關(guān)于工業(yè)交換機(jī)常識(shí)的簡(jiǎn)介
工業(yè)交換機(jī)定義：
交換機(jī)英文名稱為Switch，也稱為交換式集線器，交換機(jī)是構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的“基石”，又稱網(wǎng)絡(luò)開關(guān)它是一種基于MAC地址(網(wǎng)卡的硬件標(biāo)志)識(shí)別，能夠在通信系統(tǒng)中完成信息交換功能的設(shè)備。其工作原理可以簡(jiǎn)單地描述為“存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)”四個(gè)字。因?yàn)榻粨Q機(jī)支持“全雙工”模式，所以B在接收A發(fā)送數(shù)據(jù)的同時(shí)，還可以向A或其他的計(jì)算機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)。如果在MAC地址中沒有B的地址信息，那么交換機(jī)可以通過“MAC地址學(xué)習(xí)”功能將連接到自身的B計(jì)算機(jī)MAC地址記住，形成一個(gè)節(jié)點(diǎn)與MAC地址的對(duì)應(yīng)表。
交換機(jī)的類型
交換機(jī)類型的了解是交換機(jī)的基本知識(shí)，必須掌握。
交換機(jī)有多種分類方式：
從網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍劃分交換機(jī)可以分為以下兩類：廣域網(wǎng)交換機(jī)和局域網(wǎng)交換機(jī)
? ?根據(jù)傳輸介質(zhì)和傳輸速度分：以太網(wǎng)交換機(jī)、快速以太網(wǎng)交換機(jī)、千兆以太網(wǎng)交換機(jī)、10千兆以太網(wǎng)交換機(jī)、ATM交換機(jī)、FDDI交換機(jī)和令牌環(huán)交換機(jī)。
? ?根據(jù)交換機(jī)端口結(jié)構(gòu)劃分固定端口交換機(jī)和模塊化交換機(jī)。
? 根據(jù)工作協(xié)議層劃分第二層交換機(jī)、第三層交換機(jī)和第四層交換機(jī)
? ?根據(jù)是否支持網(wǎng)管功能劃分網(wǎng)管型交換機(jī)和非網(wǎng)管理型交換機(jī)
交換機(jī)的應(yīng)用
作為局域網(wǎng)的主要連接設(shè)備，交換機(jī)成為應(yīng)用普及最快的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之一。隨著交換技術(shù)的不斷發(fā)展，交換機(jī)的價(jià)格急劇下降，交換機(jī)的普及度進(jìn)一步增加。
如果你的以太網(wǎng)絡(luò)上擁有大量的用戶、繁忙的應(yīng)用程序和各式各樣的服務(wù)器，而且你還未對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)做出任何調(diào)整，那么整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的性能可能會(huì)非常低。解決方法之一是在以太網(wǎng)上添加一個(gè)100Mbps/1000Mbps的交換機(jī)。
如果網(wǎng)絡(luò)的利用率超過了40％，并且碰撞率大于10％，交換機(jī)可以幫你解決一點(diǎn)問題。帶有100Mbps快速以太網(wǎng)的交換機(jī)可以全雙工方式運(yùn)行，可以建立起專用的200Mbps連接。
不僅不同網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下交換機(jī)的作用各不相同，在同一網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下添加新的交換機(jī)和增加現(xiàn)有交換機(jī)的交換端口對(duì)網(wǎng)絡(luò)的影響也不盡相同。充分了解和掌握網(wǎng)絡(luò)的流量模式是能否發(fā)揮交換機(jī)作用的一個(gè)非常重要的因素。因?yàn)槭褂媒粨Q機(jī)的目的就是盡可能的減少和過濾網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)流量，所以如果網(wǎng)絡(luò)中的某臺(tái)交換機(jī)由于安裝位置設(shè)置不當(dāng)，幾乎需要轉(zhuǎn)發(fā)接收到的所有數(shù)據(jù)包的話，交換機(jī)就無法發(fā)揮其優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能的作用，反而降低了數(shù)據(jù)的傳輸速度，增加了網(wǎng)絡(luò)延遲。
交換機(jī)的交換方式
交換機(jī)有3種交換方式：
