寬帶網(wǎng)絡(luò)交換機的選擇和使用
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一、集線器和交換機的區(qū)別
1. 集線器（這里僅指非交換式單網(wǎng)段和多網(wǎng)段型）在OSI體系結(jié)構(gòu)中屬于OSI的第一層物理層設(shè)備，而交換機屬于OSI的第二層數(shù)據(jù)鏈路層設(shè)備，現(xiàn)在常見的三層交換為在二層平臺上提供VLAN和基于IP的路由和交換功能，而四層交換則為基于端口的應(yīng)用。集線器只是對數(shù)據(jù)的傳輸起到同步、放大和整形的作用，對數(shù)據(jù)傳輸中的短幀、碎片等無法進行有效的處理，不能保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾院驼_性，類似于一個大的總線型局域網(wǎng)；而交換機不但可以對數(shù)據(jù)的傳輸做到同步、放大和整形，而且可以過濾短幀、碎片對封裝數(shù)據(jù)包進行轉(zhuǎn)發(fā)等。
2. 從工作方式來看，集線器是一種廣播模式，也就是說集線器的某個端口工作的時候，其他所有端口都能夠收聽到信息，容易產(chǎn)生廣播風(fēng)暴，并且每一個時刻只有一個端口發(fā)送數(shù)據(jù)，另外安全性差，所有的網(wǎng)卡都能接收到所發(fā)數(shù)據(jù)，只是非目的地網(wǎng)卡丟棄了信包。當(dāng)交換機工作的時候，只有發(fā)出請求的端口和目的端口之間相互響應(yīng)而不影響其他端口，因此交換機就能夠隔離沖突域和有效的抑制廣播風(fēng)暴的產(chǎn)生。
3. 從帶寬來看，集線器不管有多少個端口，所有端口都是共享一條帶寬，在同一時刻只能有二個端口傳送數(shù)據(jù)，其他端口只能等待，同時集線器只能工作在半雙工模式下；而對于交換機而言，每個端口都有一條獨占的帶寬，當(dāng)二個端口工作時并不影響其他端口的工作，同時交換機不但可以工作在半雙工模式下而且可以工作在全雙工模式下。
4. 交換機工作于數(shù)據(jù)鏈路層以MAC地址進行尋址，有一定的額外尋址開銷，在數(shù)據(jù)流量小時，時延可能相對數(shù)據(jù)傳輸時間而言較大；集線器工作于物理層為廣播方式傳輸數(shù)據(jù)，流量小時性能下降不明顯適合于共享總線型結(jié)構(gòu)局域網(wǎng)。
二、二層交換與第三層交換以及路由器的區(qū)別
第二層交換技術(shù)工作于數(shù)據(jù)鏈路層。它按所接收到數(shù)據(jù)包的目的MAC地址在內(nèi)部地址表中對應(yīng)端口進行轉(zhuǎn)發(fā)，將本數(shù)據(jù)包MAC地址與對應(yīng)端口記錄在內(nèi)部地址表中，MAC地址不在表內(nèi)的就進行廣播等待回應(yīng)。因而二層交換機對MAC地址具有學(xué)習(xí)功能，對于網(wǎng)絡(luò)層或高層協(xié)議來說是透明的，數(shù)據(jù)交換靠專用處理數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)的ASIC（應(yīng)用專用集成芯片組）實現(xiàn)速度很快。但它不能處理三層及三層以上的協(xié)議，不能處理不同IP子網(wǎng)間的數(shù)據(jù)交換。
第三層交換工作于OSI七層模型中的第三層，是利用三層協(xié)議中的IP包包頭信息對后續(xù)數(shù)據(jù)流進行標(biāo)記，進行幀頭重組，將具有同一標(biāo)記的數(shù)據(jù)流的報文交換到數(shù)據(jù)鏈路層，即提供一條目標(biāo)地址與源地址之間的一條數(shù)據(jù)通道。因此，三層交換機不必拆包便可判斷路由，從而將數(shù)據(jù)包直接轉(zhuǎn)發(fā)，進行數(shù)據(jù)交換。從而可以實現(xiàn)不同子網(wǎng)IP包交換。另外三層路由模塊不是簡單的二層交換機與路由器的簡單疊加，它是由三層路由模塊疊加二層交換高速背板總線速率可達Gbit/s，其中大部分必需的需路由軟件處理的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)為三層轉(zhuǎn)發(fā)外，其余均為二層高速轉(zhuǎn)發(fā)。
路由器工作于OSI第三層網(wǎng)絡(luò)層，工作模式與二層相似。路由器主要決定最佳路由并轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。路由器內(nèi)有一個路由表，其中記錄各種鏈路信息，供路由算法計算出到目的地的最佳路由。據(jù)此路由器再進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。如不能知道目的路由，則將包丟棄，并向源地址返回信息。路由器可相互學(xué)習(xí)路由信息或?qū)⒆砸训逆溌窢顟B(tài)進行廣播，使路由信息按一定方式進行更新，從而由算法計算最佳路由。因此路由器路徑計算工作量很大。路由器一般端口數(shù)量有限，路由轉(zhuǎn)發(fā)速度慢。在內(nèi)網(wǎng)數(shù)據(jù)流量較大，又要求快速轉(zhuǎn)發(fā)響應(yīng)時，常建議使用三層交換機，而將網(wǎng)間路由工作交由路由器完成。
