交換式技術發(fā)展過程

以太網(wǎng)交換機，英文為SWITCH，也有人翻譯為開關，交換器或稱交換式集線器。我們首先回顧一下局域網(wǎng)的發(fā)展過程。

計算機技術與通信技術的結合促進了計算機局域網(wǎng)絡的飛速發(fā)展，從六十年代末ALOHA的出現(xiàn)到九十年代中期1000MBPS交換式以太網(wǎng)的登臺亮相，短短的三十年間經(jīng)過了從單工到雙工，從共享到交換，從低速到高速， 從簡單到復雜，從昂貴到普及的飛躍。

八十年代中后期，由于通信量的急劇增加，促使技術的發(fā)展，使局域網(wǎng)的性能越來越高，最早的1MBPS的速率已廣泛地被今天的100BASE－T和100CG－ANYLAN替代，但是，傳統(tǒng)的媒體訪問方法都局限于使大量的站點共享對一個公共傳輸媒體的訪問， 既CSMA/CD。

九十年代初，隨著計算機性能的提高及通信量的聚增，傳統(tǒng)局域網(wǎng)已經(jīng)愈來愈超出了自身的負荷，交換式以太網(wǎng)技術應運而生，大大提高了局域網(wǎng)的性能。與現(xiàn)在基于網(wǎng)橋和路由器的共享媒體的局域網(wǎng)拓撲結構相比，網(wǎng)絡交換機能顯著的增加帶寬。交換技術的加入，就可以建立地理位置相對分散的網(wǎng)絡，使局域網(wǎng)交換機的每個端口可平行、安全、同時的互相傳輸信息，而且使局域網(wǎng)可以高度擴充。

從網(wǎng)橋、多端口網(wǎng)橋到交換機

局域網(wǎng)交換技術的發(fā)展要追溯到兩端口網(wǎng)橋。橋是一種存儲轉(zhuǎn)發(fā)設備，用來連接相似的局域網(wǎng)。從互聯(lián)網(wǎng)絡的結構看，橋是屬于DCE級的端到端的連接；從協(xié)議層次看，橋是在邏輯鏈路層對數(shù)據(jù)幀進行存儲轉(zhuǎn)發(fā)；與中繼器在第一層、路由器在第三層的功能相似。兩端口網(wǎng)橋幾乎是和以太網(wǎng)同時發(fā)展的。

以太網(wǎng)交換技術（SWITCH）是在多端口網(wǎng)橋的基礎上與九十年代初發(fā)展起來的，實現(xiàn)OSI模型的下兩層協(xié)議，與網(wǎng)橋有著千絲萬縷的關系，甚至被業(yè)界人士稱為"許多聯(lián)系在一起的網(wǎng)橋"，因此現(xiàn)在的交換式技術并不是什么新的標準，而是現(xiàn)有技術的新應用而已，是一種改進了的局域網(wǎng)橋，與傳統(tǒng)的網(wǎng)橋相比，它能提供更多的端口（4～88）、更好的性能、更強的管理功能以及更便宜的價格。現(xiàn)在某些局域網(wǎng)交換機也實現(xiàn)了OSI參考模型的第三層協(xié)議，實現(xiàn)簡單的路由選擇功能，目前很熱的第三層交換就是指此。以太網(wǎng)交換機又與電話交換機相似，除了提供存儲轉(zhuǎn)發(fā)（STORE ANG FORWORD）方式外還提供了其它的橋接技術，如：直通方式（CUT THROUGH）。

交換式以太網(wǎng)的工作原理

以太網(wǎng)交換機的原理很簡單，它檢測從以太端口來的數(shù)據(jù)包的源和目的地的MAC（介質(zhì)訪問層）地址，然后與系統(tǒng)內(nèi)部的動態(tài)查找表進行比較，若數(shù)據(jù)包的MAC層地址不在查找表中，則將該地址加入查找表中，并將數(shù)據(jù)包發(fā)送給相應的目的端口。

交換式以太網(wǎng)技術的優(yōu)點

交換式以太網(wǎng)不需要改變網(wǎng)絡其它硬件，包括電纜和用戶的網(wǎng)卡，僅需要用交換式交換機改變共享式HUB，節(jié)省用戶網(wǎng)絡升級的費用。

可在高速與低速網(wǎng)絡間轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)不同網(wǎng)絡的協(xié)同。目前大多數(shù)交換式以太網(wǎng)都具有100MBPS的端口，通過與之相對應的100MBPS的網(wǎng)卡接入到服務器上，暫時解決了10MBPS的瓶頸，成為網(wǎng)絡局域網(wǎng)升級時首選的方案。

