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交换技术介绍[转帖]
日期:2006-5-9 23:59:42 来源:本站整理  
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交换技术介绍[转帖]
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  美国科动控制公司总裁
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  George Thomas
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  1 前言
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  从外部看,交换机与集线器类似,实际上它们的分类是不同的。研究一下OSI,你会注意到七个不同的层对应不同的通讯服务。最底层是物理层,中继器或中继型集线器接收这些信令并在扩展时修复。10BASE5和10BASE-T都是物理层的标准。
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  物理层上面是数据链路层,它负责处理物理层间往来的帧的实际传送和接收。站点编址(MAC或媒介访问控制)、数据分帧及错误检测都由数据链路层处理。尽管物理层的参照也包括在其中,IEEE802.3标准基本上是数据链路层的标准。网桥工作在数据链路层上。交换机和网桥一样。
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  上一层是论述数据传送的网络层,它包括了一个以上的数据链接。由IP(流行的互连协议)的互连进行分类。路由器在多重链接中指挥交通。传送单元叫做数据包。交换机通常不工作在这层,但有一个叫做第3层的交换机。实际上这是一个带有交换机功能的路由器。
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  按硬件分,上一层是应用层。当需要用网关来互连不同的网络和不同的协议时,网关位于该层。网关能获知实际运行的应用而其他的设备如中继器、网桥和路由器则不能。本文的重点是讨论网桥。
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  2 网桥(交换机)的结构
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  交换机即网桥,两者可以互换。最初,网桥用两个端口连接两个类似的数据链路以形成一个更大数据链路。如果这种实现没有损失,加上数据链路间的通讯看起来一样,这种网桥叫做透明网桥,你或许认为我们在描述路由器,实际不是。路由器将每一个数据链接看作带有相应网络地址的实际网络。网桥把单个数据链接当作一个更大数据链接或网络的一部分。它不使用网络编址的概念,在多个数据链接中单站点的地址(MAC地址)并不重复。和传统的带有两个端口的网桥不同,交换机有多个端口,通常被称为交换型集线器或交换机。
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  与中继型集线器不同,交换机的每一个端口和以太网主机适配器上的端口一样,都是以太网的接口。这是因为每一个端口必须以另一个以太网设备身份作用。它必须能接收帧并进行解码、测试帧的完整性、重装并传送以太网帧。但是,每一个端口都不要求有类似于以太网卡那样的MAC地址。每一个交换机端口以混合方式作用,不考虑目标MAC地址即可接收所有帧。传送过程中,以太网端口通过假设它的目标地址伪装成节点设备。因此,交换型集线器的每一个端口并不需要自己的MAC地址,除非网桥有编址要求(生成树算法要求网桥编址)。
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  以太网碰撞域通过交换机端口对其进行终结。对中继型集线器而言,整个集线器是碰撞域的一部分。对交换机而言,它的好处在于每增加一个交换机,网络的有效范围就扩大一倍。这是因为网络分成了两个不同的数据链接。对于100Mbps的铜缆系统来说,这是很重要的,因为它的碰撞域只有205米。
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  另一个不同是中继型集线器只能在一种速度下工作,要么10Mbps要么100Mbps。交换型集线器拥有多速端口,能与附属于该端口的设备匹配,叫做自动协商。不同端口允许有不同速度。一些交换机有固定的低速端口(10Mbps),另还有一个或多个连至服务器的高速端口(100Mbps)。
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  通过在交换机端口上终结碰撞域,可以有效地把网络分成单独的碰撞域。如果只有一个设备附属于交换机端口(一个以太网卡或是另一个交换机端口),这称做网络微化。在这种情况下,可实现全双工工作而不会产生碰撞。但如果交换机端口(多主机适配卡和一个中继集线器)存在一个共享型以太网碰撞域,只允许半双工工作且交换机端口必须与以太网媒介裁决规则相符。
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  2.1 交换机工作原理
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  为了理解交换机工作原理,我们假设未对交换机进行编程。我们所讨论的交换机只通过学习方式对操作进行修改。
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  假设有四个同样的端口。假设端口1的站点A准备传送信息至端口2的站点B。对于中继型集线器或是未学习的交换机,尽管其它站点不是对话的一部分,它们会收听至站点B的传送。这种方式造成了不必要的网络通讯,阻止了其他站点的初始化传送。延迟站点只有侦测到空闲信号才能进行初始化传送。与中继型集线器不同,自学习交换机会注意到端口站点A的源地址,并将端口1与站点A相连这一实际情况输入表格。但是,这时的交换机并不知道站点B位于何处,所以必须传送至所有其他端口。这叫做洪泛。在站点B初始化传送前,交换机获悉站点B与端口2相连。一旦站点A和B的端口分配输入交换机的表格,在两个站点间的所有并发单址发送仅出现在端口1和2。所有的其他端口并不知道正在发生的传送,因而允许端口1和2之外的站点能进行同步的传送。这就是交换机提高吞吐量的原因。

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