浅析网络交换机的网络应用

网络交换机的概念和原理

交换(switching)是按照通信两端传输信息的需要，用人工或设备自动完成的方法。把要传输的信息送到符合要求的相应路由上的技术统称。广义的交换机(switch)就是一种在通信系统中完成信息交换功能的设备。

在计算机网络系统中，交换概念的提出是对于共享工作模式的改进。我们以前介绍过的HUB集线器就是一种共享设备，HUB本身不能识别目的地址，当同一局域网内的A主机给B主机传输数据时，数据包在以HUB为架构的网络上是以广播方式传输的。由每一台终端通过验证数据包头的地址信息来确定是否接收。也就是说，在这种工作方式下，同一时刻网络上只能传输一组数据帧的通讯，如果发生碰撞还得重试。这种方式就是共享网络带宽。

交换机拥有一条很高带宽的背部总线和内部交换矩阵。交换机的所有的端口都挂接在这条背部总线上，控制电路收到数据包以后，处理端口会查找内存中的地址对照表以确定目的MAC(网卡的硬件地址)的NIC(网卡)挂接在哪个端口上。通过内部交换矩阵迅速将数据包传送到目的端口，目的MAC若不存在才广播到所有的端口，接收端口回应后交换机会“学习”新的地址，并把它添加入内部MAC地址表中。

使用交换机也可以把网络“分段”，通过对照MAC地址表，交换机只允许必要的网络流量通过交换机。通过交换机的过滤和转发，可以有效地隔离广播风暴，减少误包和错包的出现，避免共享冲突。

交换机在同一时刻可进行多个端口对之间的数据传输。每一端口都可视为独立的网段，连接在其上的网络设备独自享有全部的带宽。无须同其他设备竞争使用。当节点A向节点D发送数据时，节点B可同时向节点C发送数据，而且这两个传输都享有网络的全部带宽。都有着自己的虚拟连接。假使这里使用的是10Mbps的以太网交换机，那么该交换机这时的总流通量就等于2×10Mbps=20Mbps，而使用10Mbps的共享式HUB时，一个HUB的总流通量也不会超出10Mbps。

交换机是一种基于MAC地址识别，能完成封装转发数据包功能的网络设备。交换机可以“学习”MAC地址，并把其存放在内部地址表中，通过在数据帧的始发者和目标接收者之间建立临时的交换路径，使数据帧直接由源地址到达目的地址。

网络交换机的主要功能

交换机的主要功能包括物理编址、网络拓扑结构、错误校验、帧序列以及流控。目前交换机还具备了一些新的功能，如对VLAN(虚拟局域网)的支持、对链路汇聚的支持，甚至有的还具有防火墙的功能。

学习：以太网交换机了解每一端口相连设备的MAC地址，并将地址同相应的端口映射起来存放在交换机缓存中的MAC地址表中。

转发，过滤：当一个数据帧的目的地址在MAC地址表中有映射时。它被转发到连接目的节点的端口而不是所有端口(如该数据帧为广播，组播帧则转发至所有端口)。

消除回路：当交换机包括一个冗余回路时，以太网交换机通过生成树协议避免回路的产生，同时允许存在后备路径。

交换机除了能够连接同种类型的网络之外，还可以在不同类型的网络(如以太网和快速以太网)之间起到互连作用。如今许多交换机都能够提供支持快速以太网或FDDI等的高速连接端口，用于连接网络中的其它交换机或者为带宽占用量大的关键服务器提供附加带宽。

一般来说，交换机的每个端口都用来连接一个独立的网段，但是有时为了提供更快的接入速度，我们可以把一些重要的网络计算机直接连接到交换机的端口上。这样，网络的关键服务器和重要用户就拥有更快的接入速度，支持更大的信息流量。

网络交换机的连接方式

交换机是一种最为基础的网络连接设备。它一般是不需要任何软件配置即可使用的一种纯硬件式设备。单个交换机与网络的连接，相信读者朋友们已经能够掌握。本文主要介绍多台交换机在网络中同时使用时的连接问题。

多台交换机的连接方式无外乎两种：级联或者堆叠。下面针对这两种连接方式，分别介绍实现原理及详细的连接过程。

1.交换机级联

这是最常用的一种多台交换机连接方式，它通过交换机上的级联口(Upunk)进行连接。需要注意的是交换机不能无限制级联，超过一定数量的交换机进行级联。最终会引起广播风暴，导致网络性能严重下降。级联又分为以下两种：

使用普通端口级联

所谓普通端口就是通过交换机的某一个常用端口(如RJ-45端口)进行连接。需要注意的是，这时所用的连接双绞线要用反线，即是说双绞线的两端要跳线(第1―3与2―6线脚对调)。

使用Uplink端口级联

在所有交换机端口中，都会在旁边包含一个Uplink端口。此端口是专门为上行连接提供的，只需通过直通双绞线将该端口连接至其他交换机上除“Uplink端口”外的任意端口即可(注意：并不是Uplink端口的相互连接)。

2.交换机堆叠

此种连接方式主要应用在大型网络中对端口需求比较大的情况下使用。交换机的堆叠是扩展端口最快捷、最便利的方式，同时堆叠后的带宽是单一交换机端口速率的几十倍。但是。并不是所有的交换机都支持堆叠的，这取决于交换机的品牌、型号是否支持堆叠：并且还需要使用专门的堆叠电缆和堆叠模块：最后还要注意同一堆叠中的交换机必须是同一品牌的。

它主要通过厂家提供的一条专用连接电缆，从一台交换机的“UP”堆叠端口直接连接到另一台交换机的“DOWN”堆叠端口。堆叠中的所有交换机可视为一个整体的交换机来进行管理。

提示：采用堆叠方式的交换机要受到种类和相互距离的限制。首先实现堆叠的交换机必须是支持堆叠的：另外由于厂家提供的堆叠连接电缆一般都在1米左右，故只能在很近的距离内使用堆叠功能。

综合以上两种方式来看，交换机的级联方式实现简单，只需一根普通的双绞线即可。节约成本而且基本不受距离的限制：而堆叠方式投资相对较大，且只能在很短的距离内连接，实现起来比较困难。

但也要认识到，堆叠方式比级联方式具有更好的性能，信号不易衰竭，且通过堆叠方式，可以集中管理多台交换机，大大减化了管理工作量。如果实在需要采用级联，也最好选用Uplink端口的连接方式。因为这可以在最大程度上保证信号强度，如果是普通端口之间的连接，必定会使网络信号严重受损。

好了，通过上面的介绍，相信大家一定能找到适合自己的连接方式。(nt)