交換機的用途有哪些?與集線器比較有哪些優(yōu)勢?
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交換機的主要功能包括物理編址、網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)、錯誤校驗、幀序列以及流控。交換機還具備了一些新的功能,如對VLAN(虛擬局域網(wǎng))的支持、對鏈路匯聚的支持,甚至有的還具有防火墻的功能。接下來就由
飛暢科技的小編帶大家詳細了解下交換機的用途有哪些吧!
學習:
以太網(wǎng)交換機了解每一端口相連設備的MAC地址,并將地址同相應的端口映射起來存放在交換機緩存中的MAC地址表中。
轉(zhuǎn)發(fā)/過濾:當一個數(shù)據(jù)幀的目的地址在MAC地址表中有映射時,它被轉(zhuǎn)發(fā)到連接目的節(jié)點的端口而不是所有端口(如該數(shù)據(jù)幀為廣播/組播幀則轉(zhuǎn)發(fā)至所有端口)。
消除回路:當交換機包括一個冗余回路時,以太網(wǎng)交換機通過生成樹協(xié)議避免回路的產(chǎn)生,同時允許存在后備路徑。
交換機除了能夠連接同種類型的網(wǎng)絡之外,還可以在不同類型的網(wǎng)絡(如以太網(wǎng)和快速以太網(wǎng))之間起到互連作用。如今許多交換機都能夠提供支持快速以太網(wǎng)或FDDI等的高速連接端口,用于連接網(wǎng)絡中的其它交換機或者為帶寬占用量大的關鍵服務器提供附加帶寬。
一般來說,交換機的每個端口都用來連接一個獨立的網(wǎng)段,但是有時為了提供更快的接入速度,我們可以把一些重要的網(wǎng)絡計算機直接連接到交換機的端口上。這樣,網(wǎng)絡的關鍵服務器和重要用戶就擁有更快的接入速度,支持更大的信息流量。
最后簡略的概括一下交換機的基本功能:
1. 像集線器一樣,交換機提供了大量可供線纜連接的端口,這樣可以采用星型拓撲布線。
2. 像中繼器、集線器和網(wǎng)橋那樣,當它轉(zhuǎn)發(fā)幀時,交換機會重新產(chǎn)生一個不失真的方形電信號。
3. 像網(wǎng)橋那樣,交換機在每個端口上都使用相同的轉(zhuǎn)發(fā)或過濾邏輯。
4. 像網(wǎng)橋那樣,交換機將局域網(wǎng)分為多個沖突域,每個沖突域都是有獨立的寬帶,因此大大提高了局域網(wǎng)的帶寬。
5. 除了具有網(wǎng)橋、集線器和中繼器的功能以外,交換機還提供了更先進的功能,如虛擬局域網(wǎng)(VLAN)和更高的性能。
傳統(tǒng)
交換機從網(wǎng)橋發(fā)展而來,屬于OSI第二層即數(shù)據(jù)鏈路層設備。它根據(jù)MAC地址尋址,通過站表選擇路由,站表的建立和維護由交換機自動進行。路由器屬于OSI第三層即網(wǎng)絡層設備,它根據(jù)IP地址進行尋址,通過路由表路由協(xié)議產(chǎn)生。交換機最大的好處是快速,由于交換機只須識別幀中MAC地址,直接根據(jù)MAC地址產(chǎn)生選擇轉(zhuǎn)發(fā)端口算法簡單,便于ASIC實現(xiàn),因此轉(zhuǎn)發(fā)速度極高。但交換機的工作機制也帶來一些問題。
1.回路:根據(jù)交換機地址學習和站表建立算法,交換機之間不允許存在回路。一旦存在回路,必須啟動生成樹算法,阻塞掉產(chǎn)生回路的端口。而路由器的路由協(xié)議沒有這個問題,路由器之間可以有多條通路來平衡負載,提高可靠性。
2.負載集中:交換機之間只能有一條通路,使得信息集中在一條通信鏈路上,不能進行動態(tài)分配,以平衡負載。而路由器的路由協(xié)議算法可以避免這一點,OSPF路由協(xié)議算法不但能產(chǎn)生多條路由,而且能為不同的網(wǎng)絡應用選擇各自不同的最佳路由。
3.廣播控制:交換機只能縮小沖突域,而不能縮小廣播域。整個交換式網(wǎng)絡就是一個大的廣播域,廣播報文散到整個交換式網(wǎng)絡。而路由器可以隔離廣播域,廣播報文不能通過路由器繼續(xù)進行廣播。
