【文章內(nèi)容簡介】 發(fā)器。 計算機網(wǎng)絡(luò)中的交換機 前面已經(jīng)較為詳細地介紹了計算機網(wǎng)絡(luò)中集線器的相關(guān)內(nèi)容，雖然集線器目前在中小型計算機網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用較為普及，但隨著技術(shù)的發(fā)展，集線器已逐漸不能適合計算機網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的需求，基于交換技術(shù)的計算機網(wǎng)絡(luò)交換機已嶄露頭角，并逐漸取代在中小型計算機網(wǎng)絡(luò)中原來集線器的市場份額，尤其在大型計算機網(wǎng)絡(luò)中已基本看不到集線器的存在，全部用上了交換機。 交換機的工作方式 計算機網(wǎng)絡(luò)中的交換機，也叫做交換式 Hub（ Switch Hub）。 1993年，計算機網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備出現(xiàn)， 1994年，國內(nèi)掀起了交換網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的熱潮。交換技術(shù)是一個具有簡化、低價、高性能和高端口密集的特點。 20世紀 80年代初期，第一代 LAN技術(shù)開始應(yīng)用時，即使是在上百個用戶共享網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)的環(huán)境下， 10Mbit／ s似乎也是一個非凡的帶寬。與已往連接終端與小型主機的具有 2400bit／ s和 9600bit／ s的網(wǎng)絡(luò)相比， 10Mbit／ s確實是綽綽有余了。隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用范圍的不斷拓寬， LAN的作用已遠遠超出了原有 10Mbit／ s網(wǎng)絡(luò)所能滿足的要求，網(wǎng)絡(luò)交換技術(shù)開始出現(xiàn)并很快得到了廣泛地應(yīng)用。 交換機是如何工作的呢 ?其實，只要使用過電話的人都可以理解交換機的功能。圖 ，當其中一個電話用戶需要與另一個用戶通話時，只需要撥打被叫用戶的電話號碼，當中心局的電話交換機接收到被叫用戶的電話號碼后，便自動建立兩個用戶之間的連接，而且只能在兩個固定用戶間進行通話，其他用戶不能接聽任何一方的講話，也無法加入到這兩個用戶的談話中。計算機網(wǎng)絡(luò)交換機的工作方式與電話交換機基本相同，只是電話機是通過電話號碼建立兩個用戶之間的連接，而交換機是使用計算機名或協(xié)議地址進行兩臺計算機之間的連接。圖 電話交換機的工作方式 交換機與集線器的區(qū)別 在工作原理和工作方式上，交換機與集線器存在著本質(zhì)的區(qū)別。正是因為如此，交換機才得到了計算機網(wǎng)絡(luò)用戶的一致認可，并正在取代著集線器在計算機網(wǎng)絡(luò)中的位置。 用集線器組成的網(wǎng)絡(luò)稱為共享式網(wǎng)絡(luò)，而用交換機組成的網(wǎng)絡(luò)稱為交換式網(wǎng)絡(luò)。共享式以太網(wǎng)存在的主要問題是所有用戶共享帶寬，每個用戶的實際可用帶寬隨網(wǎng)絡(luò)用戶數(shù)的增加而遞減。這是因為當信息繁忙時，多個用戶都可能同時 “爭用 ”一個信道，而一個信道在某一時刻只允許一個用戶占用，所以大量的用戶經(jīng)常處于監(jiān)測等待狀態(tài)，致使信號傳輸時產(chǎn)生抖動、停滯或失真，嚴重影響了網(wǎng)絡(luò)的性能。 在交換式以太網(wǎng)中，交換機提供給每個用戶專用的信息通道，除非兩個源端口企圖同時將信息發(fā)往同一個目的端口，否則多個源端口與目的端口之間可同時進行通信而不會發(fā)生沖突。通過實驗測得，在多服務(wù)器組成的 LAN中，處于半雙工模式下的交換式以太網(wǎng)的實際最大傳輸速率是共享式網(wǎng)絡(luò)的 ，而工作在全雙工狀態(tài)下的交換式以太網(wǎng)的實際最大傳輸速率可達到共享式網(wǎng)絡(luò)的 。有關(guān)共享和交換的概念，在前面已經(jīng)作過介紹。在計算機網(wǎng)絡(luò)中選擇交換機，除了上述由于工作方式的不同而可獲得更好的網(wǎng)絡(luò)性能外，還有以下幾點原因。 （ 1）計算機網(wǎng)絡(luò)交換機將逐漸取代集線器 目前， 10／ l00Mbit／ s自適應(yīng)計算機網(wǎng)絡(luò)交換機是國際市場上流行的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。 它不僅能提高網(wǎng)絡(luò)的整體速率，同時還能夠與原有網(wǎng)絡(luò)中的 l0Mbit／ s設(shè)備兼容，使舊的 l0Mbit／ s以太網(wǎng)設(shè)備無縫集成到 100Mbit／ s快速以太網(wǎng)內(nèi)。 10／ 100 Mbit／ s網(wǎng)卡的迅速普及，使快速以太網(wǎng)的技術(shù)應(yīng)用到普通工作組網(wǎng)絡(luò)（如家庭網(wǎng)絡(luò)、小型辦公網(wǎng)、網(wǎng)吧等）中。自適應(yīng)的 10／ 100Mbit／ s交換機能夠同時支持10Mbit／ s或 l00Mbit／ s的連接，這使得 10／ 100Mbit／ s的交換機成為中小型用戶在需要支持新舊技術(shù)混合的網(wǎng)絡(luò)中一個理想的選擇。隨著交換機價格的不斷下降，相同端口數(shù)和速率的交換機的價格與集線器之間的差距已逐漸減小。 （ 2）千兆位以太網(wǎng)為主干的多媒體網(wǎng)絡(luò)推動了交換機的應(yīng)用 千兆以太網(wǎng)技術(shù)的迅速成熟和市場化，使其成為企業(yè)骨干網(wǎng)的理想技術(shù)選擇。千兆以太網(wǎng)不僅能提供適于網(wǎng)絡(luò)不斷擴展的帶寬需要，同時它也能平滑地和用戶原有的以太網(wǎng)、快速以太網(wǎng)設(shè)備相結(jié)合。目前的計算機網(wǎng)絡(luò)已走出了原來以實現(xiàn)簡單資源共享為主的應(yīng)用，而是要求在同一網(wǎng)絡(luò)中同時實現(xiàn)數(shù)據(jù)、語音、圖形圖像等多種媒體的通信。這些多媒體技術(shù)的應(yīng)用，對網(wǎng)絡(luò)帶寬、系統(tǒng)延時、網(wǎng)絡(luò)交換等技術(shù)提出了更高的要求，顯然在這些網(wǎng)絡(luò)中集線器已無法滿足要求，而必須用交換機來取代。 交換機的相關(guān)技術(shù) 從技術(shù)發(fā)展來看，交換機起源于原來的集線器，但在功能上卻遠遠超出了集線器，為了讓讀者在技術(shù)上對交換機有一個較為全面的認識，下面將介紹與交換機相關(guān)的一些技術(shù)和特點。 3種交換技術(shù) 交換機是構(gòu)成整個交換式網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵設(shè)備，交換機所采用交換方式的不同將會影響交換機的工作性能，為此有必要了解交換機的一些工作原理及特點。目前，交換機主要使用存儲轉(zhuǎn)發(fā)（ Store and Forward）、 直通（ Cut Through） 和無碎片直通（ Fragment Free Cut Through） 3種方式。 （ 1）存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式 存儲轉(zhuǎn)發(fā)式交換機是指在交換機接收到數(shù)據(jù)幀時，先存儲在一個共享緩沖區(qū)中，然后進行過濾（濾掉不健全的幀和有沖突的幀）和差錯校驗處理，最后再將數(shù)據(jù)按的地址發(fā)送到指定的端口。 （ 2）直通方式 直通式交換機只對接收到的數(shù)據(jù)幀的目的地址信息進行檢查，然后立刻按指定的地址轉(zhuǎn)發(fā)出去，而不做差錯和過濾處理。 （ 3）無碎片直通方式 “碎片 ”是指當信息發(fā)送中突然發(fā)生沖突時，因為雙方立即停止發(fā)送數(shù)據(jù)幀而在網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生的殘缺不健全的幀。碎片是無用的信息，必須將其濾除。無碎片直通方式先對接收到的數(shù)據(jù)幀存儲其中的部分字節(jié)（前 64個字節(jié)），然后進行差錯檢驗，如果有錯，立即濾除，并要求對方重發(fā)此幀，否則認為該幀健全，并馬上轉(zhuǎn)發(fā)出去。 