三、交換機分類和選擇指標(biāo)
從傳輸介質(zhì)和傳輸速度上看，局域網(wǎng)交換機可以分為以太網(wǎng)交換機、快速以太網(wǎng)交換機、千兆以太網(wǎng)交換機、FDDI交換機、ATM交換機和令牌環(huán)交換機等多種，這些交換機分別適用于以太網(wǎng)、快速以太網(wǎng)、FDDI、ATM和令牌環(huán)網(wǎng)等環(huán)境。
按照最廣泛的普通分類方法，局域網(wǎng)交換機可以分為桌面型交換機（Desktop Switch）、組型交換機（Workgroup Switch）和校園網(wǎng)交換機（Campus Switch）三類。
根據(jù)架構(gòu)特點，人們還將局域網(wǎng)交換機分為機架式、帶擴展槽固定配置式、不帶擴展槽固定配置式3種產(chǎn)品。
選擇寬帶交換機時除根據(jù)以上介紹外還應(yīng)參考以下幾個主要指標(biāo)：
1． 轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)
轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)是指交換機所采用的用于決定如何轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)機制。
直通轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)
交換機獲取到數(shù)據(jù)包目的地址，就開始向目的端口發(fā)送數(shù)據(jù)包。通常，交換機在接收到數(shù)據(jù)包的前6個字節(jié)時，就已經(jīng)知道目的地址，從而可以決定向哪個端口轉(zhuǎn)發(fā)這個數(shù)據(jù)包。直通轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)速率快、延時少和吞吐率高。但當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中誤碼率較高時，交換機會轉(zhuǎn)發(fā)所有的完整數(shù)據(jù)包和錯誤數(shù)據(jù)包，這將給整個交換網(wǎng)絡(luò)帶來許多錯誤通訊包。直通轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)適用與網(wǎng)絡(luò)鏈路質(zhì)量好的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。
存儲轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)
存儲轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)要求交換機在接收到全部數(shù)據(jù)包后再決定如何轉(zhuǎn)發(fā)。這樣一來，交換機可以在轉(zhuǎn)發(fā)之前檢查數(shù)據(jù)包完整性和正確性。它的優(yōu)點是：沒有殘缺數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)，減少了潛在的不必要數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。它的缺點是：轉(zhuǎn)發(fā)速率比直接轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)慢。所以，存儲轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)比較適應(yīng)于普通鏈路質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。
2． 背板吞吐量及緩沖區(qū)大小
背板吞吐最也稱背板帶寬，單位是每秒通過的數(shù)據(jù)包個數(shù)（pps），表示交換機接口處理器或接口卡和數(shù)據(jù)總線間所能吞吐的最大數(shù)據(jù)量。一臺交換機的背板帶寬越高，所能處理數(shù)據(jù)的能力就越強。最大理論值為線速，即指交換機可以全速處理各種大小的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)緩沖區(qū)大小，又叫做包緩沖區(qū)大小，是一種數(shù)據(jù)隊列機制，由交換機用來進行不同網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的速度匹配。速率高的設(shè)備所發(fā)送的數(shù)據(jù)可以存儲在緩沖區(qū)內(nèi)，直到被慢速設(shè)備處理為止。緩沖區(qū)大小由緩沖調(diào)度算法算出，過大的緩沖空間需要相對多的尋址時間，緩沖空間過小會在發(fā)生擁塞時引起丟包出錯。
3．延時