1． 直通式（Cut Through）
直通式的交換機(jī)可以理解為在各端口間是縱橫交叉的線路矩陣電話交換機(jī)。它在輸入端口檢測(cè)到一個(gè)數(shù)據(jù)包時(shí)，檢查該包的包頭，獲取包的目的地址，啟動(dòng)內(nèi)部的動(dòng)態(tài)查找表轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的輸出端口，在輸入與輸出交叉處接通，把數(shù)據(jù)包直通到相應(yīng)的端口，實(shí)現(xiàn)交換功能。由于不需要存儲(chǔ)，延遲非常小、交換非?？?，這是它的優(yōu)點(diǎn)。它的缺點(diǎn)是，因?yàn)閿?shù)據(jù)包內(nèi)容并沒有被以太網(wǎng)交換機(jī)保存下來，所以無法檢查所傳送的數(shù)據(jù)包是否有誤，不能提供錯(cuò)誤檢測(cè)能力。由于沒有緩存，不能將具有不同速率的輸入/輸出端口直接接通，而且容易丟包。
2．存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)（Store ＆ Forward）
存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的方式。它把輸入端口的數(shù)據(jù)包先存儲(chǔ)起來，然后進(jìn)行CRC（循環(huán)冗余碼校驗(yàn)）檢查，在對(duì)錯(cuò)誤包處理后才取出數(shù)據(jù)包的目的地址，通過查找表轉(zhuǎn)換成輸出端口送出包。正因如此，交換機(jī)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式在數(shù)據(jù)處理時(shí)延時(shí)大，這是它的不足，但是它可以對(duì)進(jìn)入交換機(jī)的數(shù)據(jù)包進(jìn)行錯(cuò)誤檢測(cè)，有效地改善網(wǎng)絡(luò)性能。尤其重要的是它可以支持不同速度的端口間的轉(zhuǎn)換，保持高速端口與低速端口間的協(xié)同工作。
3．碎片隔離（Fragment Free）
這是介于前兩者之間的一種解決方案。交換機(jī)檢查數(shù)據(jù)包的長度是否夠64個(gè)字節(jié)，如果小于64字節(jié)，說明是假包，則丟棄該包；如果大于64字節(jié)，則發(fā)送該包。這種方式也不提供數(shù)據(jù)校驗(yàn)。它的數(shù)據(jù)處理速度比存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式快，但比直通式慢。
交換機(jī)相關(guān)術(shù)語
1. 交換機(jī)
交換機(jī)是用來實(shí)現(xiàn)交換式網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備，在ISO的OSI模型中，它是位于第二層——數(shù)據(jù)鏈路層的設(shè)備，能對(duì)幀進(jìn)行操作，是一種智能型設(shè)備。
2. IEEE 802.3
以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)
3. IEEE 802.3u
快速以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)
4. IEEE 802.3ab
千兆以太網(wǎng)（非屏蔽雙絞線）標(biāo)準(zhǔn)
5. IEEE 802.3z
千兆以太網(wǎng)（光纖、銅纜）標(biāo)準(zhǔn)
6. IEEE 802.3x
流量控制標(biāo)準(zhǔn)
7. IEEE 802.1X
基于端口的訪問控制標(biāo)準(zhǔn)
8. IEEE 802.1q
VLAN標(biāo)準(zhǔn)
9. IEEE 802.1p
流量?jī)?yōu)先權(quán)控制標(biāo)準(zhǔn)
10. IEEE 802.1d
生成樹協(xié)議
11. 數(shù)據(jù)鏈路層
位于ISO/OSI參考模型第二層，負(fù)責(zé)在節(jié)點(diǎn)間的線路上通過檢測(cè)、流量控制和重發(fā)等一系列手段無差錯(cuò)的傳送一幀為單位的數(shù)據(jù)，使得從它的上一層（網(wǎng)絡(luò)層）看起來是一條無差錯(cuò)的鏈路。
12. 全、半雙工
在網(wǎng)絡(luò)中，全雙工是指接收與發(fā)送采用兩個(gè)相互獨(dú)立的通道，可同時(shí)進(jìn)行，互不干擾。而半雙工則是接收與發(fā)送共用一個(gè)通道，同一時(shí)刻只能發(fā)送或只能接收，所以半雙工可能會(huì)產(chǎn)生沖突。我們所說的交換機(jī)是個(gè)全雙工設(shè)備，而集線器是半雙工設(shè)備。
13. MAC地址
