可将多个局域网网段连接到一个大型网络上。目前有许多类型的交换机，
根据架构特点，交换机可分为机架式、带扩展槽固定配置式、不带扩展槽固定配置式3种。
● 机架式交换机：是一种插槽式的交换机，这种交换机扩展性较好，可支持不同的网络类型。它是应用于高端的交换机。
● 带扩展槽固定配置式交换机：是一种有固定端口数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。
● 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，应用很广泛。
根据传输介质和传输速度，交换机可以分为以太网交换机、令牌环交换机、FDDI交换机、ATM交换机、快速以太网交换机和千兆以太网交换机等多种，这些交换机分别适用于以太网、快速以太网、FDDI、ATM和令牌环网等环境。
根据应用规模，交换机可分为企业级交换机、部门级交换机和工作组交换机。
● 企业级交换机：属于高端交换机，它采用模块化的结构，可作为网络骨干来构建高速局域网。
● 部门级交换机：面向部门的以太网交换机，可以是固定配置，也可以是模块配置，一般有光纤接口。它具有较为突出的智能型特点。
工作组交换机是传统集线器Hub的理想替代产品，一般为固定配置，配有一定数目的10Base T或10/100Base TX以太网口。
根据OSI的分层结构，交换机可分为二层交换机、三层交换机等。
二层交换机是指工作在OSI参考模型的第2层(数据链路层)上的交换机，主要功能包括物理编址、错误校验、帧序列以及流控制。一个纯第2层的解决方案，是最便宜的方案，但它在划分子网和广播*等方面提供的控制最少。
三层交换机是一个具有3层交换功能的设备，即带有第3层路由功能的第2层交换机。
二)集线器在星型拓扑的网络中起着重要作用。集线器有多种，各个种类具有特定的功能、提供不同等级的服务。下面介绍多数集线器的一些标准特性和被动、主动、智能集线器的区别以及一些高性能集线器的附加特性。
1．标准特性
所有的集线器根据可连接的线缆类型都有一些基本特性。集线器可以给网络提供除接口之外的附加服务，但也必须遵从IEEE对介质的规定。
多数集线器（HUB）主要的连接是RJ45插座。这是基于双绞线的多种以太网的标准接头类型，从10Base-T到100Base-T，局域网中的工作站、打印机等设备通常是以某种双绞线连接到集线器的，其两端为RJ45连接头。
每种线缆到集线器的长度由使用的介质决定，如表3-2所示。
表3-2
以太网类型
距离
10Base-2
185米
10Base-5
500米
10Base-T
100米
10Base-F
2公里
上述是以太网规范的最大长度，其中多数可以用中继器(repeater)来延长。
集线器是电子设备，因此需要电源，多数集线器还有指示多种状态的LED指示灯，常见的两种指示灯是电源和端口状态指示灯，有的集线器还有监视端口通信状态和冲突的指示灯,我们可以通过这些观察指示灯来了解设备的运行情况。
2．被动集线器
顾名思义，被动集线器是相对静止的。它们没有专门的动作来提高网络性能，也不能帮你检测硬件错误或性能瓶颈。它们只是简单地从一个端口接收数据并通过所有端口分发，这是集线器可以做的最简单的事情。被动集线器是星型拓扑以太网的入门级设备。
被动集线器通常有一个10Base-2端口和一些RJ45接头。我们知道，10Base-5是使用粗缆的以太网，这个10Base-2接头可以用于连接主干。有些集线器还有可连到收发器的AUI端口以建立主干。
3．主动集线器
主动集线器拥有被动集线器的所有性能，此外还能监视数据。它们在以太网实现存储转发技术中扮演着重要角色。它们在转发之前检查数据，并不区分优先次序，而是纠正损坏的分组并调整时序。
如果信号比较弱但仍然可读，主动集线器在转发前将其恢复到较强的状态。这使得一些性能不是特别理想的设备也可正常使用。如果某设备发出的信号不够强，使得被动集线器无法识别，那么主动集线器的信号放大器可以使该设备继续正常使用。因此，主动集线器代替了中继器的功能。此外，主动集线器还可以报知那些设备失效，从而提供了一定的诊断能力。
