交換機(jī)百科，交換機(jī)科普
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目前，交換機(jī)在從源端口和目的端口傳輸數(shù)據(jù)包時(shí)通常使用三種包交換方法：直通交換、存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換和分段隔離模式。目前交換機(jī)的主流切換方式是存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)切換。
1、直通切換方式（cut-through）
使用直通交換的以太網(wǎng)交換機(jī)可以理解為每個(gè)端口之間具有垂直和水平交叉的線矩陣電話交換機(jī)。當(dāng)它在輸入端口檢測(cè)到數(shù)據(jù)包時(shí)，它會(huì)檢查數(shù)據(jù)包標(biāo)頭，檢索數(shù)據(jù)包的目標(biāo)地址，啟動(dòng)內(nèi)部動(dòng)態(tài)查找表將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的輸出端口，并連接輸入和輸出的交集。實(shí)現(xiàn)切換功能。切入法只檢查數(shù)據(jù)包的頭部（通常只有14字節(jié)），不需要存儲(chǔ)，因此具有低延遲和高交換速度的優(yōu)點(diǎn)。延遲是指數(shù)據(jù)包進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和離開設(shè)備所需的時(shí)間。
其缺點(diǎn)主要包括三個(gè)方面：一是以太網(wǎng)交換機(jī)不保存數(shù)據(jù)包的內(nèi)容，因此無(wú)法檢查傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包是否正確，不具備錯(cuò)誤檢測(cè)能力。因?yàn)闆](méi)有緩存所以不用輸入。由于不同速率的輸出端口直接相連，更容易出現(xiàn)丟包。當(dāng)連接到高速網(wǎng)絡(luò)（例如快速以太網(wǎng)(100BASE-T)、FDDI 或ATM 連接）時(shí)，您不能簡(jiǎn)單地“插入”輸入和輸出端口，因?yàn)樗鼈冎g存在速度差異。必須提供緩存。第三，隨著以太網(wǎng)交換機(jī)端口數(shù)量的增加，交換矩陣變得越來(lái)越復(fù)雜且難以實(shí)現(xiàn)。
2. 存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)
存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域中使用最廣泛的技術(shù)之一，其中以太網(wǎng)交換機(jī)的控制器首先緩存到達(dá)其輸入端口的數(shù)據(jù)包，并進(jìn)行糾正并排除沖突的數(shù)據(jù)包錯(cuò)誤。驗(yàn)證數(shù)據(jù)包正確后，獲取目標(biāo)地址，從查找表中找到要發(fā)送的輸出端口地址，然后發(fā)送數(shù)據(jù)包。為此，存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式存在數(shù)據(jù)處理延遲較大的缺點(diǎn)，但它可以檢測(cè)進(jìn)入交換機(jī)的數(shù)據(jù)包的錯(cuò)誤，也可以處理不同速度的輸入和輸出端口之間的切換。這樣可以有效提高網(wǎng)絡(luò)性能。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是這種切換方法支持不同速度端口之間的轉(zhuǎn)換，并保持高速和低速端口一起工作。實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)的方法是存儲(chǔ)10Mbps 的低速數(shù)據(jù)包，并以100Mbps 的速率將它們轉(zhuǎn)發(fā)到端口。
3.無(wú)碎片
這是介于直通和存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)之間的解決方案。轉(zhuǎn)發(fā)前檢查數(shù)據(jù)包的長(zhǎng)度是否為64字節(jié)（512位），如果小于64字節(jié)，則將該數(shù)據(jù)包作為假包（或殘留幀）丟棄，如果小于64字節(jié)，則丟棄數(shù)據(jù)包。馬蘇。如果長(zhǎng)度超過(guò)64 字節(jié)，請(qǐng)發(fā)送包。數(shù)據(jù)處理速度比存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)法快，但比直通法慢，但由于可以避免轉(zhuǎn)發(fā)殘留幀而廣泛應(yīng)用于低端交換機(jī)。
使用這種類型的交換技術(shù)的交換機(jī)通常使用特殊的高速緩存。該緩存是先進(jìn)先出FIFO（先進(jìn)先出），這意味著位以相同的順序從一端進(jìn)入并從另一端出來(lái)。當(dāng)接收到幀時(shí)，將其存儲(chǔ)在FIFO 中。如果幀最終長(zhǎng)度小于512 位，則FIFO 的內(nèi)容（幀的其余部分）將被丟棄。因此，不存在普通直通轉(zhuǎn)發(fā)交換機(jī)存在的殘留幀轉(zhuǎn)發(fā)問(wèn)題，是一個(gè)非常好的解決方案。數(shù)據(jù)包在傳輸前進(jìn)行緩存存儲(chǔ)，防止沖突碎片在網(wǎng)絡(luò)中擴(kuò)散，大大提高網(wǎng)絡(luò)傳輸效率。
