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发信人: superman (☆风雨无阻☆), 信区: Network
标  题: [转载] 交换机交换什么？
发信站: 紫 丁 香 (Sun Sep  6 08:45:33 1998), 站内信件

【 以下文字转载自 cnnetwork 讨论区 】
【 原文由 Xj_J@bbs.ustc.edu.cn 所发表 】
 
            
           出版日期：1998-09-03　总期号：756　本年期号：66


      交换机交换什么？ 

      陶欣 

      　　“交换”是今天网络里出现频率最高的一个词，从桥接到路
      由到ATM直至电话系统，无论何种场合都可将其套用，一时间令
      人如坠五里迷雾，搞不清到底什么才是真正的交换。

      　　其实交换一词最早出现于电话系统，特指实现两个不同电话
      机之间话音信号的交换，完成该工作的设备就是电话交换机。所
      以从本意上来讲，交换只是一种技术概念，即完成信号由设备入
      口到出口的转发工作。因此，只要是符合该定义的所有设备都可
      被称为交换设备。由此可见，“交换”是一个涵义广泛的词语，
      当它被用来描述数据网络第二层的设备时，实际指的是一个桥接
      设备；而当它被用来描述数据网络第三层的设备时，又指的是一
      个路由设备。所以从本意上看，第二层以太网交换机实际上是一
      台多端口网桥，而第三层交换机实际上是一台基于硬件的路由
      器。

      　　既然以太网交换机是基于网络基本定义发展而来的，为了完
      整了解其涵义和功能，让我们先从几个基本概念看起。


      　　网桥与桥接


      　　网桥在网络七层架构里归类于第二层设备，因为它对数据帧
      进行处理。一个网桥一般用来连接两个或多个相似的网段（例如
      以太网段与以太网段、令牌环网段与令牌环网段等）以实现不同
      网段间的数据交换。这种设备有两个主要功能：一是把原先单一
      网段分成二个或多个网段后扩展了网络的延伸范围并可支持更多
      的上网站点，因为每个网段的带宽是10Mbps，通过网桥划分多个
      网段后就获得了多个10Mbps带宽，于是整个网络带宽得以增加；
      二是减小了整体网络的数据流量，因为网桥只会把目的MAC地址
      不在本地网段的数据帧转发到其他网段。此外，所有的广播
      （broadcast）和多播（multicast）数据帧一定会跨过网桥，因
      为这样的数据帧里没有一个实际的目的MAC地址。可见，网桥是
      一个智能设备，其内部一定会有一个类似MAC地址表的记忆机
      制，以完成在不同网段间转发数据帧的工作。

      　　明白了网桥以后再看看桥接，网桥的工作机制。如前所述，
      网桥实际上建立了一个已知MAC地址与相应端口的列表，但该表
      里的任何地址记录信息都只保持一段时间，如果在这段时间内网
      络中没有与该地址相对应的数据帧出现并被网桥检测到，那么这
      条地址记录就被删除。如果网桥收到一个目的MAC地址不在自己
      列表里的数据帧，那么该数据帧将会被转发到网桥的所有端口
      （接收到该数据帧的端口除外）。

      　　如果网桥再智能化一些，它就能知道别的端口都对应哪些
      MAC地址，并把接收到的数据帧有针对性地转发到与其目的MAC地
      址对应的哪个端口上。这实际就是一个基本的第二层以太网交换
      机。

      　　需要特别注明的一点是，由于广播数据帧没有明确的物理站
      点地址，所以会被发送到网桥的所有端口上。这对于大型网络来
      说将产生严重问题，因为在大型网络中，一台工作站发出的广播
      信息很可能引起其他工作站也产生广播以致最终导致广播风暴。
      所以在大型网络中，一定要采用一些第三层设备，以消除整体网
      络中广播风暴的可能性。


      　　路由器与路由


      　　路由器有时也被称为网关，是网络里的第三层设备，因为它
      对数据包进行处理。路由器被用来连接不同的子网以实现子网间
      的数据交换，子网与子网间可以相似（如IP子网与IP子网），也
      可以不相似（如IP子网与IPX子网），路由信息被包含在数据包
      里。路由与桥接的寻址方式不一样，在桥接这一层使用统一地址
      方式，这使得对未知地址的寻址非常困难，因而不是一个全局的
      机制；而在路由这一层使用的是分级寻址方式，即把一个地址分
      成网络地址和主机地址两部分，这样可以很好满足整体网络寻址
      的要求，高效、可行。

      　　如果路由器的工作仅仅是在子网与子网间、网络与网络间交
      换数据包的话，我们可能会买到比今天便宜得多的路由器。实际
      上路由器的工作远不止这些，它还要完成数据包过滤、数据包压
      缩、协议转换、维护路由表、计算路由、甚至防火墙等许多工
      作。而所有这些都需要大量CPU资源，因此使得路由器一方面价
      格昂贵，另一方面越来越成为网络瓶颈。

      　　但是网络中又少不了路由器所起的作用，于是有人建议在第
      二层交换机中加入一部分第三层路由的智能，这就是今天第三层
      交换概念的由来。


      　　交换机与交换


      　　从前面的讨论可以看出，我们经常说到的以太网交换机实际
      是一个基于网桥技术的多端口第二层网络设备，它为数据帧从一
      个端口到另一个任意端口的转发提供了低时延、低开销的通路。

      　　由此可见，交换机内部核心处应该有一个交换矩阵，为任意
      两端口间的通信提供通路，或是一个快速交换总线，以使由任意
      端口接收的数据帧从其他端口送出。在实际设备中，交换矩阵的
      功能往往由专门的芯片（ASIC）完成。另外，以太网交换机在设
      计思想上有一个重要的假设，即：交换核心的速度非常之快，以
      致通常的大流量数据不会使其产生拥塞，换句话说，交换的能力
      相对于所传信息量而言无穷大（与此相反，ATM交换机在设计上
      的思路是，认为交换的能力相对所传信息量而言有限）。

      　　虽然以太网第二层交换机是基于多端口网桥发展而来，但毕
      竟交换有其更丰富的特性使之不但是获得更多带宽的最好途径，
      而且还使网络更易于管理。

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※ 来源: 中国科大BBS站 [bbs.ustc.edu.cn]
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