一、概述
交換技術(shù)是一個(gè)具有簡化、低價(jià)、高性能和高端口密集特點(diǎn)的交換產(chǎn)品，體現(xiàn)了橋接技術(shù)的復(fù)雜交換技術(shù)在OSI參考模型的第二層*作。與橋接器一樣，交換機(jī)按每一個(gè)包中的MAC地址相對簡單地決策信息轉(zhuǎn)發(fā)。而這種轉(zhuǎn)發(fā)決策一般不考慮包中隱藏的更深的其他信息。與橋接器不同的是交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)延遲很小，*作接近單個(gè)局域網(wǎng)性能，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了普通橋接互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)之間的轉(zhuǎn)發(fā)性能。
交換技術(shù)允許共享型和專用型的局域網(wǎng)段進(jìn)行帶寬調(diào)整，以減輕局域網(wǎng)之間信息流通出現(xiàn)的瓶頸問題。現(xiàn)在已有以太網(wǎng)、快速以太網(wǎng)、FDDI和ATM技術(shù)的交換產(chǎn)品。
交換機(jī)能經(jīng)濟(jì)地將網(wǎng)絡(luò)分成小的沖突網(wǎng)域，為每個(gè)工作站提供更高的帶寬。協(xié)議的透明性使得交換機(jī)在軟件配置簡單的情況利用專門設(shè)計(jì)的集成電路可使交換機(jī)以線路速率在所有的端口并行轉(zhuǎn)發(fā)信息，提供了比傳統(tǒng)橋接器高得多的*作性能。專用集成電路技術(shù)使得交換器在更多端口的情況下以上述性能運(yùn)行，其端口造價(jià)低于傳統(tǒng)型橋接器。
二、三種交換技術(shù)
1.端口交換
端口交換技術(shù)最早出現(xiàn)在插槽式的集線器中，這類集線器的背板通常劃分有多條以太網(wǎng)段(每條網(wǎng)段為一個(gè)廣播域)，不用網(wǎng)橋或路由連接，網(wǎng)絡(luò)之間是互不相通的。以大主模塊插入后通常被分配到某個(gè)背板的網(wǎng)段上，端口交換用于將以太模塊的端口在背板的多個(gè)網(wǎng)段之間進(jìn)行分配、平衡。根據(jù)支持的程度，端口交換還可細(xì)分為：
模塊交換：將整個(gè)模塊進(jìn)行網(wǎng)段遷移。
端口組交換：通常模塊上的端口被劃分為若干組，每組端口允許進(jìn)行網(wǎng)段遷移。
端口級交換：支持每個(gè)端口在不同網(wǎng)段之間進(jìn)行遷移。這種交換技術(shù)是基于OSI第一層上完成的，具有靈活性和負(fù)載平衡能力等優(yōu)點(diǎn)。如果配置得當(dāng)，那么還可以在一定程度進(jìn)行客錯(cuò)，但沒有改變共享傳輸介質(zhì)的特點(diǎn)，自而未能稱之為真正的交換。
2.幀交換
幀交換是目前應(yīng)用最廣的局域網(wǎng)交換技術(shù)，它通過對傳統(tǒng)傳輸媒介進(jìn)行微分段，提供并行傳送的機(jī)制，以減小沖突域，獲得高的帶寬。一般來講每個(gè)公司的產(chǎn)品的實(shí)現(xiàn)技術(shù)均會(huì)有差異，但對網(wǎng)絡(luò)幀的處理方式一般有以下幾種：
直通交換：提供線速處理能力，交換機(jī)只讀出網(wǎng)絡(luò)幀的前14個(gè)字節(jié)，便將網(wǎng)絡(luò)幀傳送到相應(yīng)的端口上。
存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)：通過對網(wǎng)絡(luò)幀的讀取進(jìn)行驗(yàn)錯(cuò)和控制。
前一種方法的交換速度非常快，但缺乏對網(wǎng)絡(luò)幀進(jìn)行更高級的控制，缺乏智能性和安全性，同時(shí)也無法支持具有不同速率的端口的交換。因此，各廠商把后一種技術(shù)作為重點(diǎn)。
有的廠商甚至對網(wǎng)絡(luò)幀進(jìn)行分解，將幀分解成固定大小的信元，該信元處理極易用硬件實(shí)現(xiàn)，處理速度快，同時(shí)能夠完成高級控制功能(如美國MADGE公司的LET集線器)如優(yōu)先級控制。
3.信元交換
ATM技術(shù)代表了網(wǎng)絡(luò)和通訊技術(shù)發(fā)展的未來方向，也是解決目前網(wǎng)絡(luò)通信中眾多難題的一劑“良藥”，ATM采用固定長度53個(gè)字節(jié)的信元交換。由于長度固定，因而便于用硬件實(shí)現(xiàn)。ATM采用專用的非差別連接，并行運(yùn)行，可以通過一個(gè)交換機(jī)同時(shí)建立多個(gè)節(jié)點(diǎn)，但并不會(huì)影響每個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的通信能力。ATM還容許在源節(jié)點(diǎn)和目標(biāo)、節(jié)點(diǎn)建立多個(gè)虛擬鏈接，以保障足夠的帶寬和容錯(cuò)能力。ATM采用了統(tǒng)計(jì)時(shí)分電路進(jìn)行復(fù)用，因而能大大提高通道的利用率。ATM的帶寬可以達(dá)到25M、155M、622M甚至數(shù)Gb的傳輸能力。
