乙太網交換機

乙太網交換機

乙太網交換機是基于乙太網傳輸資料的交換機,乙太網採用共享匯流排型傳輸媒體方式的區域網路。乙太網交換機的結構是每個連線埠都直接與主機相連,並且一般都工作在全雙工方式。交換機能同時連通許多對連線埠,使每一對相互通信的主機都能像獨佔通信媒體那樣,進行無沖突地傳輸資料。

  • 中文名稱
    乙太網交換機
  • 外文名稱
    Ethernet Switch
  • 功    能
    通訊
  • 類    別
    科技產品
  • 問世時間
    1990年
  • 作    用
    傳輸資料

概念

1990 年問世的交換式集線器(switching hub),可明顯地提高區域網路的性能。交換式集線器常稱為乙太網交換機(Ethernet Switch)或第二層交換機(表明此交換機工作在資料鏈路層)。

需要說明的是,這裏所指的"乙太網交換機"是指傳輸頻寬在100Mbps以下的交換機,下面我們還會要講到一種"快速乙太網交換機"、"千兆乙太網交換機"和"萬兆乙太網交換機"其實也是乙太網交換機,隻不過它們所採用的協定標準、或者傳輸介質不一樣,當然其接口形式也可能不一樣。

接口

乙太網包括三種網路接口:

RJ-45接口

這種接口套用最為普遍。因其適配線纜\傳輸介質製作簡單,傳輸速率快。支持的雙工工作方式齊全。

BNC

所用的傳輸介質為細同軸電纜,當前已不常見。不要以為一講乙太網就都是RJ-45接口的,隻不過雙絞線類型的RJ-45接口在網路設備中非常普遍而已。

AUI

所用的傳輸介質為粗同軸電纜。當前多是廣電寬頻採用同軸電纜作為網路傳輸介質,範圍不廣。為了在RJ-45接口的基礎上兼顧同軸電纜介質的網路連線,配上BNC或AUI接口。

套用

乙太網交換機套用最為普遍,價格也較便宜,檔次齊全。因此,套用領域非常廣泛,在大大小小的區域網路都可以見到它們的蹤影。乙太網交換機通常都有幾個到幾十個連線埠,實質上就是一個多連線埠的網橋。另外,它的連線埠速率可以不同,工作方式也可以不同,如可以提供10M、100M的頻寬、提供半雙工、全雙工、自適應的工作方式等。

特點

1、乙太網交換機的每個連線埠都直接與主機相連,並且一般都工作在全雙工方式。

2、交換機能同時連通許多對的連線埠,使每一對相互通信的主機都能像獨佔通信媒體那樣,進行無沖突地傳輸資料。

3、共享傳輸媒體的頻寬,對于普通10 Mb/s 的共享式乙太網,若共有N個使用者,則每個使用者佔有的平均頻寬隻有總頻寬(10 Mb/s)的N分之一。

涉及概念

Broadcast(廣播)

遞送報文分組的一種方式,按這種方式送出的報文分組將送到與傳送系統連通的廣播地址所覆蓋的所有電腦系統。

Collision(沖突)

多個事件同時請求一個服務,而這個服務又不能區分和應付多個請求所出現的現象。乙太網交換機使用CSMA/CD 處理沖突和協調重新傳輸。

Full-duplex(全雙工)

全雙工是在通道中同時雙向資料傳輸的能力。

Half-duplex(半雙工)

在通道中同時隻能沿著一個方向傳輸資料。

Stackable(堆疊)

堆疊是通過集線器的背板或是通過專用堆疊線纜連線起來的。堆疊後的數台集線器或交換機在邏輯上是一個被網管的設備。

Spanning tree(生成樹)

遵循IEEE803.1d 標準。當網路中出現環路時,該協定可以採用生成樹的演算法從邏輯上斷開其中一條連線,使其成為備份線路。當網路出現斷路時,該協定會自動啓動上述備份線路,確保網路正常工作。一種用于在網路中檢測環路並邏輯地阻塞冗餘路徑,以確保在任意兩個節點之間隻存在一條路徑的技術。為提高可靠性,網路中的設備間常需建立冗餘連線。但是乙太網的邏輯拓撲結構是星型或匯流排型的,因此鏈路中不允許出現環路。Spanning Tree 可以解決上述矛盾。

Uplink(級聯)

級聯是通過集線器(或交換機)的某個連線埠與其它集線器或交換機相連的,級聯後每台集線器或交換機在邏輯上仍是多個被網管的設備。通過級聯連線埠相連的設備不需要Cross-over 電纜。

工作原理

乙太網交換機工作于OSI網路參考模型的第二層(即資料鏈路層),是一種基于MAC(Media Access Control,介質訪問控製)地址識別、完成乙太網資料幀轉發的網路設備。

交換機上用于連結電腦或其他設備的插口稱作連線埠。電腦借助網卡通過網線連線到交換機的連線埠上。網卡、交換機和路由器的每個連線埠都具有一個MAC地址,由設備生產廠商固化在設備的EPROM中。MAC由IEEE負責分配,每個MAC地址都是全球唯一的。MAC地址是長度為48位的二進位,前24位由設備生產廠商標識符,後24位由生產廠商自行分配的序列號。

交換機在連線埠上接受電腦傳送過來的資料幀,根據幀頭的目的MAC地址查找MAC地址表然後將該資料幀從對應連線埠上轉發出去,從而實現資料交換。

交換機的工作過程可以概括為"學習、記憶、接收、查表、轉發"等幾個方面:通過"學習"可以了解到每個連線埠上所連線設備的MAC地址;將MAC地址與連線埠編號的對應關系"記憶"在記憶體中,生產MAC地址表;從一個連線埠"接收"到資料幀後,在MAC地址表中"查找"與幀頭中目的MAC地址相對應的連線埠編號,然後,將資料幀從查到的連線埠上"轉發"出去。

交換機分割沖突域,每個連線埠獨立成一個沖突域。每個連線埠如果有大量資料傳送,則連線埠會先將收到的等待傳送的資料存儲到暫存器中,在輪到傳送時再傳送出去。

轉發方式

1. 直通轉發(cut-through switching )

2. 存儲轉發(Store-and-Forward switching)

3. 無碎片轉發(segment-free switching)

無論是直通轉發還是存儲轉發都是一種二層的轉發方式,而且它們的轉發策略都是基于 目的MAC(DMAC)的,在這一點上這兩種轉發方式沒有區別。第三種方法主要是第一種"直通轉發"的變形。

它們之間的最大區別在于,它們何時去處理轉發,也就是交換機怎樣去處理封包的接收進程和轉發進程的關系。

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