以太網交換機的參數剖析

2019-11-05 02:06:36

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供稿：網友

　　交換機（Switch）性能的好壞將直接影響到整個網絡，因此了解一下交換機參數不僅是必要的，更有助于您更好地作出符合實際需要的選擇。目前，ATM交換機的價格居高不下，并

　　且主要應用在大型網絡的骨干網或者廣域網中，所以，我們將討論的重點集中在以太網交換機的參數剖析。
　　
　　背板帶寬與端口速率的選擇
　　
　　交換機的端口速率已經從10M、100M提高到現在的1000M，已經有人提出了兆兆位交換機的概念。從目前網絡應用的熱點來看，10兆交換機已經淡出市場。另外，由于10/100兆自適
　　應網卡的價格大幅降低，使用戶能夠在桌面上享受到快速以太網技術，進而越來越多的用戶在主干上將使用千兆以太網交換技術。1000M交換機一般應用在大型網絡的骨干網中，與ATM一樣，為用戶提供高速的主干帶寬。100M交換機將在中小型網絡的主干中發揮作用，或者在大型網絡中扮演二級交換機的角色。
　　
　　對于100M交換機來說，還有一種常見的參數是速率的自動適配，即交換機的端口速率可以與網卡匹配，決定是以10M速率還是以100M速率連接。
　　
　　雖然端口速率很重要，但是，影響交換速度的因素除了端口每秒吞吐多少數據包的能力外，還有：（1）背板帶寬：當然是越寬越好，它將為您的交換機在高負荷下提供高速交換；
　?。?）包轉發率：即交換機每秒轉發數據包的數量。
　　
　　交換方式
　　
　　我們知道，交換機將每一個端口都掛在一條帶寬很高的背板總線（Core Bus）上，背板總線與交換引擎（Switch Engining）相連，由端口進來的封裝數據包經背板總線進入交換引擎。交換機通過三種方式進行數據包的交換：
　　
　　Cut through：封裝數據包進入交換引擎后，在規定時間內丟到背板總線上，再送到目的端口，這種交換方式交換速度快，但輕易出現丟包現象；
　　
　　Store ＆ Forward：封裝數據包進入交換引擎后被存在一個緩沖區，由交換引擎轉發到背板總線上，這種交換方式克服了丟包現象，但降低了交換速度；
　　
　　Fragment Free：介于上述兩者之間的一種解決方案。
　　
　　當然，不是所有的交換機都支持上述三種交換方式，有些交換機只支持前面兩種交換方式，并不支持Fragment Free。
　　
　　模塊化還是固定配置？
　　
　　目前，市場上的交換機從設計理念上講只有兩種：一種是機箱式交換機（也稱為模塊化交換機），另一種是獨立式固定配置交換機。
　　
　　機箱式交換機最大的特色就是具有很強的可擴展性，它能提供一系列擴展模塊，諸如千兆以太網模塊、FDDI模塊、ATM模塊、快速以太網模塊、令牌環模塊等等，所以能夠將具有不
　　同協議、不同拓撲結構的網絡連接起來。它最大的缺點就是價格昂貴。機箱式交換機一般作為骨干交換機來使用。
　　
　　固定配置交換機，一般具有固定端口的配置，比如Cisco的Catalyst 1900/ 2900交換機，3Com的SuperStack Ⅱ系列，Bay的BayStack 350/ 450交換機等。固定配置交換機的可擴充性顯然不如機箱式交換機，但是成本卻要低得多。
　　
　　所以，在選擇交換機時應按照需要和經費來綜合考慮是到底購買機箱式還是固定配置的交換機。一般來說，大型網絡的中心交換機應考慮其擴充性和冗余性，適合采用機箱式交換
　　機；而二級交換機或者中小型網絡的主干則可采用簡單明了的獨立式交換機。
　　
　　專用芯片與通用芯片
　　
　　一臺交換機實際上就是一臺計算機，因此也有自己的處理器（CPU）。在100M/1000M交換機中，處理器的任務十分繁重。有些交換機的生產廠商，采用通用的CPU芯片，由于通用CPU芯片不是專為交換機設計的，所以工作效率比較低，假如多個端口同時工作，則會引起丟包、堵塞等狀況發生。
　　
　　大多數交換機生產廠商，采用自己專門設計的ASIC芯片。這種芯片由于是針對交換機而設計的，效率比較高。所以，在選用交換機時，要非凡注重交換機是否采用了ASIC專用芯片。
　　
　　您需要哪一種VLAN？
　　
　　為了減少碰撞和廣播風暴、增強安全性，用戶通常要求交換機具有劃分VLAN功能，也就是說，在交換機上實現劃分子網。VLAN是一組可以互換單一播送數據包的交換機上的端口。
　　當一個數據包從一個屬于某VLAN的端口進行廣播時，交換機收到數據包，然后將它拷貝到這
　　一VLAN所包括的所有端口上。
　　
　　一般來說，不同VLAN之間是不能互相通信的，但是有些交換機支持一個端口既可以屬于這個VLAN，又可以屬于另外一個VLAN。
　　
　　一些交換機依靠于附加的用于交換機之間進行VLAN信息通信的協議，答應一個VLAN跨越到多臺交換機的端口上。
　　
　　VLAN的劃分方式通常有如下幾種：最早的VLAN劃分是基于端口（Port Based ）的，即通過端口來劃分VLAN；現在的交換機還支持通過MAC地址（MAC Based ）和ip地址（PRotocol Based ）來劃分VLAN；一些較新的交換機，還可以通過策略服務(Policy Servie)來治理VLAN，進一步簡化了VLAN的劃分和治理。
　　
　　大部分交換機VLAN都遵循IEEE 802.1Q標準，有些交換機則遵循CGMP （Cisco Group Ma
　　nagement Protocol）專有標準。