在 3種交換方式中，存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式具有最高的交換質(zhì)量，但速率最慢，適用于網(wǎng)絡(luò)主干的連接。直通方式是 3種交換方式中最快的一種，但因?qū)θ魏螏疾蛔鲞^濾處理，所以誤碼率較高，適用于交換式網(wǎng)絡(luò)的外圍連接。無碎片直通方式是前兩種方式的折衷。 日益強大的計算機系統(tǒng)為網(wǎng)絡(luò)技術(shù)向更快、更便捷的方向發(fā)展提供了保障，而日益龐大和復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)又產(chǎn)生了持續(xù)增長的網(wǎng)絡(luò)堵塞。普通交換機工作在OSI七層模型的第二層（數(shù)據(jù)鏈路層），交換以 MAC（ 媒體訪問控制層，是數(shù)據(jù)鏈路層中的 — 部分）地址為基礎(chǔ)。目前第二層交換機已無法勝任大規(guī)模計算機網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，所以在一些較大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)中一般將交換機和路由器結(jié)合在一起使用。路由器處于 OSI模型的第三層（網(wǎng)絡(luò)層），通常以 IP協(xié)議通過軟件實現(xiàn)網(wǎng)際互連，并且路由器價格昂貴、轉(zhuǎn)發(fā)速率慢，越來越成為網(wǎng)絡(luò)的瓶頸。第三層交換就是在第二層交換的基礎(chǔ)上把路由功能集成在交換機中，吸收了路由器在網(wǎng)絡(luò)中的可擴展性和靈活性等特點，所以將第三層交換機又稱為路由交換機。與第二層交換機相比，第三層交換機在性能上得到了飛躍性的提高，在網(wǎng)絡(luò)分段、安全性、可管理性等方面都具有很大的優(yōu)勢。第三層交換在提高網(wǎng)絡(luò)的運行速度和擴展網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模等方面所起的作用已得到了網(wǎng)絡(luò)用戶的一致公認，下一代骨干網(wǎng)的核心將是第三層交換機。 隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，又出現(xiàn)了多層交換和第四層交換?？梢园讯鄬咏粨Q機可以看作是在傳統(tǒng)交換機（第二層交換機）的基礎(chǔ)上附加（而非集成）了路由交換功能的設(shè)備。目前的多層交換機可很好的兼容現(xiàn)有的路由器網(wǎng)絡(luò)。第四層交換機是在第三層交換機的基礎(chǔ)上引進了新的網(wǎng)絡(luò)功能，它工作于 OSI模型的第四層（傳輸層），可對數(shù)據(jù)包進行查詢、獲取數(shù)據(jù)包的相關(guān)信息等操作。目前第四層交換還只是一個概念，尚未有正式的產(chǎn)品推出。 交換機的分類和特點 一般情況下，可以根據(jù)以下幾種方法對計算機網(wǎng)絡(luò)交換機進行分類。 1．根據(jù)技術(shù)來分 根據(jù)交換機所采用的技術(shù)，計算機網(wǎng)絡(luò)交換機可以分為以太網(wǎng)交換機、 ATM交換機、 FDDI交換機和令牌環(huán)交換機 4類。 （ 1）以太網(wǎng)交換機 以太網(wǎng)交換機是用于以太網(wǎng)的交換設(shè)備，它是目前網(wǎng)絡(luò)交換機的主流產(chǎn)品特殊說明，網(wǎng)絡(luò)交換機一般是指以太網(wǎng)交換機。 （ 2） ATM交換機 ATM交換機是應(yīng)用于 ATM交換網(wǎng)絡(luò)的交換機。 ATM（ Asynchronous Transfer Mode， 異步傳輸模式）在工作方式上不同于以太網(wǎng)，它是以確定長度為 53字節(jié)的信元為單位來傳輸數(shù)據(jù)，而不是使用以太網(wǎng)中的幀來傳輸。目前， ATM計算機網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用較少，而主要應(yīng)用于電信網(wǎng)中，尤其是電信網(wǎng)骨干的連接一般為以 ATM為主。 （ 3） FDDI交換機 FDDI（ Fiber Distributed Data Interface， 光纖分布式數(shù)據(jù)接口）是美國國家標準組織（ ANSl） 制訂的光纜連接標準，也是一項計算機網(wǎng)絡(luò)連接技術(shù)。