要正確理解交換機的工作原理以及其優越性，就不能不提到交換機的一些主流交換技術，正是在這些交換技術基礎上，交換機才實現了比集線器更好地性能，為此本篇介紹幾個主流的交換技術，隨后在本篇最后將介紹交換機選購時的一些注重事項，幫助大家正確選購。

　　一、交換機的交換方式

　　目前交換機在傳送源和目的端口的數據包時通常采用直通式交換、存儲轉發式和碎片隔離方式三種數據包交換方式，下面分別簡述。

　　1、直通交換方式

　　采用直通交換方式的以太網交換機可以理解為在各端口間是縱橫交*的線路矩陣電話交換機。它在輸入端口檢測到一個數據包時，檢查該包的包頭，獲取包的目的地址，啟動內部的動態查找表轉換成相應的輸出端口，在輸入與輸出交*處接通，把數據包直通到相應的端口，實現交換功能。由于它只檢查數據包的包頭（通常只檢查14個字節），不需要存儲，所以切入方式具有延遲小，交換速度快的優點（所謂延遲（Latency）是指數據包進入一個網絡設備到離開該設備所花的時間）。

　　它的缺點主要有三個方面：一是因為數據包內容并沒有被以太網交換機保存下來，所以無法檢查所傳送的數據包是否有誤，不能提供錯誤檢測能力；第二，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，而且輕易丟包。假如要連到高速網絡上，如提供快速以太網（100BASE－T）、FDDI或ATM連接，就不能簡單地將輸入／輸出端口“接通”，因為輸入／輸出端口間有速度上的差異，必須提供緩存；第三，當以太網交換機的端口增加時，交換矩陣變得越來越復雜，實現起來就越困難?！?/P>

　　2、存儲轉發方式

　　存儲轉發（Store and Forward）是計算機網絡領域使用得最為廣泛的技術之一，以太網交換機的控制器先將輸入端口到來的數據包緩存起來，先檢查數據包是否正確，并過濾掉沖突包錯誤。確定包正確后，取出目的地址，通過查找表找到想要發送的輸出端口地址，然后將該包發送出去。正因如此，存儲轉發方式在數據處理時延時大，這是它的不足，但是它可以對進入交換機的數據包進行錯誤檢測，并且能支持不同速度的輸入／輸出端口間的交換，可有效地改善網絡性能。它的另一優點就是這種交換方式支持不同速度端口間的轉換，保持高速端口和低速端口間協同工作。實現的辦法是將10Mbps低速包存儲起來，再通過100Mbps速率轉發到端口上?！?/P>

　　3、碎片隔離式（Fragment Free）

　　這是介于直通式和存儲轉發式之間的一種解決方案。它在轉發前先檢查數據包的長度是否夠64個字節（512 bit），假如小于64字節，說明是假包（或稱殘幀），則丟棄該包；假如大于64字節，則發送該包。該方式的數據處理速度比存儲轉發方式快，但比直通式慢，但由于能夠避免殘幀的轉發，所以被廣泛應用于低檔交換機中。

　　使用這類交換技術的交換機一般是使用了一種非凡的緩存。這種緩存是一種先進先出的FIFO（First In First Out），比特從一端進入然后再以同樣的順序從另一端出來。當幀被接收時，它被保存在FIFO中。假如幀以小于512比特的長度結束，那么FIFO中的內容（殘幀）就會被丟棄。因此，不存在普通直通轉發交換機存在的殘幀轉發問題，是一個非常好的解決方案。數據包在轉發之前將被緩存保存下來，從而確保碰撞碎片不通過網絡傳播，能夠在很大程度上提高網絡傳輸效率。

　　二、主流堆棧交換技術

　　通過我們前面的介紹已經知道，按交換機工作在OSI／RM堆棧協議層來分的話，目前的交換機主要有第二層、第三層和第四層交換機，它們都有其對應的主流交換技術，下面分別予以介紹。

