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服务器交换机的工作原理
2019-02-13 18:22:15 | 来源:极客网络 | 作者:liuchuang

      高防服务器随着计算机网络的应用越来越广泛,人们对网络速度的要求也越来越高,传统的以Hub为中心的局域网已经不能满足人们的要求。在这样的一种背景下,网络交换技术开始出现并很快得到了广泛的应用。交换机也称为交换式Hulb( Switch Hub),虽然其功能及组网方式与Hub差不多,但它的工作原理却与Hub有着本质上的区别。如图1所示的是 Cisco2950交换机的外形图。
1、交换机的工作原理
       集线器只能在半双工方式下工作,而交换机可以同时支持半双工和全双工两种工作方式。全双工网络允许同时发送和接收数据,从理论上讲,其传输速度可以比半双工方式增加一倍。因此,采用全双工工作方式的交换机可以显著地提高网络性能。
       用集线器组成的网络称为共享式网络,而用交换机构建的网络则称为交换式网络。共享网络存在的最主要的问题是所有用户共享带宽,每个用户的实际可用带宽随着网络用户数目的增加而递减。这是因为当通信繁忙时,多个用户可能同时争用一个信道,而一个信道在某一时刻只允许一个用户占用。因此,大量的用户经常要处于等待状态,并不断地检测信道是否已经空闲。
       在交换式以太网络中,交换机提供给每个用户专用的信道,多个端口对之间可以同时进行通信而不会冲突,除非两个源端口试图同时将数据发往同一个目的端口。交换机之所以有这种功能,是因为它能根据数据帧的源MAC地址知道该MAC地址的机器与哪一个端口连接,并把它记住,以后发往该MAC地址的数据帧将只转发到这个端口,而不是像集成器那样转发到所有的端口。这样就大大减少了数据帧发生碰撞的可能。
2、换机的分类
       交换机是构成整个交换式网络的关键设备。不同类型的交换机所采用的交换方式也会不同,从而对网络的性能也会造成影响。目前,交换机主要使用存储转发( Store andForward)、直通( Cut Through)和无碎片直通( Fragment Free Cut Through)3种方式。
       当交换机运行在存储转发方式时,在转发数据帧之前必须先接收整个数据帧,并存储在一个共享的缓冲区中,然后检査其MAC地址和目标MAC地址,以及对整个数据帧进行CRC校验。如果交换机没有发现错误,它将根据目标MAC地址把这个数据帧转发到相应的端口;否则,将丢弃这个数据帧。由于交换机在开始转发数据帧之前必须先接收到整个数据帧,因此存储转发模式的延迟会比较大,而且这个延迟和所转发的数据帧的大小有关。
       直通转发方式允许交换机在检査到数据帧中的目标MAC地址时就开始转发数据帧。目标MAC地址在数据帧中占用6字节,而且位于数据帧的最前面,所以直通式的延迟很小。但是直通式无法像存储转发方式那样在转发数据帧之前对其进行错误校验。因此,错误的数据帧依然通过交换机被转发到目的设备,由目的设备丢弃该数据帧并要求重传。
       无碎片直通方式有效地结合了直通式和存储转发方式的优点。当交换机工作在无碎片直通方式时,它只检査数据帧的前64字节。如果前64字节没有出现错误,交换机将转发该数据帧。反之,则丢弃该帧。采用这种机制的原因是当网络发生冲突时,大部分错误都是发生在数据帧的前64字节。因此采用无碎片直通方式时能检査出大部分的错误数据帧。
       大部分交换机还可以同时支持直通式和存储转发式两种工作方式。开始时,交换机采用直通式转发数据帧,同时监视着它所转发的数据帧是否出错。当错误帧达到了某一限制值时,交换机将自动切换到存储转发方式,以保证不让错误的数据帧浪费带宽。这种工作机制结合了存储转发和直通式的优点,在网络环境好的时候能够有效地保证低延迟转发而在网络环境变差时,又能限制错误帧的转发。
3、交换机的选择
       对于用户来说,选择交换机最关心的还是端口速率、端口数,以及端口类型。目前主流的交换机端口速率有10/100Mbps自适应、10/100/1000Mbps自适应等种类,有些还带有光口,速率可能是100Mbps或1000Mbps,端口数可以是8个、16个、24个和48个。其次还要考虑背板带宽、吞吐率交换方式、堆叠能力和网管能力等指标。

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