三、局域網(wǎng)交換機(jī)的種類和選擇
局域網(wǎng)交換機(jī)根據(jù)使用的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以分為：
以大網(wǎng)交換機(jī)；
令牌環(huán)交換機(jī)；
FDDI交換機(jī)；
ATM交換機(jī)；
快速以太網(wǎng)交換機(jī)等。
如果按交換機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域來劃分，可分為：
臺(tái)式交換機(jī)；
工作組交換機(jī)；
主干交換機(jī)；
企業(yè)交換機(jī)；
分段交換機(jī)；
端口交換機(jī)；
網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)等。
局域網(wǎng)交換機(jī)是組成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的核心設(shè)備。對用戶而言，局域網(wǎng)交換機(jī)最主要的指標(biāo)是端口的配置、數(shù)據(jù)交換能力、包交換速度等因素。因此，在選擇交換機(jī)時(shí)要注意以下事項(xiàng)：
(1)交換端口的數(shù)量；
(2)交換端口的類型；
(3)系統(tǒng)的擴(kuò)充能力；
(4)主干線連接手段；
(5)交換機(jī)總交換能力；
(6)是否需要路由選擇能力；
(7)是否需要熱切換能力；
(8)是否需要容錯(cuò)能力；
(9)能否與現(xiàn)有設(shè)備兼容，順利銜接；
(10)網(wǎng)絡(luò)管理能力。
四、交換機(jī)應(yīng)用中幾個(gè)值得注意的問題
1.交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的瓶頸問題
交換機(jī)本身的處理速度可以達(dá)到很高，用戶往往迷信廠商宣傳的Gbps級的高速背板。其實(shí)這是一種誤解，連接入網(wǎng)的工作站或服務(wù)器使用的網(wǎng)絡(luò)是以大網(wǎng)，它遵循CSMA/CD介質(zhì)訪問規(guī)則。在當(dāng)前的客戶/服務(wù)器模式的網(wǎng)絡(luò)中多臺(tái)工作站會(huì)同時(shí)訪問服務(wù)器，因此非常容易形成服務(wù)器瓶頸。有的廠商已經(jīng)考慮到這一點(diǎn)，在交換機(jī)中設(shè)計(jì)了一個(gè)或多個(gè)高速端口(如3COM的Linkswitch1000可以配置一個(gè)或兩個(gè)100Mbps端口)，方便用戶連接服務(wù)器或高速主干網(wǎng)。用戶也可以通過設(shè)計(jì)多臺(tái)服務(wù)器(進(jìn)行業(yè)務(wù)劃分)或追加多個(gè)網(wǎng)卡來消除瓶頸。交換機(jī)還可支持生成樹算法，方便用戶架構(gòu)容錯(cuò)的冗余連接。
2.網(wǎng)絡(luò)中的廣播幀
目前廣泛使用的網(wǎng)絡(luò)*作系統(tǒng)有Netware、Windows NT等，而Lan Server的服務(wù)器是通過發(fā)送網(wǎng)絡(luò)廣播幀來向客戶機(jī)提供服務(wù)的。這類局域網(wǎng)中廣播包的存在會(huì)大大降低交換機(jī)的效率，這時(shí)可以利用交換機(jī)的虛擬網(wǎng)功能(并非每種交換機(jī)都支持虛擬網(wǎng))將廣播包限制在一定范圍內(nèi)。
每臺(tái)文交換機(jī)的端口都支持一定數(shù)目的MAC地址，這樣交換機(jī)能夠“記憶”住該端口一組連接站點(diǎn)的情況，廠商提供的定位不同的交換機(jī)端口支持MAC數(shù)也不一樣，用戶使用時(shí)一定要注意交換機(jī)端口的連接端點(diǎn)數(shù)。如果超過廠商給定的MAC數(shù)，交換機(jī)接收到一個(gè)網(wǎng)絡(luò)幀時(shí)，只有其目的站的MAC地址不存在于該交換機(jī)端口的MAC地址表中，那么該幀會(huì)以廣播方式發(fā)向交換機(jī)的每個(gè)端口。
3.虛擬網(wǎng)的劃分
虛擬網(wǎng)是交換機(jī)的重要功能，通常虛擬網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)形式有三種：
