《网络基础学习之十三》交换机技术及选购

要正确理解交换机的工作原理以及其优越性,就不能不提到交换机的一些主流交换技术,正是在这些交换技术基础上,交换机才实现了比集线器更好地性能,为此本篇介绍几个主流的交换技术,随后在本篇最后将介绍交换机选购时的一些注重事项,帮助大家正确选购 。
一、交换机的交换方式
目前交换机在传送源和目的端口的数据包时通常采用直通式交换、存储转发式和碎片隔离方式三种数据包交换方式,下面分别简述 。
1、直通交换方式
采用直通交换方式的以太网交换机可以理解为在各端口间是纵横交*的线路矩阵电话交换机 。它在输入端口检测到一个数据包时,检查该包的包头,获取包的目的地址,启动内部的动态查找表转换成相应的输出端口,在输入与输出交*处接通,把数据包直通到相应的端口,实现交换功能 。由于它只检查数据包的包头(通常只检查14个字节),不需要存储,所以切入方式具有延迟小,交换速度快的优点(所谓延迟(Latency)是指数据包进入一个网络设备到离开该设备所花的时间) 。
它的缺点主要有三个方面:一是因为数据包内容并没有被以太网交换机保存下来,所以无法检查所传送的数据包是否有误,不能提供错误检测能力;第二,由于没有缓存,不能将具有不同速率的输入/输出端口直接接通,而且轻易丢包 。假如要连到高速网络上,如提供快速以太网(100BASE-T)、FDDI或ATM连接,就不能简单地将输入/输出端口“接通”,因为输入/输出端口间有速度上的差异,必须提供缓存;第三,当以太网交换机的端口增加时,交换矩阵变得越来越复杂,实现起来就越困难 。
2、存储转发方式
存储转发(Store and Forward)是计算机网络领域使用得最为广泛的技术之一,以太网交换机的控制器先将输入端口到来的数据包缓存起来,先检查数据包是否正确,并过滤掉冲突包错误 。确定包正确后,取出目的地址,通过查找表找到想要发送的输出端口地址,然后将该包发送出去 。正因如此,存储转发方式在数据处理时延时大,这是它的不足,但是它可以对进入交换机的数据包进行错误检测,并且能支持不同速度的输入/输出端口间的交换,可有效地改善网络性能 。它的另一优点就是这种交换方式支持不同速度端口间的转换,保持高速端口和低速端口间协同工作 。实现的办法是将10Mbps低速包存储起来,再通过100Mbps速率转发到端口上 。
3、碎片隔离式(Fragment Free)
这是介于直通式和存储转发式之间的一种解决方案 。它在转发前先检查数据包的长度是否够64个字节(512 bit),假如小于64字节,说明是假包(或称残帧),则丢弃该包;假如大于64字节,则发送该包 。该方式的数据处理速度比存储转发方式快,但比直通式慢,但由于能够避免残帧的转发,所以被广泛应用于低档交换机中 。
使用这类交换技术的交换机一般是使用了一种非凡的缓存 。这种缓存是一种先进先出的FIFO(First In First Out),比特从一端进入然后再以同样的顺序从另一端出来 。当帧被接收时,它被保存在FIFO中 。假如帧以小于512比特的长度结束,那么FIFO中的内容(残帧)就会被丢弃 。因此,不存在普通直通转发交换机存在的残帧转发问题,是一个非常好的解决方案 。数据包在转发之前将被缓存保存下来,从而确保碰撞碎片不通过网络传播,能够在很大程度上提高网络传输效率 。
二、主流堆栈交换技术
通过我们前面的介绍已经知道,按交换机工作在OSI/RM堆栈协议层来分的话,目前的交换机主要有第二层、第三层和第四层交换机,它们都有其对应的主流交换技术,下面分别予以介绍 。

推荐阅读