集線器、交換機、

MAC

地址、背板帶寬

集線器、交換機、

MAC

地址、背板帶寬

一、交換機的工作原理

交換機是一種基于MAC（網卡的硬件地址）識別，能完成封裝轉發數據包功能的網絡設備，交換機正如它的名字一樣采用的是交換的工作模式，它可以“學習”網絡中各個終端的Mac 地址，并把其存放在內部的MAC地址表中，通過在數據幀的始發者和目標接收者之間建立臨時的交換路徑，使數據幀直接由源地址到達目的地址。

在計算機網絡系統中，交換工作模式的提出是相對于對共享工作模式的改進，我們知道集線器（hub）是一種共享介質的網絡設備,而且集線器（hub）本身不能識別目的地址，是采用廣播的方式向所有節點發送，然后由每一個節點上的終端通過驗證數據包頭的地址信息來確定是否接收，在這種方式下很容易造成網絡堵塞，因為接收數據的只有一個節點終端，而向所有的節點都發送數據，那么絕大多數的數據流是無效的，這樣就造成網絡數據的傳輸效率很低，而且由于發送的數據每個節點都會接收到，就可能導致不安全的因素產生。

交換機擁有一條很高很快的背部總線和內部交換矩陣。交換機的所有端口均掛接在這條背部總線上，當控制電路接收到數據包后，處理端口會查找內存中的MAC地址對照表以確定目的MAC地址的網卡接在哪個端口上，通過內部交換矩陣直接將數據包傳送到目的端口，而不是所有端口，如果目的MAC地址不存在，則廣播到所有的端口，交換機的這種工作方式較于集線器來說不但效率高，不浪費網絡資源，因為它只是對目的地址傳輸數據，不容易造成網絡堵塞，而且安全系數高，發送數據是其他節點很難偵聽到所發送的信息。這也是交換機能很快取代集線器的重要原因之一。

交換機的另一個重要特點是它不像集線器一樣每個端口共享帶寬，它的每一個端口都是共享一部分交換機的總帶寬，這樣在速率上就對每個端口有個根本的保障。這樣交換機就可以在同一時刻進行多個端口之間數據傳輸，每個端口都視為獨立的網段，享有獨立固定的帶寬。無需同其他設備競爭使用。比方說現在使用的8端口10Mbps以太網交換機，當數據流量較大時，它的總流量可達到8*10Mbps=80Mbps,而使用10Mbps的共享式hub是，因為共享機制，使得每一時刻只能有一個端口通信，那即使數據流再多，總流量也不會超過10Mbps,如果使用16端口，24端口時情況會更加明顯。

總之，交換機的目的是使得傳輸效率更高，它根據MAC地址來進行判斷，決定數據幀該送到目的地址的連接端口，而不打擾其他不相干的連接端口，如果內存中的地址表中不包含目的MAC地址，交換機則會向所有端口廣播這個數據包，找到后再將這個MAC地址加入到自己的MAC地址表中，這樣下次發送到這個地址時便不會發錯，交換機的這個功能就稱為“MAC地址學習”功能。

二、交換機的選型方法

交換機的選型依據：

1、 Vlan類型和數量

一個交換機支持越多的VLAN類型和數量將更加方便的進行網絡拓撲的設計與實現。

2、 端口數量及類型

不同的需求情況有不同的應用，需要按情況而定。

3、 是否有支持網絡管理的協議和方法

網吧交換機的網管功能可以使用管理軟件來管理、配置交換機，比如可通過Telnet、SNMP、RMON等管理。

4、 是否支持堆疊

當用戶量提高后，堆疊就顯得非常重要了。一般公司擴展交換機端口的方法為一臺主交換機各端口下連接分交換機的級聯方式，這種方式里分交換機與主交換機之間的最大傳輸速率只有100M，極大的影響了交換性能，，而采用專用堆疊模塊和堆疊總線進行堆疊方式，不占用網絡端口；多臺交換機堆疊后，具有足夠的系統帶寬，從而保證堆疊后每個端口仍能達到線速交換，Vlan不受影響。

5、背板帶寬、交換吞吐量。

背板帶寬及吞吐量真正決定著網絡的實際性能，不管交換機再多，管理再方便，吞吐量不夠，網絡只會擁堵不堪。

5.1背板帶寬是交換機接口處理器或接口卡和數據總線間所能吞吐的最大數據量。交換機機箱內部背后設置的大量的銅線，而背板帶寬指的是這些銅線提供的帶寬，與背板帶寬有關的，是背板銅線部署的多少；交換容量是實際業務板卡與交換引擎之間的連接帶寬，真正標志了交換機總的數據交換能力，與交換容量有關的，是業務插槽與管理引擎上的交換芯片，交換容量是決定交換機性能轉發的主要因素。

所有單端口容量*端口數量之和的2倍<< span="">背板帶寬，才可以實現全雙工無阻塞交換。

5.2 滿配置吞吐量(Mpps)=滿配置GE端口數×1.488Mpps,其中1個千兆端口在包長為64字節時的理論吞吐量為1.488Mpps。例如:1臺最多能夠提供64個千兆端口的交換機，其滿配置吞吐量應達到 64×1.488Mpps = 95.2Mpps，才能夠確保在任何端口均線速工作時，提供無阻塞的包交換。假如一臺交換機最多能夠提供176個千兆端口，而宣稱的吞吐量為不到 261.8Mpps(176 x 1.488Mpps = 261.8)，那么用戶有理由認為該交換機采用的是有阻塞的結構設計。

1.488的由來：包轉發線速的衡量標準是以單位時間內發送64byte的數據包（最小包）的個數作為計算基準的。

計算方法如下：一個數據包的實際長度為(64＋8＋12)byte=(512+64+96)bit=672bit,說明：當以太網幀為64byte時，需考慮8byte的幀頭和12byte的幀間隙的固定開銷。故一個線速的千兆以太網端口在轉發64byte包時的包轉發率為1.488095Mpps=1000Mbit/s/672bit。快速以太網的線速端口包轉發率正好為千兆以太網的十分之一，為0.1488095Mpps=100Mbit/s/672bit。

對于千兆以太網，一個線速端口的包轉發率為1.488Mpps；

對于百兆以太網，一個線速端口的包轉發率為0.1488Mpps；

5.3典型的網絡設計會采用過載的設計模式

過載設計的規則：

接入層到匯聚層--過載率：10:1到20:1

匯聚層到核心層--過載率：2:1到4:1

服務器群--過載率：1:1到4:1

北京邁森關于某項目設計的拓撲圖：

北京邁森工業交換機產品展示：

MS5A系列非網管型工業以太網交換機，支持5個百兆口（最多支持2個光口）。導軌安裝，24V/220V電壓可選，寬電壓范圍輸入，并提供過載和反接保護。

MS6024MC系列千兆網管型機架式工業級以太網交換機，滿足IEC61850-3標準并符合國網A級標準，最多支持24個百兆口（最多支持24個光口），并可配置4個千兆SFP模塊。