(1)靜態(tài)端口分配
靜態(tài)虛擬網(wǎng)的劃分通常是網(wǎng)管人員使用網(wǎng)管軟件或直接設(shè)置交換機(jī)的端口，使其直接從屬某個(gè)虛擬網(wǎng)。這些端口一直保持這些從屬性，除非網(wǎng)管人員重新設(shè)置。這種方法雖然比較麻煩，但比較安全，容易配置和維護(hù)。
(2)動(dòng)態(tài)虛擬網(wǎng)
支持動(dòng)態(tài)虛擬網(wǎng)的端口，可以借助智能管理軟件自動(dòng)確定它們的從屬。端口是通過借助網(wǎng)絡(luò)包的MAC地址、邏輯地址或協(xié)議類型來確定虛擬網(wǎng)的從屬。當(dāng)一網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)剛連接入網(wǎng)時(shí)，交換機(jī)端口還未分配，于是交換機(jī)通過讀取網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的MAC地址動(dòng)態(tài)地將該端口劃入某個(gè)虛擬網(wǎng)。這樣一旦網(wǎng)管人員配置好后，用戶的計(jì)算機(jī)可以靈活地改變交換機(jī)端口，而不會(huì)改變該用戶的虛擬網(wǎng)的從屬性，而且如果網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)未定義的MAC地址，則可以向網(wǎng)管人員報(bào)警。
(3)多虛擬網(wǎng)端口配置
該配置支持一用戶或一端口可以同時(shí)訪問多個(gè)虛擬網(wǎng)。這樣可以將一臺(tái)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器配置成多個(gè)業(yè)務(wù)部門(每種業(yè)務(wù)設(shè)置成一個(gè)虛擬網(wǎng))都可同時(shí)訪問，也可以同時(shí)訪問多個(gè)虛擬網(wǎng)的資源，還可讓多個(gè)虛擬網(wǎng)間的連接只需一個(gè)路由端口即可完成。但這樣會(huì)帶來安全上的隱患。虛擬網(wǎng)的業(yè)界規(guī)范正在制定當(dāng)中，因而各個(gè)公司的產(chǎn)品還談不上互*作性。Cisco公司開發(fā)了Inter-Switch Link(ISL)虛擬網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，該協(xié)議支持跨骨干網(wǎng)(ATM、FDDI、Fast Ethernet)的虛擬網(wǎng)。但該協(xié)議被指責(zé)為缺乏安全性上的考慮。傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中使用了大量的共享式Hub，通過靈活接入計(jì)算機(jī)端口也可以獲得好的效果。
4.高速局域網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用
快速以太網(wǎng)技術(shù)雖然在某些方面與傳統(tǒng)以大網(wǎng)保持了很好的兼容性，但100BASE-TX、100BASAE-T4及100BASE-FX對傳輸距離和級連都有了比較大的限制。通過100Mbps的交換機(jī)可以打破這些局限。同時(shí)也只有交換機(jī)端口才可以支持雙工高速傳輸。
目前也出現(xiàn)了CDDI/FDDI的交換技術(shù)，另外該CDDI/FDDI的端口價(jià)格也呈下降趨勢，同時(shí)在傳輸距離和安全性方面也有比較大的優(yōu)勢，因此它是大型網(wǎng)絡(luò)骨干的一種比較好的選擇。
3COM的主要交換產(chǎn)品有Linkswitch系列和LANplex系列；BAY的主要交換產(chǎn)品有LattisSwitch2800，BAY stack workgroup、System3O00/5000(提供某些可選交換模塊)；Cisco的主要交換產(chǎn)品有Catalyst 1000/2000/3000/5000系列。
三家公司的產(chǎn)品形態(tài)看來都有相似之處，產(chǎn)品的價(jià)格也比較接近，除了設(shè)計(jì)中要考慮網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的具體需要(強(qiáng)調(diào)端口的搭配合理)外，還需從整體上考慮，例如網(wǎng)管、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用等。隨著ATM技術(shù)的發(fā)展和成熟以及市場競爭的加劇，幀交換機(jī)的價(jià)格將會(huì)進(jìn)一步下跌，它將成為工作組網(wǎng)的重要解決方案。