MAC地址就是在媒體接入層使用的地址，通俗點(diǎn)說就是網(wǎng)卡（局域網(wǎng)節(jié)點(diǎn)）的物理地址。在網(wǎng)絡(luò)底層的物理傳輸過程中，是通過物理地址來識(shí)別主機(jī)（局域網(wǎng)節(jié)點(diǎn)）的，它一般也是全球唯一的?，F(xiàn)在的MAC地址一般都采用6字節(jié)48位。
14. IP地址
IP地址就是給每個(gè)連接在Internet上的主機(jī)分配的一個(gè)32bit地址。通過IP地址就可以訪問到每一臺(tái)主機(jī)。
15. 自適應(yīng)/自協(xié)商(Auto-Negotiation)
Auto-Negotiation標(biāo)準(zhǔn)使交換器按照以下順序適應(yīng)工作速率和工作模式：100M 全雙工，100M半雙工，10M全雙工，10M半雙工。
16. 全雙工流量控制
遵循IEEE 802.3x標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)擁塞時(shí)，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備利用預(yù)定義的Pause幀進(jìn)行流控。
17. 半雙工流量控制（背壓技術(shù)Backpressure）
基于IEEE802.3x標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)處理器發(fā)現(xiàn)緩沖器將要填滿時(shí)，就向源發(fā)站發(fā)出一個(gè)假?zèng)_突信號(hào)，使之延遲一個(gè)隨機(jī)時(shí)間，然后繼續(xù)發(fā)送。能夠緩解和消除擁塞。
18. 線速
交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的理論最大值。
19. 廣播風(fēng)暴控制
網(wǎng)絡(luò)上的廣播幀（由于被轉(zhuǎn)發(fā)）數(shù)量急劇增加而影響正常的網(wǎng)絡(luò)通訊的反?，F(xiàn)象，廣播風(fēng)暴會(huì)占用相當(dāng)客觀的網(wǎng)絡(luò)帶寬，造成整個(gè)網(wǎng)絡(luò)無法正常工作。廣播風(fēng)暴控制是允許端口對(duì)網(wǎng)絡(luò)上出現(xiàn)的廣播風(fēng)暴進(jìn)行過濾。開啟廣播風(fēng)暴控制后，當(dāng)端口收到的廣播幀累計(jì)到預(yù)定門限值時(shí)，端口將自動(dòng)丟棄收到的廣播幀。當(dāng)未啟用該功能或廣播幀未累計(jì)到門限時(shí)，廣播幀將被正常廣播到交換機(jī)的其它端口。
20. TRUNK（端口匯聚）
通常被用于將多個(gè)端口聚合在一起，從而形成一個(gè)高帶寬的數(shù)據(jù)傳輸通道。交換機(jī)把聚集在一起的所有端口看作一個(gè)邏輯端口。
21. VLAN（Virtual Local Area Network,虛擬局域網(wǎng)）
是由一組終端工作站組成的廣播域，處于同一VLAN的主機(jī)（交換機(jī)端口）才能互相通信，它不需要考慮具體布線結(jié)構(gòu)就可以建立邏輯工作組。配置靈活，增加系統(tǒng)的安全性。
22. Port VLAN
基于端口的VLAN，處于同一VLAN端口之間才能相互通信。
23. Tag VLAN
基于IEEE 802.1Q，用VID來劃分不同的VLAN。
24. VID（VLAN ID）
VLAN的標(biāo)識(shí)符，用于表示某個(gè)Tag VLAN。
25. MTU VLAN
在交換機(jī)的VLAN設(shè)置時(shí)，將每個(gè)用戶所占用的端口與上行端口劃分為一個(gè)單獨(dú)的VLAN。
26. MAC地址老化時(shí)間
交換機(jī)中各端口具有自動(dòng)學(xué)習(xí)地址的功能，通過端口發(fā)送和接收的幀的源地址(源MAC地址、交換機(jī)端口號(hào))將存儲(chǔ)到地址表中。老化時(shí)間是一個(gè)影響交換機(jī)學(xué)習(xí)進(jìn)程的參數(shù)。從一個(gè)地址記錄加入地址表以后開始計(jì)時(shí)，如果在老化時(shí)間內(nèi)各端口未收到源地址為該MAC地址的幀，那么，這些地址將從動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)發(fā)地址表（由源MAC地址、目的MAC地址和它們相對(duì)應(yīng)的交換機(jī)的端口號(hào)）中被刪除。靜態(tài)MAC地址表不受地址老化時(shí)間影響。
27. 靜態(tài)地址表
