路由交換機

交換器名稱。

交換的概念和原理：
交換 switching 是按照通信兩端傳輸信息的需要，用人工或設備自動完成的方法，把要傳輸的信息送到符合要求的相應路由上的技術統稱。廣義的交換機switch就是一種在通信系統中完成信息交換功能的設備。
在計算機網路系統中，交換概念的提出是對於共享工作模式的改進。我們以前介紹過的HUB集線器就是一種共享設備，HUB本身不能識別目的地址，當同一區域網路內的A主機給B主機傳輸數據時，數據包在以HUB為架構的網路上是以廣播方式傳輸的，由每一台終端通過驗證數據包頭的地址信息來確定是否接收。也就是說，在這種工作方式下，同一時刻網路上只能傳輸一組數據幀的通訊，如果發生碰撞還得重試。這種方式就是共享網路頻寬。
交換機擁有一條很高頻寬的背部匯流排和內部交換矩陣。交換機的所有的連線埠都掛接在這條背部匯流排上，控制電路收到數據包以後，處理連線埠會查找記憶體中的地址對照表以確定目的MAC（網卡的硬體地址）的NIC（網卡）掛接在哪個連線埠上，通過內部交換矩陣迅速將數據包傳送到目的連線埠，目的MAC若不存在才廣播到所有的連線埠，接收連線埠回應後交換機會“學習”新的地址，並把它添加入內部MAC地址表中。
使用交換機也可以把網路“分段”，通過對照MAC地址表，交換機只允許必要的網路流量通過交換機。通過交換機的過濾和轉發，可以有效的隔離廣播風暴，減少誤包和錯包的出現，避免共享衝突。
交換機在同一時刻可進行多個連線埠對之間的數據傳輸。每一連線埠都可視為獨立的網段，連線在其上的網路設備獨自享有全部的頻寬，無須同其他設備競爭使用。當節點A向節點D傳送數據時，節點B可同時向節點C傳送數據，而且這兩個傳輸都享有網路的全部頻寬，都有著自己的虛擬連線。假使這裡使用的是10Mbps的乙太網交換機，那么該交換機這時的總流通量就等於2×10Mbps＝20Mbps，而使用10Mbps的共享式HUB時，一個HUB的總流通量也不會超出10Mbps。
總之，交換機是一種基於MAC地址識別，能完成封裝轉發數據包功能的網路設備。交換機可以“學習”MAC地址，並把其存放在內部地址表中，通過在數據幀的始發者和目標接收者之間建立臨時的交換路徑，使數據幀直接由源地址到達目的地址。
交換機的分類及功能：
從廣義上來看，交換機分為兩種：廣域網交換機和區域網路交換機。廣域網交換機主要套用於電信領域，提供通信用的基礎平台。而區域網路交換機則套用於區域網路，用於連線終端設備，如PC機及網路印表機等。從傳輸介質和傳輸速度上可分為乙太網交換機、快速乙太網交換機、千兆乙太網交換機、FDDI交換機、ATM交換機和令牌環交換機等。從規模套用上又可分為企業級交換機、部門級交換機和工作組交換機等。各廠商劃分的尺度並不是完全一致的，一般來講，企業級交換機都是機架式，部門級交換機可以是機架式（插槽數較少），也可以是固定配置式，而工作組級交換機為固定配置式（功能較為簡單）。另一方面，從套用的規模來看，作為骨幹交換機時，支持500個信息點以上大型企業套用的交換機為企業級交換機，支持300個信息點以下中型企業的交換機為部門級交換機，而支持100個信息點以內的交換機為工作組級交換機。本文所介紹的交換機指的是區域網路交換機。
交換機的主要功能包括物理編址、網路拓撲結構、錯誤校驗、幀序列以及流控。目前交換機還具備了一些新的功能，如對VLAN（虛擬區域網路）的支持、對鏈路匯聚的支持，甚至有的還具有防火牆的功能。