交換機(jī)：背板帶寬
交換機(jī)背板帶寬是交換機(jī)接口處理器或接口卡與數(shù)據(jù)總線之間可以吞吐量的最大數(shù)據(jù)量。背板帶寬代表交換機(jī)的總數(shù)據(jù)交換能力。以Gbps（也稱為交換帶寬）為單位測(cè)量。典型的交換機(jī)背板帶寬范圍從幾Gbps 到數(shù)百Gbps。交換機(jī)的背板帶寬越大，其數(shù)據(jù)處理能力就越強(qiáng)，但設(shè)計(jì)成本也越高。
一般計(jì)算方法是：
1) 線速背板帶寬
檢查交換機(jī)上所有端口提供的總帶寬。計(jì)算公式為：端口數(shù)*對(duì)應(yīng)端口速率*2（全雙工模式），其中總帶寬標(biāo)稱背板帶寬，則背板帶寬即為線速。
2）第2層數(shù)據(jù)包傳輸線速度
第2 層數(shù)據(jù)包傳輸速率=千兆端口數(shù)交換時(shí)可以達(dá)到的線路速度。
3）第3層數(shù)據(jù)包傳輸線速度
第3 層數(shù)據(jù)包傳輸速率=千兆端口數(shù)交換時(shí)可以達(dá)到的線路速度。
那么我們是如何達(dá)到1.488Mpps 的呢？
數(shù)據(jù)包傳輸線速度指標(biāo)基于每單位時(shí)間發(fā)送的64 字節(jié)數(shù)據(jù)包（最小數(shù)據(jù)包）的數(shù)量。
對(duì)于千兆以太網(wǎng)，計(jì)算如下： 1,000,000,000bps/8 位/(64+8+12) 字節(jié)=1,488,095pps 注意：如果您的以太網(wǎng)幀是64 字節(jié)，則必須將8 字節(jié)幀頭和12 字節(jié)幀間隙視為固定開銷。因此，線速千兆以太網(wǎng)端口在傳輸64字節(jié)數(shù)據(jù)包時(shí)，數(shù)據(jù)包傳輸速率為1.488Mpps。快速以太網(wǎng)統(tǒng)一速度端口的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)速率僅為千兆以太網(wǎng)148.8mpps 的十分之一。
對(duì)于10G以太網(wǎng)，線速端口的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)率為14.88Mpps。
對(duì)于千兆以太網(wǎng)，線速端口的數(shù)據(jù)包傳輸率為1.488Mpps。
對(duì)于快速以太網(wǎng)，線速端口的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)率為0.1488Mpps。
對(duì)于OC-12 POS端口，線速端口包轉(zhuǎn)發(fā)率為1.17Mpps。
對(duì)于OC-48 POS端口，線速端口包轉(zhuǎn)發(fā)率為468MppS。
因此，如果滿足以上三個(gè)條件，那么開關(guān)才是真正的線性、無(wú)阻塞的。
背板帶寬資源利用率與交換機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。目前，交換機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要包括：首先，共享內(nèi)存結(jié)構(gòu)依賴中央交換引擎提供全端口、高性能連接，以及檢查每個(gè)輸入數(shù)據(jù)包以做出路由決策的核心引擎。這種方式需要較大的內(nèi)存帶寬，管理成本較高，特別是隨著交換機(jī)端口數(shù)量的增加，中央內(nèi)存的價(jià)格變得非常高，因此交換機(jī)核心成為實(shí)現(xiàn)性能的瓶頸。端口之間的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接，對(duì)于單點(diǎn)傳輸有良好的性能，但不適合多點(diǎn)傳輸。三是混合交叉巴士結(jié)構(gòu)。 -Overbus實(shí)現(xiàn)其設(shè)計(jì)理念是將交叉總線矩陣劃分為更小的交叉矩陣，并通過(guò)中央高性能總線將它們連接起來(lái)。這樣做的好處是交叉總線少、成本低、總線爭(zhēng)用少，但連接交叉矩陣的總線成為新的性能瓶頸。
交換機(jī)：端口號(hào)
交換機(jī)設(shè)備上的端口數(shù)量是對(duì)交換機(jī)最直觀的衡量。此參數(shù)通常適用于固定端口交換機(jī)。常見(jiàn)的標(biāo)準(zhǔn)固定端口交換機(jī)端口號(hào)有8、12、16、24、48等。非標(biāo)準(zhǔn)端口號(hào)主要有4口、5口、10口、12口、20口、22口、32口等。
固定端口交換機(jī)雖然價(jià)格相對(duì)便宜，但其提供的端口數(shù)量和接口類型有限，因此在可連接的用戶數(shù)量和可使用的傳輸介質(zhì)方面有一定的限制。這種類型的交換機(jī)廣泛應(yīng)用于工作組中，通常適用于小型網(wǎng)絡(luò)和桌面交換環(huán)境。