有些线缆可能有电磁干扰使分组不能按正常时序到达集线器，主动集线器可以将转发的分组重新同步。有时数据根本就到不了目的地，主动集线器通过在单个端口重发分组来弥补数据的丢失。主动集线器可以调整时序以适应较慢的、错误率较高的连接。当然，这样做会降低连接到该集线器上设备的整体网络速度，但是，有时这比丢失数据要好。此外时序调整实际上可以减少局域网中的冲突次数，数据不需要重复广播，局域网就可以传输新的数据。
主动集线器提供一定的优化性能和一些诊断能力，它们比简单的被动集线器贵，可以配以多个、多种端口。
4．智能集线器
智能集线器比前两种集线器能提供更多的好处，可以使用户能更有效地共享资源。其技术近些年才出现，很多地方还没有机会享受到它的好处。除了主动集线器的特性外，智能集线器提供了集中管理功能。如果连接到智能集线器上的设备出了问题，你可以很容易识别、诊断和修补。这是极大的提高。在一个大型网络里，如果没有集中的管理工具，那么你常常需要一个一个线盒地跑，寻找出问题的设备。
智能集线器的另一个出色的特性是可以为不同设备提供灵活的传输速率。除了上连到高速主干的端口外，智能集线器还支持到桌面的10、16和100Mbps的速率，即支持以太网、令牌环和FDDI。
集线器一般都不需设置，连接后即可使用。互联网各种级别的网络中随处都可见到路由器。接入网络使得家庭和小型企业可以连接到某个互联网服务提供商；企业网中的路由器连接一个校园或企业内成千上万的计算机；骨干网上的路由器终端系统通常是不能直接访问的，它们连接长距离骨干网上的ISP和企业网络。 互联网的快速发展无论是对骨干网、企业网还是接入网都带来了不同的挑战。骨干网要求路由器能对少数链路进行高速路由转发。企业级路由器不但要求端口数目多、价格低廉，而且要求配置起来简单方便，并提供QoS。
三)1．接入路由器
接入路由器连接家庭或ISP内的小型企业客户。接入路由器已经开始不只是提供SLIP或PPP连接，还支持诸如PPTP和IPSec等虚拟私有网络协议。这些协议要能在每个端口上运行。诸如ADSL等技术将很快提高各家庭的可用带宽，这将进一步增加接入路由器的负担。由于这些趋势，接入路由器将来会支持许多异构和高速端口，并在各个端口能够运行多种协议，同时还要避开电话交换网。
2．企业级路由器
企业或校园级路由器连接许多终端系统，其主要目标是以尽量便宜的方法实现尽可能多的端点互连，并且进一步要求支持不同的服务质量。许多现有的企业网络都是由Hub或网桥连接起来的以太网段。尽管这些设备价格便宜、易于安装、无需配置，但是它们不支持服务等级。相反，有路由器参与的网络能够将机器分成多个碰撞域，并因此能够控制一个网络的大小。此外，路由器还支持一定的服务等级，至少允许分成多个优先级别。但是路由器的每端口造价要贵些，并且在能够使用之前要进行大量的配置工作。因此，企业路由器的成败就在于是否提供大量端口且每端口的造价很低，是否容易配置，是否支持QoS。另外还要求企业级路由器有效地支持广播和组播。企业网络还要处理历史遗留的各种LAN技术，支持多种协议，包括IP、IPX和Vine。它们还要支持防火墙、包过滤以及大量的管理和安全策略以及VLAN。
3．骨干级路由器
骨干级路由器实现企业级网络的互联。对它的要求是速度和可靠性，而代价则处于次要地位。硬件可靠性可以采用电话交换网中使用的技术，如热备份、双电源、双数据通路等来获得。这些技术对所有骨干路由器而言差不多是标准的。骨干IP路由器的主要性能瓶颈是在转发表中查找某个路由所耗的时间。当收到一个包时，输入端口在转发表中查找该包的目的地址以确定其目的端口，当包越短或者当包要发往许多目的端口时，势必增加路由查找的代价。因此，将一些常访问的目的端口放到缓存中能够提高路由查找的效率。不管是输入缓冲还是输出缓冲路由器，都存在路由查找的瓶颈问题。除了性能瓶颈问题，路由器的稳定性也是一个常被忽视的问题。
4．太比特路由器
在未来核心互联网使用的三种主要技术中，光纤和DWDM都已经是很成熟的并且是现成的。如果没有与现有的光纤技术和DWDM技术提供的原始带宽对应的路由器，新的网络基础设施将无法从根本上得到性能的改善，因此开发高性能的骨干交换/路由器（太比特路由器）已经成为一项迫切的要求。太比特路由器技术现在还主要处于开发实验阶段。