　　1、第二層交換技術

　　90年代初，在網絡系統集成模式中大量引入了局域網交換機。局域網交換機是一種第二層網絡設備，交換機在操作過程中不斷地收集資料去建立它本身的地址表，這個表相當簡單，主要標明某個MAC地址是在哪個端口上被發現的。當交換機接收到一個數據封包時，它檢查該封包的目的MAC地址，核對一下自己的地址表以決定從哪個端口發送出去。而不是象集線器那樣，任何一個發送方數據都會出現在集線器的所有端口上（不管是否為你所需）。這時的交換機因為其只能工作在OSI／RM的第二層，所以也就稱之為第二層交換機，所采用的技術也就稱之為“第二層交換技術”。

　　“第二層交換”是指OSI第二層或稱MAC層的交換。第二層交換機的引入，使得網絡站點間可獨享帶寬，消除了無謂的碰撞檢測和出錯重發，提高了傳輸效率，在交換機中可并行的維護幾個獨立的、互不影響的通信進程。在交換網絡環境下，用戶信息只在源節點與目的節點之間進行傳送，其他節點是不可見的。但有一點例外，當某一節點在網上發送廣播或多目廣播時，或某一節點發送了一個交換機不熟悉的MAC地址封包時，交換機上的所有節點都將收到這一廣播信息。整個交換環境構成一個大的廣播域。也就是說第二層交換機仍可能存在“廣播風暴”，廣播風暴會使網絡的效率大打折扣，但出現情況的情形的比率比起集線器來說要少許多。

　　第二層交換仍存在“廣播風暴”的弱點，同時，使用第二層交換并不能給路由器的功能帶來什么進步。這樣的結果是，第二層交換只能在本地不含任何路由器的工作組中取得性能的提高。在使用第二層交換的工作組之間，通過路由器的端到端性能會因為路由器阻塞而掉包，從而導致實質上的性能下降。正因如此，其于路由方式的第三交換技術順應時代的需要而產生了。

　　2．第三層交換技術

　　在網絡系統集成的技術中，直接面向用戶的第一層接口和第二層交換技術方面已得到令人滿足的答案。但是，作為網絡核心、起到網間互連作用的路由器技術卻沒有質的突破。傳統的路由器基于軟件，協議復雜，與局域網速度相比，其數據傳輸的效率較低。但同時它又作為網段（子網，虛擬網）互連的樞紐，這就使傳統的路由器技術面臨嚴重的挑戰。隨著Internet、Intranet的迅猛發展和B／S（瀏覽器／服務器）計算模式的廣泛應用，跨地域、跨網絡的業務急劇增長，業界和用戶深感傳統的路由器在網絡中的瓶頸效應，改進傳統的路由技術已迫在眉睫。在這種情況下，一種新的路由技術應運而生，這就是第三層交換技術。說它是路由器，因為它可操作在網絡協議的第三層，是一種路由理解設備并可起到路由決定的作用；說它是交換器，是因為它的速度極快，幾乎達到第二層交換的速度。

　　一個具有第三層交換功能的設備是一個帶有第三層路由功能的第二層交換機，但它是二者的有機結合，并不是簡單的把路由器設備的硬件及軟件簡單地疊加在局域網交換機上。從硬件的實現上看，目前，第二層交換機的接口模塊都是通過高速背板／總線（速率可高達幾十Gbit／s）交換數據的。在第三層交換機中，與路由器有關的第三層路由硬件模塊也插接在高速背板／總線上，這種方式使得路由模塊可以與需要路由的其他模塊間高速的交換數據，從而突破了傳統的外接路由器接口速率的限制（10Mbit／s——100Mbit／s）。在軟件方面，第三層交換機也有重大的舉措，它將傳統的基于軟件的路由器軟件進行了界定。目前基于第三層交換技術的第三層交換機得到了廣泛的應用，并得到了用戶一致的贊同。

　　3、第四層交換

　　雖然第三層交換技術使得用戶可在工作組之間獲得無失真的100Mbps、1000Mbps的數據交換速率。但這一切還得有一個先決條件，那就是只有當用戶和服務器本身都能跟上網絡中的帶寬增長，包的傳輸可以達到系統的極限，即達到CPU能夠處理的最大速度，才是真正的成功。目前的主要問題在于提高服務器的能力，因為越來越多功能強大的工作站連到Ethernet交換的桌面上，用戶桌面的能力并沒有得到充分的發揮。

