局域網(wǎng)交換技術(shù)

　　１．１　共享技術(shù)

　　所謂共享技術(shù)即在一個邏輯網(wǎng)絡(luò)上的每一個工作站都處于一個相同的網(wǎng)段上。

　　以太網(wǎng)采用ＣＳＭＡ／ＣＤ　機制，這種沖突檢測方法保證了只能有一個站點在總線上傳輸。如果有兩個站點試圖同時訪問總

　　線并傳輸數(shù)據(jù)，這就意味著“沖突”發(fā)生了，兩站點都將被告知出錯。然后它們都被拒發(fā)，并等待一段時間以備重發(fā)。

　　這種機制就如同許多汽車搶過一座窄橋，當兩輛車同時試圖上橋時，就發(fā)生了“沖突”，兩輛車都必須退出，然后再重

　　新開始搶行。當汽車較多時，這種無序的爭搶會極大地降低效率，造成交通擁堵。

　　網(wǎng)絡(luò)也是一樣，當網(wǎng)絡(luò)上的用戶量較少時，網(wǎng)絡(luò)上的交通流量較輕，沖突也就較少發(fā)生，在這種情況下沖突檢測法效果

　　較好。當網(wǎng)絡(luò)上的交通流量增大時，沖突也增多，同進網(wǎng)絡(luò)的吞吐量也將顯著下降。在交通流量很大時，工作站可能會被一

　　而再再而三地拒發(fā)。

　　１．２　交換技術(shù)

　　局域網(wǎng)交換技術(shù)是作為對共享式局域網(wǎng)提供有效的網(wǎng)段劃分的解決方案而出現(xiàn)的，它可以使每個用戶盡可能地分享到帶寬。交換技術(shù)是在ＯＳＩ　七層網(wǎng)絡(luò)模型中的第二層，即數(shù)據(jù)鏈路層進行操作的，因此交換機對數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)是建立在ＭＡＣ（Ｍｅｄｉａ?。粒悖悖澹螅蟆。茫铮睿簦颍铮臁。┑刂罚锢淼刂坊A(chǔ)之上的，對于ＩＰ　網(wǎng)絡(luò)協(xié)議來說，它是透明的，即交換機在轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包時，不知道也無須知道信源機和信宿機的ＩＰ　地址，只需知其物理地址即ＭＡＣ　地址。交換機在操作過程當中會不斷的收集資料去建立它本身的一個地址表，這個表相當簡單，它說明了某個ＭＡＣ　地址是在哪個端口上被發(fā)現(xiàn)的，所以當交換機收到一個ＴＣＰ?。桑小》獍鼤r，它便會看一下該數(shù)據(jù)包的目的ＭＡＣ　地址，核對一下自己的地址表以確認應(yīng)該從哪個端口把數(shù)據(jù)包發(fā)出去。由于這個過程比較簡單，加上這功能由一嶄新硬件進行－－ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ?。樱穑澹悖椋妫椋恪。桑睿簦澹纾颍幔簦澹洹。茫椋颍悖酰椋簦?，因此速度相當快，一般只需幾十微秒，交換機便可決定一個ＩＰ　封包該往那里送。值得一提的是：萬一交換機收到一個不認識的封包，就是說如果目的地ＭＡＣ　地址不能在地址表中找到時，交換機會把ＩＰ　封包＂擴散＂出去，即把它從每一個端口中送出去，就如交換機在處理一個收到的廣播封包時一樣。二層交換機的弱點正是它處理廣播封包的手法不太有效，比方說，當一個交換機收到一個從ＴＣＰ／ＩＰ　工作站上發(fā)出來的廣播封包時，他便會把該封包傳到所有其他端口去，哪怕有些端口上連的是ＩＰＸ　或ＤＥＣｎｅｔ　工作站。這樣一來，非ＴＣＰ／ＩＰ　節(jié)點的帶寬便會受到負面的影響，就算同樣的ＴＣＰ／ＩＰ　節(jié)點，如果他們的子網(wǎng)跟發(fā)送那個廣播封包的工作站的子網(wǎng)相同，那么他們也會無原無故地收到一些與他們毫不相干的網(wǎng)絡(luò)廣播，整個網(wǎng)絡(luò)的效率因此會大打折扣。從９０　年代開始，出現(xiàn)了局域網(wǎng)交換設(shè)備。從網(wǎng)絡(luò)交換產(chǎn)品的形態(tài)來看，交換產(chǎn)品大致有三種：端口交換、幀交換和信元交換。