靜態(tài)MAC地址區(qū)別與一般的由學(xué)習(xí)得到的動(dòng)態(tài)MAC地址。靜態(tài)地址一旦被加入，該地址在刪除之前將一直有效，不受最大老化時(shí)間的限制。靜態(tài)地址表記錄了端口的靜態(tài)地址。靜態(tài)地址表中一個(gè)MAC地址對(duì)應(yīng)一個(gè)端口，如果設(shè)置，則所有發(fā)給這個(gè)地址的數(shù)據(jù)只會(huì)轉(zhuǎn)發(fā)給該端口。也成為MAC地址綁定。
28. SNMP
簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議（Simple Network Management Protocol，簡(jiǎn)寫為SNMP）是OSI第7層（應(yīng)用層）的協(xié)議，用于遠(yuǎn)程監(jiān)視和配置網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。SNMP使得網(wǎng)管工作站能夠讀取并修改網(wǎng)關(guān)、路由器、交換機(jī)，以及其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的設(shè)置值。
29. IGMP（Internet Group Management Protocol）
IP通過使用交換機(jī)、組播路由器、支持IGMP的主機(jī)來管理組播通信。一組主機(jī)、路由器(或交換機(jī))與屬于同一個(gè)組播組的成員交流組播數(shù)據(jù)流。并且在這個(gè)組的所有設(shè)備使用同一個(gè)組播組地址。IGMP Snooping技術(shù)針對(duì)視頻點(diǎn)播等應(yīng)用，大幅提高網(wǎng)絡(luò)利用率。在網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)為各種各樣的多媒體應(yīng)用進(jìn)行IP組播通信時(shí)，您可以通過在交換機(jī)每個(gè)端口上設(shè)置IGMP來減少不必要的帶寬使用。
30. IEEE 802.1D/STP
IEEE 802.1D 生成樹協(xié)議（Spanning Tree Protocol）檢測(cè)到網(wǎng)絡(luò)上存在環(huán)路時(shí)，自動(dòng)斷開環(huán)路連接。當(dāng)交換機(jī)間存在多條連接時(shí)，將只啟動(dòng)最主要的一條連接，而將其他連接都阻塞掉，將這些連接變?yōu)閭溆眠B接。當(dāng)主連接出現(xiàn)問題時(shí)，生成樹協(xié)議將自動(dòng)起用備用連接接替主連接的工作，不需要任何人工干預(yù)。
31. IEEE 802.1X認(rèn)證協(xié)議
基于端口的訪問控制協(xié)議（Port Base Network Access Control Protocol）。該協(xié)議體系結(jié)構(gòu)分為三部分：客戶端、認(rèn)證系統(tǒng)、認(rèn)證服務(wù)器。我司網(wǎng)管型交換機(jī)內(nèi)置802.1x認(rèn)證系統(tǒng)和RADIUS客戶端，為用戶提供先進(jìn)的計(jì)費(fèi)方案。
32.包轉(zhuǎn)發(fā)率
是指交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的速度，單位一般為pps(包每秒)，一般交換機(jī)的包轉(zhuǎn)發(fā)率在幾十kpps到幾百kpps不等，包轉(zhuǎn)發(fā)率越大網(wǎng)速越快。全雙工與半雙工以及端口不同傳輸速率的包轉(zhuǎn)發(fā)率都是不同的。
33.背板帶寬
是指交換機(jī)接口處理器和數(shù)據(jù)總線之間所能吞吐的最大數(shù)據(jù)量，背板帶寬越寬越好，它是衡量交換機(jī)數(shù)據(jù)處理能力的關(guān)鍵指標(biāo)之一。目前，一般5口和8口交換機(jī)的背板帶寬在1Gbps～3.2Gbps之間，專業(yè)交換機(jī)的背板帶寬更高，比如一般的千兆交換機(jī)背板帶寬可以達(dá)到8.8Gbps。
34.VLAN
全稱Virtual Local Area Network(虛擬局域網(wǎng))，通過交換機(jī)的VLAN功能可以將局域網(wǎng)設(shè)備從邏輯上劃分成一個(gè)個(gè)網(wǎng)段(或者說是更小的局域網(wǎng))，從而實(shí)現(xiàn)虛擬工作組的數(shù)據(jù)交換技術(shù)。通過VLAN還可以防止局域網(wǎng)產(chǎn)生廣播效應(yīng)，加強(qiáng)網(wǎng)段之間的管理和安全性。
35.堆疊
是指通過專用的連接電纜將兩臺(tái)或多臺(tái)交換機(jī)相互連接起來，比如要連接兩臺(tái)交換機(jī)，可以從一臺(tái)堆疊交換機(jī)的UP堆疊端口直接連接到另一臺(tái)堆疊交換機(jī)的DOWN堆疊端口，以實(shí)現(xiàn)單臺(tái)交換機(jī)端口數(shù)的擴(kuò)充。