　　假如服務器容量能夠滿足需求，問題解決起來就相當簡單。不幸的是，即使是最簡單的對稱多處理服務器的CPU升級也需要大量的時間，而且需要冗長繁雜的計劃和治理。當一個網絡的基礎結構建立在G比特速率的第二層和第三層交換上，有高速WAN接入，服務器問題就將成為隨之而來的瓶頸。也就是說假如服務器速度跟不上，即使是具有最快速交換的網絡也不能完全確保端到端的性能?？梢韵胂窀邇炏葯嗟臉I務在這種QoS使能的網絡中會因服務器中低優先權的業務隊列而阻塞。在更糟的情況下，服務器甚至會喪失循環處理業務的能力。在這樣的需求背景下，第四層交換技術也就設計產生了，基于服務器設計的第四層交換擴展了服務器、第二層、第三層交換的性能和業務流的治理功能。

　　第四層交換功能就像是虛ip，直接指向物理服務器。它傳輸的業務服從的協議多種多樣，有HTTP、FTP、NFS、Telnet或其他協議。這些業務在物理服務器基礎上，需要復雜的載量平衡算法。在IP世界，業務類型由終端TCP或UDP端口地址來決定，在第四層交換中的應用區間則由源端和終端IP地址、TCP和UDP端口共同決定。

　　在第四層交換中為每個供搜尋使用的服務器組設立虛IP地址（VIP），每組服務器支持某種應用。在域名服務器（DNS）中存儲的每個應用服務器地址是VIP，而不是真實的服務器地址。當某用戶申請應用時，一個帶有目標服務器組的VIP連接請求（例如一個TCPSYN包）發給服務器交換機。服務器交換機在組中選取最好的服務器，將終端地址中的VIP用實際服務器的IP取代，并將連接請求傳給服務器。這樣，同一區間所有的包由服務器交換機進行映射，在用戶和同一服務器間進行傳輸。第四層交換技術的優點主要體現在以下幾個方面：

　?。?）、從操作方面來看，第四層交換是穩固的，因為它將包控制在從源端到目的端的區間中。
　?。?）、另一方面，路由器或第三層交換技術，只針對單一的包進行處理，不清楚上一個包從哪來、也不知道下一個包的情況。它們只是檢測包報頭中的TCP端口數字，根據應用建立優先級隊列。路由器根據鏈路和網絡可用的節點決定包的路由。
　　（3）、第四層交換使用第三層和第四層信息包的報頭信息，根據應用區間識別業務流，將整個區間段的業務流分配到合適的應用服務器進行處理。每個開放的區間與特定的服務器相關，為跟蹤服務器，第四層交換使用多個服務器支持的非凡應用，隨著服務器的增加而增強網絡的整體性能。同時，第四層交換通過減少對任何特定服務器的依靠性而提高應用的可*性。
　　（4）、第四層交換也要求端到端QoS，提高第二層和第三層交換中一包接一包QoS傳輸的能力。例如，從級別高用戶來的業務或重要應用的網絡業務流，可以分配給最快的I／O系統和CPU，而普通的業務就分配給性能較差的機器。

　　以上介紹了一些基本的第二層、第三層和第四層交換技術，其實還有許多復雜、先進的交換技術，在此就不作具體介紹了。同時要注重，以上所介紹的這些交換技術并不是只能單獨存在，也許它們結合使用更具有優勢，例如第二層、第三層和第四層交換在校園網絡中可以有很好的應用。第二層交換機連接用戶和網絡，在子網中指引業務流，第三層交換機或路由器將包從一個子網傳到另一個子網，第四層交換機將包傳到終端服務器。

　　三、交換機的選購

　　交換機雖然目前有進入到桌面的趨勢，但是對于一些比較高檔的交換來說一般只有在較大型的局域網中存在，而且由于交換機歷來在人們心中的神秘性決定了在交換機的選購方面多數情況下是商家說了算。

　　在交換機的選購方面要注重的事項比較多，不再是像集線器一樣那么幾個簡單的參數就可決定的。下面所列的是在交換機選購時要注重的幾個主要方面。

　　1．轉發方式

　　數據包的轉發方式在前面已經介紹過，主要分為“直通式轉發”（現為準直通式轉發）和“存儲式轉發”。由于不同的轉發方式適應于不同的網絡環境，因此，應當根據自己的需要作出相應的選擇。直通式由于只檢查數據包的包頭，不需要存儲，所以切入方式具有延遲小，交換速度快的優點。但同時它又具有以以上所介紹的三個缺點。

