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交換機的工作原理以及種類的區分

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許多新型的Client／Server應用程序以及多媒體技術的出現，導致了傳統的共享式網絡遠遠不能滿足要求，這也就推動了局域網交換機的出現 。

1、交換機的定義

局域網交換機擁有許多端口，每個端口有自己的專用帶寬，并且可以連接不同的網段 。交換機各個端口之間的通信是同時的、并行的，這就大大提高了信息吞吐量 。為了進一步提高性能，每個端口還可以只連接一個設備 。

為了實現交換機之間的互連或與高檔服務器的連接，局域網交換機一般擁有一個或幾個高速端口，如100MB以太網端口、FDDI端口或155MB ATM端口，從而保證整個網絡的傳輸性能 。

2、交換機的特性

通過集線器共享局域網的用戶不僅是共享帶寬，而且是競爭帶寬 。可能由于個別用戶需要更多的帶寬而導致其他用戶的可用帶寬相對減少，甚至被迫等待，因而也就耽誤了通信和信息處理 。利用交換機的網絡微分段技術，可以將一個大型的共享式局域網的用戶分成許多獨立的網段，減少競爭帶寬的用戶數量，增加每個用戶的可用帶寬，從而緩解共享網絡的擁擠狀況 。由于交換機可以將信息迅速而直接地送到目的地能大大提高速度和帶寬，能 保護用戶以前在介質方面的投資，并提供良好的可擴展性，因此交換機不但是網橋的理想替代物，而且是集線器的理想替代物 。

與網橋和集線器相比，交換機從下面幾方面改進了性能：

（1）通過支持并行通信，提高了交換機的信息吞吐量 。

（2）將傳統的一個大局域網上的用戶分成若干工作組，每個端口連接一臺設備 或連接一個工作組，有效地解決擁擠現像 。這種方法人們稱之為網絡微分 段（Micro一segmentation）技術 。

（3）虛擬網（VirtuaI LAN）技術的出現，給交換機的使用和治理帶來了更大 的靈活性 。我們將在后面專門介紹虛擬網 。

（4）端口密度可以與集線器相媲美,一般的網絡系統都是有一個或幾個服務器，而絕大部分都是普通的客戶機 ?？蛻魴C都需要訪問服務器，這樣就導致服務器的通信和事務處理能力成為整個網絡性能好壞的要害 。

交換機就主要從提高連接服務器的端口的速率以及相應的幀緩沖區的大小，來提高整個網絡的性能，從而滿足用戶的要求 。一些高檔的交換機還采用全雙工技術進一步提高端口的帶寬 。以前的網絡設備基本上都是采用半雙工的工作方式，即當一臺主機發送數據包的時候，它就不能接收數據包，當接收數據包的時候，就不能發送數據包 。由于采用全雙工技術，即主機在發送數據包的同時，還可以接收數據包，普通的10M端口就可以變成20M端口，普通的100M端口就可以變成200M 端口，這樣就進一步提高了信息吞吐量 。

3、交換機的工作原理

傳統的交換機本質上是具有流量控制能力的多端口網橋，即傳統的（二層） 交換機 。把路由技術引入交換機，可以完成網絡層路由選擇，故稱為三層交換，這是交換機的新進展 。交換機（二層交換）的工作原理交換機和網橋一樣，是工作在鏈路層的聯網設備，它的各個端口都具有橋接功能，每個端口可以連接一個LAN或一臺高性能網站或服務器，能夠通過自學習來了解每個端口的設備連接情況 。所有端口由專用處理器進行控制，并經過控制治理總線轉發信息 。

同時可以用專門的網管軟件進行集中治理 。除此之外，交換機為了提高數據交換的速度和效率，一般支持多種方式 。

（1）存儲轉發：

所有常規網橋都使用這種方法 。它們在將數據幀發柱其他端口之前，要把收到的幀完全存儲在內部的存儲器中，對其檢驗后再發往其他端口，這樣其延時等于接收一個完整的數據幀的時間及處理時間的總和 。假如級聯很長時，會導致嚴重的性能問題，但這種方法可以過濾掉錯誤的數據幀 。

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