它同時提供多個通道，比傳統(tǒng)的共享式集線器提供更多的帶寬，傳統(tǒng)的共享式10MBPS/100MPS以太網(wǎng)采用廣播式通信方式，每次只能在一對用戶間進行通信，如果發(fā)生碰撞還得重試，而交換式以太網(wǎng)允許不同用戶間進行傳送，比如，一個16端口的以太網(wǎng)交換機允許16個站點在8條鏈路間通信。 特別是在時間響應方面的優(yōu)點，使的局域網(wǎng)交換機倍受青睞。它以比路由器低的成本卻提供了比路由器寬的帶寬、高的速度，除非有上廣域網(wǎng)（WAN）的要求，否則，交換機有替代路由器的趨勢。

直通式（cut throuth），存儲轉(zhuǎn)發(fā)（store-and-forward）的比較

直通方式的以太網(wǎng)絡交換機可以理解為在各端口間是縱橫交叉的線路矩陣電話交換機。它在輸入端口檢測到一個數(shù)據(jù)包時，檢查該包的包頭，獲取包的目的地址，啟動內(nèi)部的動態(tài)查找表轉(zhuǎn)換成相應的輸出端口，在輸入與輸出交叉處接通，把數(shù)據(jù)包直通到相應的端口，實現(xiàn)交換功能。由于不需要存儲，延遲（LATENCY）非常小、交換非�？欤�這是它的優(yōu)點；它的缺點是：因為數(shù)據(jù)包的內(nèi)容并沒有被以太網(wǎng)交換機保存下來，所以無法檢查所傳送的數(shù)據(jù)包是否有誤，不能提供錯誤檢測能力，由于沒有緩存，不能將具有不同速率的輸入/輸出端口直接接通，而且，當以太網(wǎng)絡交換機的端口增加時，交換矩陣變的越來越復雜，實現(xiàn)起來相當困難。

存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式是計算機網(wǎng)絡領域應用最為廣泛的方式，它把輸入端口的數(shù)據(jù)包先存儲起來，然后進行CRC檢查，在對錯誤包處理后才取出數(shù)據(jù)包的目的地址，通過查找表轉(zhuǎn)換成輸出端口送出包。正因如此，存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式在數(shù)據(jù)處理時延時大，這是它的不足，單是它可以對進入交換機的數(shù)據(jù)包進行錯誤檢測，尤其重要的是它可以支持不同速度的輸入輸出端口間的轉(zhuǎn)換，保持高速端口與低速端口間的協(xié)同工作。 　

第二層和第三層交換及其與路由器方案的競爭

如前所述，局域網(wǎng)交換機是工作在OSI第二層的，可以理解為一個多端口網(wǎng)橋，因此傳統(tǒng)上稱為第二層交換；目前，交換技術已經(jīng)延伸到OSI第三層的部分功能，既所謂第三層交換，第三層交換可以不將廣播封包擴散，直接利用動態(tài)建立的MAC地址來通信，似乎可以看懂第三層的信息，如IP地址、ARP等， 具有多路廣播和虛擬網(wǎng)間基于IP、IPX等協(xié)議的路由功能，這方面功能的順利實現(xiàn)得力于專用集成電路（ASIC）的加入，把傳統(tǒng)的由軟件處理的指令改為ASIC芯片的嵌入式指令，從而加速了對包的轉(zhuǎn)發(fā)和過濾，使得高速下的線性路由和服務質(zhì)量都有了可靠的保證。目前，如果沒有上廣域網(wǎng)的需要，在建網(wǎng)方案中一般不再應用價格昂貴、帶寬有限的路由器。

虛擬局域網(wǎng)技術

交換技術的發(fā)展，允許區(qū)域分散的組織在邏輯上成為一個新的工作組，而且同一工作組的成員能夠改變其物理地址而不必重新配置節(jié)點，這就是用到所謂的虛擬局域網(wǎng)技術（VLAN）。用交換機建立虛擬網(wǎng)就是使原來的一個大廣播區(qū)（交換機的所有端口）邏輯的分為若干個"子廣播區(qū)"，在子廣播區(qū)里的廣播封包只會在該廣播區(qū)內(nèi)傳送，其它的廣播區(qū)是收不到的。VLAN通過交換技術將通信量進行有效分離，從而更好地利用帶寬，并可從邏輯的角度出發(fā)將實際的LAN基礎設施分割成多個子網(wǎng)，它允許各個局域網(wǎng)運行不同的應用協(xié)議和拓撲結構，對這部分詳細內(nèi)容感興趣的讀者可以參考IEEE802.10規(guī)定。