交換機除了能夠連線同種類型的網路之外，還可以在不同類型的網路（如乙太網和快速乙太網）之間起到互連作用。如今許多交換機都能夠提供支持快速乙太網或FDDI等的高速連線連線埠，用於連線網路中的其它交換機或者為頻寬占用量大的關鍵伺服器提供附加頻寬。
一般來說，交換機的每個連線埠都用來連線一個獨立的網段，但是有時為了提供更快的接入速度，我們可以把一些重要的網路計算機直接連線到交換機的連線埠上。這樣，網路的關鍵伺服器和重要用戶就擁有更快的接入速度，支持更大的信息流量。
交換機的交換方式：
交換機通過以下三種方式進行交換
1.直通式：
直通方式的乙太網交換機可以理解為在各連線埠間是縱橫交叉的線路矩陣電話交換機。它在輸入連線埠檢測到一個數據包時，檢查該包的包頭，獲取包的目的地址，啟動內部的動態查找表轉換成相應的輸出連線埠，在輸入與輸出交叉處接通，把數據包直通到相應的連線埠，實現交換功能。由於不需要存儲，延遲非常小、交換非常快，這是它的優點。它的缺點是，因為數據包內容並沒有被乙太網交換機保存下來，所以無法檢查所傳送的數據包是否有誤，不能提供錯誤檢測能力。由於沒有快取，不能將具有不同速率的輸入/輸出連線埠直接接通，而且容易丟包。
2.存儲轉發：
存儲轉發方式是計算機網路領域套用最為廣泛的方式。它把輸入連線埠的數據包先存儲起來，然後進行CRC（循環冗余碼校驗）檢查，在對錯誤包處理後才取出數據包的目的地址，通過查找錶轉換成輸出連線埠送出包。正因如此，存儲轉發方式在數據處理時延時大，這是它的不足，但是它可以對進入交換機的數據包進行錯誤檢測，有效地改善網路性能。尤其重要的是它可以支持不同速度的連線埠間的轉換，保持高速連線埠與低速連線埠間的協同工作。
3.碎片隔離：
這是介於前兩者之間的一種解決方案。它檢查數據包的長度是否夠64個位元組，如果小於64位元組，說明是假包，則丟棄該包；如果大於64位元組，則傳送該包。這種方式也不提供數據校驗。它的數據處理速度比存儲轉發方式快，但比直通式慢。
交換機的套用：
作為區域網路的主要連線設備，乙太網交換機成為套用普及最快的網路設備之一。隨著交換技術的不斷發展，乙太網交換機的價格急劇下降，交換到桌面已是大勢所趨。
如果你的乙太網絡上擁有大量的用戶、繁忙的應用程式和各式各樣的伺服器，而且你還未對網路結構做出任何調整，那么整個網路的性能可能會非常低。解決方法之一是在乙太網上添加一個10/100Mbps的交換機，它不僅可以處理10Mbps的常規乙太網數據流，而且還可以支持100Mbps的快速乙太網連線。
如果網路的利用率超過了40％，並且碰撞率大於10％，交換機可以幫你解決一點問題。帶有100Mbps快速乙太網和10Mbps乙太網連線埠的交換機可以全雙工方式運行，可以建立起專用的20Mbps到200Mbps連線。
不僅不同網路環境下交換機的作用各不相同，在同一網路環境下添加新的交換機和增加現有交換機的交換連線埠對網路的影響也不盡相同。充分了解和掌握網路的流量模式是能否發揮交換機作用的一個非常重要的因素。因為使用交換機的目的就是儘可能的減少和過濾網路中的數據流量，所以如果網路中的某台交換機由於安裝位置設定不當，幾乎需要轉發接收到的所有數據包的話，交換機就無法發揮其最佳化網路性能的作用，反而降低了數據的傳輸速度，增加了網路延遲。
除安裝位置之外，如果在那些負載較小，信息量較低的網路中也盲目添加交換機的話，同樣也可能起到負面影響。受數據包的處理時間、交換機的緩衝區大小以及需要重新生成新數據包等因素的影響，在這種情況下使用簡單的HUB要比交換機更為理想。因此，我們不能一概認為交換機就比HUB有優勢，尤其當用戶的網路並不擁擠，尚有很大的可利用空間時，使用HUB更能夠充分利用網路的現有資源。