　　（１）端口交換

　　端口交換技術(shù)早出現(xiàn)于插槽式集線器中。這類集線器的背板通常劃分有多個以太網(wǎng)段（每個網(wǎng)段為一個廣播域）、各網(wǎng)段通過網(wǎng)橋或路由器相連。以太網(wǎng)模塊插入后通常被分配到某個背板網(wǎng)段上，端口交換適用于將以太模塊的端口在背板的多個網(wǎng)段之間進行分配。這樣網(wǎng)管人員可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的負載情況，將用戶在不同網(wǎng)段之間進行分配。這種交換技術(shù)是基于ＯＳＩ層（物理層）上完成的，它并沒有改變共享傳輸介質(zhì)的特點，因此并不是真正意義上的交換。

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　　幀交換是目前應(yīng)用的廣的局域網(wǎng)交換技術(shù)，它通過對傳統(tǒng)傳輸媒介進行分段，提供并行傳送的機制，減少了網(wǎng)絡(luò)的碰撞沖突域，從而獲得較高的帶寬。不同廠商產(chǎn)品實現(xiàn)幀交換的技術(shù)均有差異，但對網(wǎng)絡(luò)幀的處理方式一般有：存儲轉(zhuǎn)發(fā)式和直通式兩種。存儲轉(zhuǎn)發(fā)式（Ｓｔｏｒｅ－ａｎｄ－Ｆｏｒｗａｒｄ?。寒斠粋€數(shù)據(jù)包以這種技術(shù)進入一個交換機時，交換機將讀取足夠的信息，以便不僅能決定哪個端口將被用來發(fā)送該數(shù)據(jù)包，而且還能決定是否發(fā)送該數(shù)據(jù)包。這樣就能有效地排除了那些有缺陷的網(wǎng)絡(luò)段。雖然這種方式不及使用直通式產(chǎn)品的交換速度，但是它們卻能排除由破壞的數(shù)據(jù)包所引起的經(jīng)常性的有害后果。直通式Ｃｕｔ－Ｔｈｒｏｕｇｈ　：當一個數(shù)據(jù)包使用這種技術(shù)進入一個交換機時，它的地址將被讀取。然后不管該數(shù)據(jù)包是否為錯誤的格式，它都將被發(fā)送。由于數(shù)據(jù)包只有開頭幾個字節(jié)被讀取，所以這種方法提供了較多的交換次數(shù)。然而所有的數(shù)據(jù)包即使是那些可能已被破壞的都將被發(fā)送。直到接收站才能測出這些被破壞的包，并要求發(fā)送方重發(fā)。但是如果網(wǎng)絡(luò)接口卡失效，或電纜存在缺陷；或有一個能引起數(shù)據(jù)包遭破壞的外部信號源，則出錯將十分頻繁。隨著技術(shù)的發(fā)展，直通式交換將逐步被淘汰。在“直通式”交換方式中，交換機只讀出網(wǎng)絡(luò)幀的前幾個字節(jié)，便將網(wǎng)絡(luò)幀傳到相應(yīng)的端口上，雖然交換速度很快，但缺乏對網(wǎng)絡(luò)幀的控制，無智能性和安全性可言，同時也無法支持具有不同速率端口的交換；而“存儲轉(zhuǎn)發(fā)”交換方式則通過對網(wǎng)絡(luò)幀的讀取進行驗錯和控制。聯(lián)想網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)品都采用“存儲轉(zhuǎn)發(fā)”交換方式。

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　　信元交換的基本思想是采用固定長度的信元進行交換，這樣就可以用硬件實現(xiàn)交換，從而大大提高交換速度，尤其適合語音、視頻等多媒體信號的有效傳輸。目前，信元交換的實際應(yīng)用標準是ＡＴＭ?。ó惒絺鬏斈Ｊ剑?，但是ＡＴＭ　設(shè)備的造價較為昂貴，在局域網(wǎng)中的應(yīng)用已經(jīng)逐步被以太網(wǎng)的幀交換技術(shù)所取代。