隨著計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)尤其是以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展， FDDI已被其他技術(shù)所取代，所以 FDDI交換機在實際應(yīng)用中也較少見。 （ 4）令牌網(wǎng)交換機 在前面已經(jīng)介紹過令牌網(wǎng)的相關(guān)概念，尤其在 20世紀 80~90年代，由 IBM開發(fā)的令牌網(wǎng)技術(shù)曾引起業(yè)界的廣泛關(guān)注，所以令牌網(wǎng)交換機也應(yīng)運而生。近年來， 由于令牌網(wǎng)逐漸失去了市場，所以令牌網(wǎng)交換機也在市面上很少見到。 根據(jù)交換機結(jié)構(gòu)的不同，可以將交換機分為固定端口交換機和模塊化交換機兩大類。 （ 1）固定端口交換機 固定端口交換機即只能提供有限的端口數(shù)據(jù)，而無法通過模塊來擴展其端口數(shù)量的交換機。目前，絕大多數(shù)工作組交換機都屬于固定端口交換。 固定端口交換機可分為桌面交換機和機架式交換機。與集線器的分類相似，機架式交換機一般符合 （ 19英寸）的工業(yè)標準，便于管理，適用于較大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)中。而桌面交換機只能提供少量（一般在 8口以內(nèi)）的端口，且不便于安裝于機柜內(nèi)，通常只用于小型網(wǎng)絡(luò)。 （ 2）模塊化交換機 模塊化交換機擁有更大的靈活性和可擴充性，用戶可任意選擇不同數(shù)量、不同速度和不同接口類型的模塊，以適應(yīng)不同網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用需求。而且，機箱式交換機大都有很強的容錯能力，支持交換模塊的冗余備份，并且擁有可熱插拔的雙電源，以保證交換機的電力供應(yīng)。目前，絕大多數(shù)的部門交換機和中心交換機都屬于模塊化交換機。 根據(jù)交換機所在協(xié)議層的不同，交換機可分為第二層交換機、第三層交換機和第四層交換機等類型。 （ 1）第二層交換機 第二層交換機工作在 OSI參考模型的第二層，即數(shù)據(jù)鏈路層。它以第二層的介質(zhì)訪問控制（ MAC） 子層為基礎(chǔ)，完成不同端口數(shù)據(jù)間的線速交換，所有的交換機都能夠工作在第二層。 （ 2）第三層交換機 第三層交換機具有路由功能，可實現(xiàn)不同網(wǎng)段之間數(shù)據(jù)的線速交換。另外，第三層交換機提供 VLAN功能，在減小配置的同時，可減小廣播所造成的網(wǎng)絡(luò)性能下降。因此，在大中型網(wǎng)絡(luò)中，多使用第三層交換機。 （ 3）第四層交換機 第四層交換機工作于 OSI參考模型的第四層，即傳輸層。可以使用傳輸層的相關(guān)功能（如 HTTP、 FTP、 Tel、 SSL等）進行數(shù)據(jù)交換和處理，從而實現(xiàn)帶寬分配、故障診斷和對 TCP／ IP應(yīng)用程序數(shù)據(jù)流進行訪問控制等功能。目前，第四層交換機由于相關(guān)標準尚未最終確實，所以在實際應(yīng)用中還很少。 除此之外，根據(jù)應(yīng)用環(huán)境的不同，還可將網(wǎng)絡(luò)交換機劃分為工作組交換機交換機和中心交換機等。 窄帶接入設(shè)備 Modem 調(diào)制解調(diào)器，英文名稱為 Modem， 俗稱為 “貓 ”。 Modem是最早使用的一種網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備，也是一種廉價的連接設(shè)備，主要用于 Inter的接入。利用 Modem， 通過電話線可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸、語音傳輸、數(shù)語同傳以及實現(xiàn)全雙工的免提電話等功能。 Modem的工作原理 Modem是一種數(shù)字信號與模擬信號之間的轉(zhuǎn)換設(shè)備。如圖 ，在通信過程中，在其中一端，它將計算機輸出（一般為串行口輸出）的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成