　　
　　第三層交換還是第四層交換?
　　
　　用戶在第二層交換機上劃分子網（VLAN），其子網之間的通信有賴于路由器的溝通，這就是傳統網絡的做法。路由器的低效率和大時延使之成為網絡流量的瓶頸。于是一種同時具有第二層交換機和第三層路由器功能，并且其時延大大小于傳統路由器的全新設備應運而生了。這就是第三層交換機。第三層交換機適用在有多個子網而不同的子網之間需要互通的場合，例如大型企業網或者校園網的骨干交換機。
　　
　　值得一提的是，第三層交換的實現技術目前還沒有公認的標準，不同的廠商有不同的作法，例如：ATM論壇的MPOA、3Com的Fast IP、Cisco的Tag Switch、Ascend的IP Navigator等，當然，還有極具發展潛力的MPLS。
　　
　　有些第三層交換機具有通過辨別第四層協議端口的能力，有人就將其稱為第四層交換機。從根本上來說，第四層交換實際上就是一種第三層交換，不過是有一些增值的軟件。第四層交換實際上不在傳輸層上工作，它還是在第三層上進行交換操作，只不過是對第三層交換更加敏感而已。
　　
　　交換機之間的連接
　　
　　需要交換機之間互相連接嗎？有人認為用一根交叉的雙絞線（1、2和3、6對調）將它們連接起來就萬事大吉了，其實不然，交換機之間的連接還要考慮冗余和因此引起的帶寬瓶頸
　　問題。
　　
　　冗余連接突破瓶頸
　　
　　我們知道，在以太網環境下是不答應出現環路的，生成樹（Spanning Tree）則可以在交換機之間實現冗余連接又避免出現環路。當然，這要求交換機支持Spanning Tree。
　　
　　不過，Spanning Tree冗余連接的工作方式是Stand By，也就是說，除了一條鏈路工作外，其余鏈路實際上是處于待機（Stand By）狀態，這顯然影響傳輸的效率。一些最新的技術，例如FEC（Fast Ethernet Channel）、ALB（Advanced Load Balancing）和Port Trunkin
　　g 技術，則可以答應每條冗余連接鏈路實現負載分擔。其中FEC和ALB技術是用來實現交換機與服務器之間的連接（Server to Switch），而Port Trunking技術則是實現交換機之間的連接（Switch to Switch）。通過Port Trunking的冗余連接，交換機之間可以實現幾倍于線速帶寬的連接。
　　
　　堆疊
　　
　　提供堆疊接口的交換機之間可以通過專用的堆疊線連接起來。通常，堆疊的帶寬是交換機端口速率的幾十倍，例如，一臺100M交換機，堆疊后兩臺交換機之間的帶寬可以達到幾百
　　兆甚至上千兆。
　　
　　多臺交換機的堆疊是靠一個提供背板總線帶寬的多口堆疊母模塊與單口的堆疊子模塊相聯實現的，并插入不同的交換機實現交換機的堆疊。上聯交換機可以通過上聯端口實現與
　　骨干交換機的連接。例如，一臺具有24個10M和1個100M端口的交換機，就可以通過100M端口與100M主干交換機實現100M速率的連接。

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