集線器、交換機(jī)、

MAC

地址、背板帶寬

集線器、交換機(jī)、

MAC

地址、背板帶寬

一、交換機(jī)的工作原理

交換機(jī)是一種基于MAC（網(wǎng)卡的硬件地址）識別，能完成封裝轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包功能的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，交換機(jī)正如它的名字一樣采用的是交換的工作模式，它可以“學(xué)習(xí)”網(wǎng)絡(luò)中各個終端的Mac 地址，并把其存放在內(nèi)部的MAC地址表中，通過在數(shù)據(jù)幀的始發(fā)者和目標(biāo)接收者之間建立臨時的交換路徑，使數(shù)據(jù)幀直接由源地址到達(dá)目的地址。

在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，交換工作模式的提出是相對于對共享工作模式的改進(jìn)，我們知道集線器（hub）是一種共享介質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,而且集線器（hub）本身不能識別目的地址，是采用廣播的方式向所有節(jié)點(diǎn)發(fā)送，然后由每一個節(jié)點(diǎn)上的終端通過驗證數(shù)據(jù)包頭的地址信息來確定是否接收，在這種方式下很容易造成網(wǎng)絡(luò)堵塞，因為接收數(shù)據(jù)的只有一個節(jié)點(diǎn)終端，而向所有的節(jié)點(diǎn)都發(fā)送數(shù)據(jù)，那么絕大多數(shù)的數(shù)據(jù)流是無效的，這樣就造成網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳輸效率很低，而且由于發(fā)送的數(shù)據(jù)每個節(jié)點(diǎn)都會接收到，就可能導(dǎo)致不安全的因素產(chǎn)生。

交換機(jī)擁有一條很高很快的背部總線和內(nèi)部交換矩陣。交換機(jī)的所有端口均掛接在這條背部總線上，當(dāng)控制電路接收到數(shù)據(jù)包后，處理端口會查找內(nèi)存中的MAC地址對照表以確定目的MAC地址的網(wǎng)卡接在哪個端口上，通過內(nèi)部交換矩陣直接將數(shù)據(jù)包傳送到目的端口，而不是所有端口，如果目的MAC地址不存在，則廣播到所有的端口，交換機(jī)的這種工作方式較于集線器來說不但效率高，不浪費(fèi)網(wǎng)絡(luò)資源，因為它只是對目的地址傳輸數(shù)據(jù)，不容易造成網(wǎng)絡(luò)堵塞，而且安全系數(shù)高，發(fā)送數(shù)據(jù)是其他節(jié)點(diǎn)很難偵聽到所發(fā)送的信息。這也是交換機(jī)能很快取代集線器的重要原因之一。

交換機(jī)的另一個重要特點(diǎn)是它不像集線器一樣每個端口共享帶寬，它的每一個端口都是共享一部分交換機(jī)的總帶寬，這樣在速率上就對每個端口有個根本的保障。這樣交換機(jī)就可以在同一時刻進(jìn)行多個端口之間數(shù)據(jù)傳輸，每個端口都視為獨(dú)立的網(wǎng)段，享有獨(dú)立固定的帶寬。無需同其他設(shè)備競爭使用。比方說現(xiàn)在使用的8端口10Mbps以太網(wǎng)交換機(jī)，當(dāng)數(shù)據(jù)流量較大時，它的總流量可達(dá)到8*10Mbps=80Mbps,而使用10Mbps的共享式hub是，因為共享機(jī)制，使得每一時刻只能有一個端口通信，那即使數(shù)據(jù)流再多，總流量也不會超過10Mbps,如果使用16端口，24端口時情況會更加明顯。

總之，交換機(jī)的目的是使得傳輸效率更高，它根據(jù)MAC地址來進(jìn)行判斷，決定數(shù)據(jù)幀該送到目的地址的連接端口，而不打擾其他不相干的連接端口，如果內(nèi)存中的地址表中不包含目的MAC地址，交換機(jī)則會向所有端口廣播這個數(shù)據(jù)包，找到后再將這個MAC地址加入到自己的MAC地址表中，這樣下次發(fā)送到這個地址時便不會發(fā)錯，交換機(jī)的這個功能就稱為“MAC地址學(xué)習(xí)”功能。

二、交換機(jī)的選型方法

交換機(jī)的選型依據(jù)：

1、 Vlan類型和數(shù)量

一個交換機(jī)支持越多的VLAN類型和數(shù)量將更加方便的進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞脑O(shè)計與實現(xiàn)。

