交換機內(nèi)部結(jié)構(gòu)

　　目前交換機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要有以下幾種：

　　1．共享內(nèi)存式結(jié)構(gòu)

　　該結(jié)構(gòu)依賴于中心局域網(wǎng)交換機引擎所提供的全端口的高性能連接，并由核心引擎完成檢查每個輸入包來決定連接路由。這種方式需要很大的內(nèi)存帶寬和很高的管理費用，尤其是隨著局域網(wǎng)交換機端口的增加，需要內(nèi)存容量更大，速度也更快，中央內(nèi)存的價格就變得很高，從而使得局域網(wǎng)交換機內(nèi)存成為性能實現(xiàn)的主要瓶頸。

　　2．交叉總線式結(jié)構(gòu)

　　交叉總線式結(jié)構(gòu)可在端口間建立直接的點對點連接，這種結(jié)構(gòu)對于簡單的單點式（Unicast）信息傳輸來講性能很好，但并不適合點對多點的廣播式傳輸。由于實際網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用環(huán)境中，廣播和多播傳輸方式很常見，所以這種標準的交叉總線方式會帶來一些傳輸問題。例如，當端口A向端口D傳輸數(shù)據(jù)時，端口B和端口C就只能等待。而當端口A向所有端口廣播消息時，就可能會引起目標端口的排隊等候。這樣將會消耗掉系統(tǒng)大量帶寬，從而影響局域網(wǎng)交換機傳輸性能。而且要連接N個端口，就需要N×（N+1）條交叉總線，因而實現(xiàn)成本也會隨著端口數(shù)量的增加而急劇上升。

　　3．混合交叉總線式結(jié)構(gòu)

　　鑒于標準交叉總線存在的缺陷，一種混合交叉總線實現(xiàn)方式被提了出來。該方式的設(shè)計思路是將一體的交叉總線矩陣劃分成小的交叉矩陣，中間通過一條高性能總線連接。該結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是減少了交叉總線數(shù)，降低了成本，還減少了總線爭用。但連接交叉矩陣的總線成為新的性能瓶頸。

　　4．環(huán)形總線式結(jié)構(gòu)

　　這種結(jié)構(gòu)方式在一個環(huán)內(nèi)最多可支持四個交換引擎，并且允許不同速度的交換矩陣互連，以及環(huán)與環(huán)間通過交換引擎連接。由于采用環(huán)形結(jié)構(gòu)，所以很容易聚集帶寬。當端口數(shù)增加的時候，帶寬就相應(yīng)增加了。與前述幾種結(jié)構(gòu)不同的是，該結(jié)構(gòu)方式有獨立的一條控制總線，用于搜集總線狀態(tài)、處理路由、流量控制和清理數(shù)據(jù)總線。另外，在環(huán)形總線上可以加入管理模塊，提供完整的SNMP管理特性。同時還可以根據(jù)需要選用第三層交換功能。這種結(jié)構(gòu)的最大優(yōu)點就是擴展能力強，實現(xiàn)成本低，而且有效地避免了系統(tǒng)擴展時造成的總線瓶頸。

　　交換機的基本組成

　　1、交換機的外部構(gòu)造：

　　前面板上的多個RJ45接口是以太網(wǎng)口，用來連接計算機或其他交換機。

　　后面板或前面板上的串口是交換機的配置口，用串口線纜將其與計算機的串口連接起來，可實現(xiàn)對交換機的配置操作。也有的交換機的配置口位于前面板上。

　　面板上有若干指示燈，其亮、滅或閃爍可以反映交換機的工作狀態(tài)是否正常。

　　此外還有電源插口、電源開關(guān)等。

　　可上機架（柜）式交換機的標準長度為48.26cm（19in）。

　　2、交換機的內(nèi)部構(gòu)造：

　　交換機的內(nèi)部組成為：

　　CPU （中央處理器）：交換機使用特殊用途集成電路芯片ASIC，以實現(xiàn)高速的數(shù)據(jù)傳輸。

　　RAM/DRAM：主存儲器，存儲運行配置。

　　NVRAM（非易失性RAM）：存儲備份配置文件等。

　　FlashROM（快閃存儲器）：存儲系統(tǒng)軟件映像文件等。是可擦可編程的ROM。

　　ROM：存儲開機診斷程序、引導(dǎo)程序和操作系統(tǒng)軟件。

　　接口電路：交換機各端口的內(nèi)部電路。

　　交換機的工作原理

　　交換機工作于OSI參考模型的第二層，即數(shù)據(jù)鏈路層。交換機內(nèi)部的CPU會在每個端口成功連接時，通過將MAC地址和端口對應(yīng)，形成一張MAC表。在今后的通訊中，發(fā)往該MAC地址的數(shù)據(jù)包將僅送往其對應(yīng)的端口，而不是所有的端口。因此，交換機可用于劃分數(shù)據(jù)鏈路層廣播，即沖突域；但它不能劃分網(wǎng)絡(luò)層廣播，即廣播域。