4.子網(wǎng)劃分:交換機只能識別MAC地址。MAC地址是物理地址,而且采用平坦的地址結(jié)構(gòu),因此不能根據(jù)MAC地址來劃分子網(wǎng)。而路由器識別IP地址,IP地址由網(wǎng)絡管理員分配,是邏輯地址且IP地址具有層次結(jié)構(gòu),被劃分成網(wǎng)絡號和主機號,可以非常方便地用于劃分子網(wǎng),路由器的主要功能就是用于連接不同的網(wǎng)絡。
5.保密問題:雖說交換機也可以根據(jù)幀的源MAC地址、目的MAC地址和其他幀中內(nèi)容對幀實施過濾,但路由器根據(jù)報文的源IP地址、目的IP地址、TCP端口地址等內(nèi)容對報文實施過濾,更加直觀方便。
人工交換
電信號交換的歷史應當追溯到電話出現(xiàn)的初期。當電話被發(fā)明后,只需要一根足夠長的導線,加上末端的兩臺電話,就可以使相距很遠的兩個人進行語音交談。 [3]
電話增多后,要使每個擁有電話的人都能相互通信,我們不可能每兩臺電話機之間都拉上一根線。于是人們設立了電話局,每個電話用戶都接一根線到電話局的一個大電路板上。當A希望和B通話時,就請求電話局的接線員接通B的電話。接線員用一根導線,一頭插在A接到電路板上的孔,另一頭插到B的孔,這就是“接續(xù)”,相當于臨時給A和B拉了一條電話線,這時雙方就可以通話了。當通話完畢后,接線員將電線拆下,這就是“拆線”。整個過程就是“人工交換”,它實際上就是一個“合上開關”和“斷開開關”的過程。因此,把“交換”譯為“開關”從技術上講更容易讓人理解。
電路程控
人工交換的效率太低,不能滿足大規(guī)模部署電話的需要。隨著半導體技術的發(fā)展和開關電路技術的成熟,人們發(fā)現(xiàn)可以利用電子技術替代人工交換。電話終端用戶只要向電子設備發(fā)送一串電信號,電子設備就可以根據(jù)預先設定的程序,將請求方和被請求方的電路接通,并且獨占此電路,不會與第三方共享(當然,由于設計缺陷的緣故,可能會出現(xiàn)多人共享電路的情況,也就是俗稱的“串線”)。這種交換方式被稱為“程控交換”。而這種設備也就是“程控交換機”。 由于程控交換的技術長期被發(fā)達國家壟斷,設備昂貴,我國的電話普及率一直不高。隨著當年華為、中興通訊等企業(yè)陸續(xù)自主研制出程控交換機,電話在我國得到迅速地普及。
語音程控交換機普遍使用的通信協(xié)議為七號信令(Signalling System No.7)
與集線器比較
1.從OSI體系結(jié)構(gòu)來看,集線器屬于第一層物理層設備,而交換機屬于OSI的第二層數(shù)據(jù)鏈路層設備。也就是說集線器只是對數(shù)據(jù)的傳輸起到同步、放大和整形的作用,對于數(shù)據(jù)傳輸中的短幀、碎片等無法進行有效的處理,不能保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾院驼_性;而交換機不但可以對數(shù)據(jù)的傳輸做到同步、放大和整形,而且可以過濾短幀、碎片等。
2.從工作方式看,集線器是一種廣播模式,也就是說集線器的某個端口工作的時候,其它所有端口都能夠收聽到信息,容易產(chǎn)生廣播風暴,當網(wǎng)絡較大時網(wǎng)絡性能會受到很大影響;而交換機就能夠避免這種現(xiàn)象,當交換機工作的時候,只有發(fā)出請求的端口與目的端口之間相互響應而不影響其它端口,因此交換機就能夠隔離沖突域并有效地抑制廣播風暴的產(chǎn)生。
3.從帶寬來看,集線器不管有多少個端口,所有端口都共享一條帶寬,在同一時刻只能有兩個端口傳送數(shù)據(jù),其它端口只能等待,同時集線器只能工作。在半雙工模式下;而對于交換機而言,每個端口都有一條獨占的帶寬,當兩個端口工作時不影響其它端口的工作,同時交換機不但可以工作,在半雙工模式下而且可以工作在全雙工模式下。