2、 端口數(shù)量及類型

不同的需求情況有不同的應(yīng)用，需要按情況而定。

3、 是否有支持網(wǎng)絡(luò)管理的協(xié)議和方法

網(wǎng)吧交換機(jī)的網(wǎng)管功能可以使用管理軟件來管理、配置交換機(jī)，比如可通過Telnet、SNMP、RMON等管理。

4、 是否支持堆疊

當(dāng)用戶量提高后，堆疊就顯得非常重要了。一般公司擴(kuò)展交換機(jī)端口的方法為一臺主交換機(jī)各端口下連接分交換機(jī)的級聯(lián)方式，這種方式里分交換機(jī)與主交換機(jī)之間的最大傳輸速率只有100M，極大的影響了交換性能，，而采用專用堆疊模塊和堆疊總線進(jìn)行堆疊方式，不占用網(wǎng)絡(luò)端口；多臺交換機(jī)堆疊后，具有足夠的系統(tǒng)帶寬，從而保證堆疊后每個端口仍能達(dá)到線速交換，Vlan不受影響。

5、背板帶寬、交換吞吐量。

背板帶寬及吞吐量真正決定著網(wǎng)絡(luò)的實際性能，不管交換機(jī)再多，管理再方便，吞吐量不夠，網(wǎng)絡(luò)只會擁堵不堪。

5.1背板帶寬是交換機(jī)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。交換機(jī)機(jī)箱內(nèi)部背后設(shè)置的大量的銅線，而背板帶寬指的是這些銅線提供的帶寬，與背板帶寬有關(guān)的，是背板銅線部署的多少；交換容量是實際業(yè)務(wù)板卡與交換引擎之間的連接帶寬，真正標(biāo)志了交換機(jī)總的數(shù)據(jù)交換能力，與交換容量有關(guān)的，是業(yè)務(wù)插槽與管理引擎上的交換芯片，交換容量是決定交換機(jī)性能轉(zhuǎn)發(fā)的主要因素。

所有單端口容量*端口數(shù)量之和的2倍<< span="">背板帶寬，才可以實現(xiàn)全雙工無阻塞交換。

5.2 滿配置吞吐量(Mpps)=滿配置GE端口數(shù)×1.488Mpps,其中1個千兆端口在包長為64字節(jié)時的理論吞吐量為1.488Mpps。例如:1臺最多能夠提供64個千兆端口的交換機(jī)，其滿配置吞吐量應(yīng)達(dá)到 64×1.488Mpps = 95.2Mpps，才能夠確保在任何端口均線速工作時，提供無阻塞的包交換。假如一臺交換機(jī)最多能夠提供176個千兆端口，而宣稱的吞吐量為不到 261.8Mpps(176 x 1.488Mpps = 261.8)，那么用戶有理由認(rèn)為該交換機(jī)采用的是有阻塞的結(jié)構(gòu)設(shè)計。

1.488的由來：包轉(zhuǎn)發(fā)線速的衡量標(biāo)準(zhǔn)是以單位時間內(nèi)發(fā)送64byte的數(shù)據(jù)包（最小包）的個數(shù)作為計算基準(zhǔn)的。

計算方法如下：一個數(shù)據(jù)包的實際長度為(64＋8＋12)byte=(512+64+96)bit=672bit,說明：當(dāng)以太網(wǎng)幀為64byte時，需考慮8byte的幀頭和12byte的幀間隙的固定開銷。故一個線速的千兆以太網(wǎng)端口在轉(zhuǎn)發(fā)64byte包時的包轉(zhuǎn)發(fā)率為1.488095Mpps=1000Mbit/s/672bit。快速以太網(wǎng)的線速端口包轉(zhuǎn)發(fā)率正好為千兆以太網(wǎng)的十分之一，為0.1488095Mpps=100Mbit/s/672bit。

對于千兆以太網(wǎng)，一個線速端口的包轉(zhuǎn)發(fā)率為1.488Mpps；

對于百兆以太網(wǎng)，一個線速端口的包轉(zhuǎn)發(fā)率為0.1488Mpps；

5.3典型的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計會采用過載的設(shè)計模式

過載設(shè)計的規(guī)則：

接入層到匯聚層--過載率：10:1到20:1

匯聚層到核心層--過載率：2:1到4:1

服務(wù)器群--過載率：1:1到4:1

北京邁森關(guān)于某項目設(shè)計的拓?fù)鋱D：

北京邁森工業(yè)交換機(jī)產(chǎn)品展示：

MS5A系列非網(wǎng)管型工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)，支持5個百兆口（最多支持2個光口）。導(dǎo)軌安裝，24V/220V電壓可選，寬電壓范圍輸入，并提供過載和反接保護(hù)。

MS6024MC系列千兆網(wǎng)管型機(jī)架式工業(yè)級以太網(wǎng)交換機(jī)，滿足IEC61850-3標(biāo)準(zhǔn)并符合國網(wǎng)A級標(biāo)準(zhǔn)，最多支持24個百兆口（最多支持24個光口），并可配置4個千兆SFP模塊。