　　交換機擁有一條很高帶寬的背部總線和內(nèi)部交換矩陣。交換機的所有的端口都掛接在這條背部總線上，控制電路收到數(shù)據(jù)包以后，處理端口會查找內(nèi)存中的地址對照表以確定目的MAC（網(wǎng)卡的硬件地址）的NIC（網(wǎng)卡）掛接在哪個端口上，通過內(nèi)部交換矩陣迅速將數(shù)據(jù)包傳送到目的端口，目的MAC若不存在，廣播到所有的端口，接收端口回應(yīng)后交換機會“學習”新的MAC地址，并把它添加入內(nèi)部MAC地址表中。使用交換機也可以把網(wǎng)絡(luò)“分段”，通過對照IP地址表，交換機只允許必要的網(wǎng)絡(luò)流量通過交換機。通過交換機的過濾和轉(zhuǎn)發(fā)，可以有效的減少沖突域。

　　端口

　　交換機在同一時刻可進行多個端口對之間的數(shù)據(jù)傳輸。每一端口都可視為獨立的物理網(wǎng)段（注：非IP網(wǎng)段），連接在其上的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備獨自享有全部的帶寬，無須同其他設(shè)備競爭使用。當節(jié)點A向節(jié)點D發(fā)送數(shù)據(jù)時，節(jié)點B可同時向節(jié)點C發(fā)送數(shù)據(jù)，而且這兩個傳輸都享有網(wǎng)絡(luò)的全部帶寬，都有著自己的虛擬連接。假使這里使用的是10Mbps的以太網(wǎng)交換機，那么該交換機這時的總流通量就等于2×10Mbps=20Mbps，而使用10Mbps的共享式HUB時，一個HUB的總流通量也不會超出10Mbps。總之，交換機是一種基于MAC地址識別，能完成封裝轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀功能的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。交換機可以“學習”MAC地址，并把其存放在內(nèi)部地址表中，通過在數(shù)據(jù)幀的始發(fā)者和目標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目的地址。

　　數(shù)據(jù)傳送的工作原理

　　交換機的任意節(jié)點收到數(shù)據(jù)傳輸指令后，即對于存儲在內(nèi)存里的地址表進行快速查找，從而對于MAC地址的網(wǎng)卡連接位置進行確認，然后再將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆摴?jié)點上。如果在地址表中找到相應(yīng)的位置，則進行傳輸；如果沒有，交換機就會將該地址進行記錄，以利于下次尋找和使用。交換機一般只需要將幀發(fā)送到相應(yīng)的點，而無需如集線器發(fā)送到所有節(jié)點，從而節(jié)省了資源和時間，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾省?/p>

　　數(shù)據(jù)傳送方式

　　通過交換的方式進行的數(shù)據(jù)傳輸，其實就是交換機的數(shù)據(jù)傳送的方式。之前的集線器，更多是利用共享的方式，來對數(shù)據(jù)進行傳輸，沒有辦法從通訊的速度上進行要求。集線器的共享方式，也就是常說的共享式網(wǎng)絡(luò)，以集線器作為連接設(shè)備并且只 有一個方向的數(shù)據(jù)流，因而網(wǎng)絡(luò)共享的效率非常低。相對而言，交換機能夠?qū)B接到自身的各臺電腦進行相應(yīng)的識別，通過每臺電腦網(wǎng)卡的物理地址也就是常說的MAC地址，來進行記憶和識別。在這樣的前提之下，就不用再進行廣播尋找，而能夠直接將記憶的MAC地址找到相應(yīng)的地點并且通過一個臨時性專用的數(shù)據(jù)傳輸通道，來完成兩個節(jié)點之間不受外來干擾的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?a target="_blank">通信。由于交換機還具有全雙工傳輸?shù)姆绞剑砸部梢詫τ诙鄬?jié)點間通過同時建立臨時的專用通道，來形成一個立體且交叉的數(shù)據(jù)傳輸通道結(jié)構(gòu)。

　　精彩閱讀推薦：

　　交換機怎么用_交換機的優(yōu)缺點

　　交換機和集線器的區(qū)別_交換機和路由器怎么連接

　　家庭交換機怎么安裝_交換機網(wǎng)速是平分的嗎