　　存儲轉發方式在數據處理時延時大，但它可以對進入交換機的數據包進行錯誤檢測，并且能支持不同速度的輸入／輸出端口間的交換，有效地改善網絡性能。同時這種交換方式支持不同速度端口間的轉換，保持高速端口和低速端口間協同工作。

　　低端交換機通常只擁有一種轉發模式，或是存儲轉發模式，或是直通模式，往往只有中高端產品才兼具兩種轉發模式，并具有智能轉換功能，可根據通信狀況自動切換轉發模式。通常情況下，假如網絡對數據的傳輸速率要求不是太高，可選擇存儲轉發式交換機；假如網絡對數據的傳輸速率要求較高，可選擇直通轉發式交換機。

　　2．延時

　　交換機的延時（Latency）也稱延遲時間，是指從交換機接收到數據包到開始向目的端口發送數據包之間的時間間隔。這主要受所采用的轉發技術等因素的影響，延時越小，數據的傳輸速率越快，網絡的效率也就越高。非凡是對于多媒體網絡而言，較大的數據延遲，往往導致多媒體的短暫中斷，所以交換機的延遲時間越小越好，同時要注重的中，延時越小的交換機價格也就越貴。

　　3．治理功能

　　交換機的治理功能（Management）是指交換機如何控制用戶訪問交換機，以及系統治理人員通過軟件對交換機的可治理程度如何。假如需要以上配置和治理，則須選擇網管型交換機，否則只需選擇非網管型的。目前幾乎所有中、高檔交換機都是可網管的，一般來說所有的廠商都會隨機提供一份本公司開發的交換機治理軟件，所有的交換機都能被第三方治理軟件所治理。低檔的交換機來通常不具有網管功能，屬“傻瓜”型的，只需接上電源、插好網線即可正常工作。網管型價格要貴許多。

　　4．MAC地址數

　　通常前面的介紹，我們知道交換機之所以能夠直接對目的節點發送數據包，而不是像集線器一樣以廣播方式對所有節點發送數據包，最要害的技術就是交換機可以識別連在網絡上的節點的網卡MAC地址，形成一個MAC地址表。這個MAC地址表存放于交換機的緩存中，并記住這些地址，這樣一來當需要向目的地址發送數據時，交換機就可在MAC地址表中查找這個MAC地址的節點位置，然后直接向這個位置的節點發送。

　　但是不同檔次的交換機每個端口所能夠支持的MAC數量不同。在交換機的每個端口，都需要足夠的緩存來記憶這些MAC地址，所以Buffer容量的大小就決定了相應交換機所能記憶的MAC地址數多少。通常交換機只要能夠記憶1024個MAC地址基本上就可以了，而一般的交換機通常都能做到這一點，所以假如對網絡規模不是很大的情況下，這參數無需太多考慮。當然越是高檔的交換機能記住的MAC地址數就越多，這在選擇時要視所連網絡的規模而定了。

　　5．背板帶寬

　　現在越來越多的100M交換到桌面方案是以實現VOD（視頻點播）為目的，假如您有同樣需求，在選購交換器時應注重交換機背板帶寬，當然是越寬越好，它將為您的交換器在高負荷下提供高速交換。由于所有端口間的通訊都需要通過背板完成，所以背板所能夠提供的帶寬就成為端口間并發通訊時的總帶寬。帶寬越大，能夠給各通訊端口提供的可用帶寬越大，數據交換速度越快；帶寬越小，則能夠給各通訊端口提供的可用帶寬越小，數據交換速度也就越慢。因此，在端口帶寬、延遲時間相同的情況下，背板帶寬越大，交換機的傳輸速率則越快。