交換機延時是指從交換機接收到數(shù)據(jù)包到開始向目的端口復(fù)制數(shù)據(jù)包之間的時間間隔。有許多因素會影響延時大小，比如轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)、緩沖區(qū)大小等等。采用直通轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)的交換機有固定的延時。采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)的交換機由于必須要接收完了完整的數(shù)據(jù)包才開始轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，所以它的延時與數(shù)據(jù)包大小有關(guān)。延時對三網(wǎng)合一中的實時和非實時的視頻、語音信息影響較為嚴重，會引起畫面與語音不同步等現(xiàn)象。
4． 管理功能
為方便網(wǎng)管員管理，及用戶控制訪問交換機，通常交換機應(yīng)支持SNMP MIB I / MIB II統(tǒng)計管理功能以滿足常用網(wǎng)管管理軟件如OPENVIEW、SUN Solstice Domain Manager或IBM網(wǎng)絡(luò)管理（NetView）遠程管理交換機。復(fù)雜一些的交換機還會增加通過內(nèi)置RMON組（mini-RMON）來支持RMON主動監(jiān)視功能?；蛱峁┩ㄟ^WEB頁面、命令行方式(CLI)對設(shè)備進行遠程的監(jiān)控，以最終實現(xiàn)故障管理、性能管理、配置管理、安全管理等常用管理功能。
5． MAC地址表大小及MAC地址類型
連接到局域網(wǎng)上的每個端口或設(shè)備都需要一個MAC地址，其他設(shè)備要用到此地址來定位特定的端口及更新路由表和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。MAC地址表大小能反映出該設(shè)備所支持的節(jié)點數(shù)能力。單MAC地址類型交換機連接最終用戶或非橋接設(shè)備，不能接集線器等多網(wǎng)絡(luò)設(shè)備網(wǎng)段。多MAC地址交換機則可以在每端口存多個MAC地址具有較強的多節(jié)點支持能力。
6．?dāng)U展樹
為保障網(wǎng)絡(luò)的安全性常對關(guān)鍵數(shù)據(jù)鏈路提供冗余備份鏈路，由于交換機實際上是多端口的透明橋接設(shè)備，從而引發(fā)“拓撲環(huán)”問題。交換機通過采用擴展樹協(xié)議算法讓網(wǎng)絡(luò)中的每一個橋接設(shè)備相互知道，自動防止拓撲環(huán)現(xiàn)象。交換機并將檢測到的“拓撲環(huán)”中的某個端口斷開，以達到消除“拓撲環(huán)”的目的，維持網(wǎng)絡(luò)中的拓撲樹的完整性。
7． 全雙工
全雙工端口可以同時發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，但這要求交換機和所連接的設(shè)備都支持全雙工工作方式。具有全雙工功能的交換機可實現(xiàn)高吞吐量（兩倍于單工模式端口吞吐量）、避免碰撞、突破CSMA/CD鏈路長度限制，通信鏈路的長度限制只與物理介質(zhì)有關(guān)。 另外，交換機端口最好能實現(xiàn)全/半雙工自動轉(zhuǎn)換。
8． 高速端口集成
交換機可以提供高帶寬“管道”（固定端口、可選模塊或多鏈路隧道）滿足交換機的交換流量與上級主干的交換需求。防止出現(xiàn)主干通信瓶頸。如FDDI、ATM、G比特光模塊等。
9．最大VLAN數(shù)量
此參數(shù)反映了一臺設(shè)備所能支持的最大VLAN數(shù)目，就目前交換機所能支持的最大VLAN數(shù)目（1024以上）來看，足以滿足一般企業(yè)的需要。VLAN劃分應(yīng)遵從802.1Q標(biāo)準(zhǔn)。
10．?dāng)U充性配置
機架插槽數(shù)、擴展槽數(shù)、最大可堆疊數(shù)、10/100/1000M以太網(wǎng)端口數(shù)、最大ATM端口數(shù)、最大SONET端口數(shù)、最大FDDI端口數(shù)、最大電源數(shù)等多個硬件指標(biāo)將直接反映交換機的擴充能力及與其它骨干網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的互聯(lián)互通能力。
對不同的用戶在選擇中還有不同的要求如實施對數(shù)據(jù)流的訪問控制（ACL）、服務(wù)質(zhì)量保證（QoS）、帶寬管理以及各種控制和服務(wù)策略、支持的包過濾、負載均衡及在三層交換機對各種路由協(xié)議的支持程度等等。
總之，用戶在進行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計和選擇交換機時應(yīng)仔細考察交換機的各種功能，尤其隨著交換技術(shù)的日新月異越來越多的交換機融合了其它網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的新功能，以其超群的性能價格比成為用戶新的寵兒。特別在一些行業(yè)用戶中對交換機的選擇更需謹慎和周全。
本文僅結(jié)合工作實際和常見的工程案例中對交換機的選擇作一簡述，希望起到拋磚引玉的作用，為廣大讀者在設(shè)計網(wǎng)絡(luò)、選擇和使用寬帶交換機中起到一定的幫助作用。
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