计算机网络技术基础：交换机的功能和优势

2023-10-22 理论教育版权反馈

【摘要】：图5—6交换机实物图交换机的所有端口共享同一个指定的带宽。图5—7用交换机组建局域网交换机用于连接网络设备的主要优点是它能并行处理：交换机允许多对计算机间同时交换数据。图5—8交换机的结构和工作原理图5—8中的交换机有6个端口，其中端口1、4、5、6分别连接了节点Node A、Node B、Node C与Node D。

交换机是OSI模型中数据链路层上的网络连接设备，并且它与网桥一样，能够解析出MAC地址信息。不过它的作用相当于多个网桥。

图5—6所示为一个交换机的实物图。

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图5—6　交换机实物图

交换机的所有端口共享同一个指定的带宽。它的每个端口都扮演了一个网桥的角色，而且每一个连接到交换机上的设备都可以享有它们自己的专用信道，也就是说，交换机可以把每个共享信道分成几个信道。

交换机的每个输出端口可以连接一个集线器（HUB），也可以单独地连接一个节点（在这种情况下，这个节点就可以独占带宽了）。典型的使用交换机组建的局域网的结构如图5—7所示。

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图5—7　用交换机组建局域网

交换机用于连接网络设备的主要优点是它能并行处理：交换机允许多对计算机间同时交换数据。这将在交换机的工作原理中详细举例说明。

1.交换机的工作原理

交换机可以用于广域网中，但经常的应用范围是局域网。在局域网中，以太网交换机又比较常见。

下面以一个以太网交换机的工作过程为例，来说明交换机的工作原理。

如图5—8所示是一个交换机的结构和工作原理示意图。

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图5—8　交换机的结构和工作原理(www.chuimin.cn)

图5—8中的交换机有6个端口，其中端口1、4、5、6分别连接了节点Node A、Node B、Node C与Node D。那么就可以根据以上端口号与节点MAC地址的对应关系建立交换机端口号/MAC地址映射表。如果Node A与Node D同时要发送数据，那么它们可以分别在要发送的数据帧的目的地址字段DA中填上该帧的目的地址。例如Node A要向Node C发送帧，那么该帧的目的地址DA=Node C；NodeD要向Node B发送，那么该帧的目的地址DA=Node B。当Node A、NodeD同时通过交换机传送数据帧时，交换机的交换技制中心将根据端口号MAC地址映射表的对应关系找出对应帧目的地址的输出端口号，那么它就可以为Node A→Node C建立端口1到端口5的连接，同时为Node D→Node B建立端口6到端口4之间的连接。这种端口之间的连接可以根据需要同时建立多条，这也就是前面所说的交换机的并行处理能力。

2.交换机的交换方式

交换机所采用的帧转发方式是不同的，主要有：

（1）直接交换方式。在直接交换方式中，交换机只要接收并检测到目的地址字段后就立即将该帧转发出去，而不管这一帧数据是否出错。帧出错检测任务由节点主机完成。这种交换方式的优点是交换延迟时间短，缺点是缺乏差错检测能力，不支持不同传输速率的端口之间的帧转发。

（2）存储转发交换方式。在存储转发方式中，交换机首先完整地接收发送帧，并先进行差错检测。如果接收帧是正确的，则根据帧目的地址确定输出端口号，再转发出去。这种交换方式的优点是具有帧差错检测能力，并能支持不同传输速率的端口之间的帧转发，缺点是交换延迟时间将会增长。

（3）改进的直接交换方式。针对上面两种交换方式的优缺点，人们提出了一种新的交换方式——改进的直接交换方式。它将二者结合起来.在接收到帧的前64byte之后，判断数据帧的帧头字段是否正确，如果正确则转发，否则丢弃。这种方法对于短的数据帧来说，其交换延迟时间与直接交换方式比较接近；而对于长的数据帧来说，由于它只对帧的地址字段与强制手段进行了差错检测，所以交换延迟时间将会减少。

3.交换机的主要技术特点

这里只讨论最常用的局域网交换机的技术特点。

下面简单列出局域网交换机的主要特点。

（1）低交换传输延迟：从传输延迟时间的数量级来看，局域网交换机的传输延迟为几十μs，网桥为几百μs，而路由器为几千μs。

（2）高传输带宽：对于100Mbps端口的交换机，半双工端口的带宽为100Mbps，全双工端口的带宽为200Mbps。

（3）允许不同的传输速率共存，例如10Mbps/100Mbps共存。交换机能完成不同端口速率之间的转换。

（4）可以用局域网交换机组建虚拟局域网服务。

计算机网络技术基础：交换机的功能和优势

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