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　　第二層的網(wǎng)絡(luò)交換機依據(jù)第二層的地址傳送網(wǎng)絡(luò)幀。第二層的地址又稱硬件地址（ＭＡＣ　地址），第二層交換機通常提供很高的吞吐量（線速）、低延時（１０　微秒左右），每端口的價格比較經(jīng)濟。第二層的交換機對于路由器和主機是“透明的”，主要遵從８０２．１ｄ　標準。該標準規(guī)定交換機通過觀察每個端口的數(shù)據(jù)幀獲得源ＭＡＣ　地址，交換機在內(nèi)部的高速緩存中建立ＭＡＣ　地址與端口的映射表。當交換機接受的數(shù)據(jù)幀的目的地址在該映射表中被查到，交換機便將該數(shù)據(jù)幀送往對應(yīng)的端口。如果它查不到，便將該數(shù)據(jù)幀廣播到該端口所屬虛擬局域網(wǎng)（ＶＬＡＮ　）的所有端口，如果有回應(yīng)數(shù)據(jù)包，交換機便將在映射表中增加新的對應(yīng)關(guān)系。當交換機初次加入網(wǎng)絡(luò)中時，由于映射表是空的，所以，所有的數(shù)據(jù)幀將發(fā)往虛擬局域網(wǎng)內(nèi)的全部端口直到交換機“學習”到各個ＭＡＣ　地址為止。這樣看來，交換機剛剛啟動時與傳統(tǒng)的共享式集線器作用相似的，直到映射表建立起來后，才能真正發(fā)揮它的性能。這種方式改變了共享式以太網(wǎng)搶行的方式，如同在不同的行駛方向上鋪架了立交橋，去往不同方向的車可以同時通行，因此大大提高了流量。從虛擬局域網(wǎng)（ＶＬＡＮ?。┙嵌葋砜矗捎谥挥凶泳W(wǎng)內(nèi)部的節(jié)點競爭帶寬，所以性能得到提高。主機１　訪問主機２　同時，主機３　可以訪問主機４　。當各個部門具有自己獨立的服務(wù)器時，這一優(yōu)勢更加明顯。但是這種環(huán)境正發(fā)生巨大的變化，因為服務(wù)器趨向于集中管理，另外，這一模式也不適合Ｉｎｔｅｒｎｅｔ　的應(yīng)用。不同虛擬局域網(wǎng)（ＶＬＡＮ　）之間的通訊需要通過路由器來完成，另外為了實現(xiàn)不同的網(wǎng)段之間通訊也需要路由器進行互

　　連。路由器處理能力是有限的，相對于局域網(wǎng)的交換速度來說路由器的數(shù)據(jù)路由速度也是較緩慢的。路由器的低效率和長時延使之成為整個網(wǎng)絡(luò)的瓶頸。虛擬局域網(wǎng)（ＶＬＡＮ?。┲g的訪問速度是加快整個網(wǎng)絡(luò)速度的關(guān)鍵，某些情況下（特別是Ｉｎｔｒａｎｅｔ?。瑒澏ㄌ摂M局域網(wǎng)本身是一件困難的事情。第三層交換機的目的正在于此，它可以完成Ｉｎｔｒａｎｅｔ　中虛擬局域網(wǎng)（ＶＬＡＮ?。┲g的數(shù)據(jù)包以高速率進行轉(zhuǎn)發(fā)。

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　　在傳統(tǒng)的局域網(wǎng)中，各站點共享傳輸信道所造成的信道沖突和廣播風暴是影響網(wǎng)絡(luò)性能的重要因素。通常一個ＩＰ　子網(wǎng)或者ＩＰＸ　子網(wǎng)屬于一個廣播域，因此網(wǎng)絡(luò)中的廣播域是根據(jù)物理網(wǎng)絡(luò)來劃分的。這樣的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)無論從效率和安全性角度來考慮都有所欠缺。同時，由于網(wǎng)絡(luò)中的站點被束縛在所處的物理網(wǎng)絡(luò)中，而不能夠根據(jù)需要將其劃分至相應(yīng)的邏輯子網(wǎng)，因此網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)缺乏靈活性。為解決這一問題，從而引發(fā)了虛擬局域網(wǎng)（ＶＬＡＮ?。┑母拍?，所謂ＶＬＡＮ　是指網(wǎng)絡(luò)中的站點不拘泥于所處的物理位置，而可以根據(jù)需要靈活地加入不同的邏輯子網(wǎng)中的一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。