　　6．端口

　　交換機也與集線器一樣，也有端口帶寬之分，但這里所指的帶寬與集線器的端口帶寬不一樣，因為這里交換機上所指的端口帶寬是獨享的，而集線器上端口的帶寬是共享的。交換機的端口帶寬目前主要包括10M、100M和1000M三種，但就這三種帶寬又有不同的組合形式，以滿足不同類型網絡的需要。最常見的組合形式包括n＊100M＋m＊10M、n＊10／100M、n＊1000M＋m＊100M和n＊1000M四種。

　　n＊100M＋m＊10M就是在一個交換機上同時有“n”個100Mbps帶寬的端口和“m”個10Mbps帶寬的端口，這“n＋m”就是交換機的端口總和。當然這“n”與“m”可以是相同的，也可以是不同的，一般來說這“n”數要遠比“m”數小。這種組合的交換機既可以作為小型廉價網絡的中心節點，也可以用于大、中型網絡中的工作組交換機。因為它也具有100Mbps帶寬的端口，適合于大型網絡的連接，100M端口一般用于服務器或主干網段的連接，或者用于級聯至另一臺交換機，10M端口則用于直接連接工作站計算機，從而實現不同交換機端口之間的高速連接，并滿足網絡內所有計算機對服務器高速連接的需求。該類交換機的最大特點就是價格低廉，且基本能夠滿足網絡的所有需求。

　　n＊10／100M，這種組合的交換機相比前面那種又要先進一些，因為它的每個端口都可以自適應地達到10Mbps或100Mbps的帶寬，這比固定幾個100Mbps帶寬的交換機當然是方便許多，在性能方面也肯定要好許多。目前這種組合方式的交換機是當前市場上的主流產品，能夠自動適應10Mbps或100Mbps的速率，可以無縫連接以太網和快速以太網。該類型的交換機既可以作為工作組交換機直接連接客戶機，實現100Mbps到桌面的高速交換，也可以作為小型網絡中心節點。當直接連接至計算機時，在全雙工狀態下收發各占100Mbps帶寬，從而能夠實現200Mbps的帶寬。當與n＊100M＋m＊10M類型的交換機連接時，為連接至不同端口的交換機提供較快鏈路，滿足多個端口間同時傳輸數據的需要。

　　n＊1000M＋m＊100M與上面所介紹的“n＊100M＋m＊10M”組合形式的交換組合方式類似，只不過這里所指的帶寬是“1000Mbps 與100Mbps”帶寬，而不是“10Mbps與100Mbps”帶寬的。這種端口配置的含義也是這種交換機同時具有n個1000Mbps帶寬的端口和m個100Mbps帶寬的端口，這里的“n＋m”也一般是交換機的端口總數，但一般來說“n”值要遠小于“m”值。目前這種配置的交換機已經逐漸由中心交換機和骨干交換機，慢慢地向大中型網絡普及。也可作為小型網絡中的中心交換機或骨干交換機，對上可直接連接至服務器，對下可連接各組交換機。千兆的帶寬不僅能夠很好地解決多用戶對服務器突發性地訪問問題，消除了服務器的瓶頸問題，而且還能夠很好地解決高速交換機之間的互聯問題，消除了級聯端口的帶寬瓶頸。當然這種交換機目前來說對于中、小型的單位來說還是有點貴。

　　n＊1000M，這種交換機是目前很先進的一種，當然價格也是很貴的，因為它提供了全部都是1000Mbps的端口帶寬，這種交換機目前一般是充當在大中型網絡中心交換機或骨干交換機的角色。在中、小型企業單位局域網中一般來說還是很產見的，因為它實在太貴了，而且對于中、小型個、事業單位的局域網也根本用不上這1000Mbps的帶寬。

　　7．光纖解決方案

　　最后要談一點就是光纖的選擇了，假如你的布線中必須選用光纖，則在您的交換機選擇方案中可以有以下三種方案：其一選擇具有光纖接口的交換機；另外還可以在模塊結構的交換機中加裝光纖模塊；最后一種就是加裝光纖與雙絞線的轉發器。第一種性能最好，但不夠靈活，而且價格較貴；第二種方案具有較強的靈活配置能力，性能也較好，但價格最貴；最后一種方案價格最便宜，但性能受影響較大。

　　好了，有關交換機的基本技術及選購注重事項就簡單介紹至此，下一篇就要正式介紹交換機的另一重要方面，即交換機的配置，這對于網管員來說是非常重要，而且是必須把握，敬請關注！