关于以太网交换机

关于以太网交换机

交换机是一个具有简化、低价、高性能和高端口密集特点的产品。我们常见到的10/100M自适应交换机是如图1所示的长方体。

面板上一般都提供有一排N个RJ-45 10/100Mbps自适应接口(视几口交换机而定)、Slot1接口和RS-232接口。交换机也是一个电子设备，因此需要电源，背部面板上主要有交流电源插座、电源开关。交换机有指示多种状态的LED指示灯，常见有(Power)电源指示灯、碰撞(Collision)指示灯及每个RJ-45接口对应的监视端口通信状态指示灯。监视端口通信状态指示灯能够显示系统和端口连接状态，并能监视每个端口的活动，这些指示灯提供了监视网络活动和解决网络问题的强有力的工具。

以太网交换机是基于以太网传输数据的交换机，以太网采用共享总线型传输媒体方式的局域网。以太网交换机的结构是每个端口都直接与主机相连，并且一般都工作在全双工方式。交换机能同时连通许多对端口，使每一对相互通信的主机都能像独占通信媒体那样，进行无冲突地传输数据。

以太网交换机应用最为普遍，价格也较便宜。档次齐全。因此，应用领域非常广泛，在大大小小的局域网都可以见到它们的踪影。以太网交换机通常都有几个到几十个端口。实质上就是一个多端口的网桥。另外，它的端口速率可以不同，工作方式也可以不同，如可以提供10M、100M的带宽、提供半双工、全双工、自适应的工作方式等。

以太网交换机堆叠的最大特点就是速率快，比交换机端口快很多倍，而且并不是所有的交换机都支持以太网交换机的堆叠，当单一交换机锁能够提供的端口不足以满足网络计算机需求时，必须以两个以上的交换机提供相应数量的端口，这也要设计交换机之间链接的问题。从根本上来讲，交换机之间的链接方式不外乎两种情况，一是以太网交换机堆叠，二是级联。

提供以太网交换机堆叠接口的交换机之间可以通过专用的以太网交换机堆叠线连接起来。通常，以太网交换机堆叠的带宽是交换机端口速率的几十倍，例如，一台100Mbps交换机，堆叠后两台交换机之间的带宽可以达到几百兆甚至上千兆。多台以太网交换机堆叠是靠一个提供背板总线带宽的多口堆叠母模块与单口的堆叠子模块相联实现的，并插入不同的交换机实现以太网交换机堆叠。

但是，并不是所有的交换机都支持以太网交换机堆叠的，这取决于交换机的品牌、甚至是型号是否支持以太网交换机堆叠。以太网交换机堆叠不仅通常需要使用专门的堆叠电缆，而且甚至需要专门的以太网交换机堆叠模块。另外，同一叠堆中的交换机必须是同一品牌，否则，根本没有办法以太网交换机堆叠。因此，如果准备使用以太网交换机堆叠的方式扩充端口，就必须事先做好购置计划。交换机的堆叠是扩展端口最快捷、最便利的方式。以太网交换机堆叠的优点实在多多，主要包括以下几个方面：

（一）高密度端口

不同品牌的交换机支持堆叠的层数有所不同，一般情况下，最少可堆叠2层，而最多可堆叠至8层，因此，可在一个狭小的空间内为密集的计算机网络提供上百个端口。

（二）便于管理

不仅相同品牌或不同品牌的交换机之间都可以通过级联的方式而扩展端口，而且交换机和集线器之间也可以通过级联的方式进行。因此，级联通常是解决不同品牌交换机如何连接的有效手段。

以太网交换机工作于OSI网络参考模型的第二层（即数据链路层），是一种基于MAC地址识别、完成以太网数据帧转发的网络设备。

交换机上用于链接计算机或其他设备的插口称作端口。计算机借助网卡通过网线连接到交换机的端口上。网卡、交换机和路由器的每个端口都具有一个MAC 地址，由设备生产厂商固化在设备的EPROM中。MAC由IEEE负责分配，每个MAC地址都是全球唯一的。MAC地址是长度为48位的二进制，前24位由设备生产厂商标识符，后24位生产厂商自行分配的序列号。

交换机在端口上接受计算机发送过来的数据帧，根据帧头的目的MAC地址查找MAC地址表然后将该数据帧从对应端口上转发出去，从而实现数据交换。

交换机的工作过程可以概括为“学习、记忆、接收、查表、转发”等几个方面：通过“学习”可以了解到每个端口上所连接设备的MAC地址；将MAC地址与端口编号的对应关系“记忆”在内存中，生产MAC地址表；从一个端口“接收”到数据帧后，在MAC地址表中“查找”与帧头中目的MAC地址相对应的端口编号，然后，将数据帧从查到的端口上“转发”出去。

交换机分割冲突域，每个端口独立成一个冲突域。每个端口如果有大量数据发送，则端口会先将收到的等待发送的数据存储到寄存器中，在轮到发送时再发送出去。

虽然交换机与集线器在功能上是基本相同的，但是它们还是有些区别。在不考虑冲撞的情况下，当有一个封包送到了集线器，其目的地是A，集线器会将此封包复制到所有的端口而不管A在哪里，同样要是送到交换机上，首先交换机先查询是否有A的地址，如果没有的话则与集线器一样复制到所有的端口，如果有的话则将封包单单复制到送到A的端口上而已，这样做有何差别呢？当有大量的资料在网络上流动，而每笔资料都要传送到每个端口上这样会浪费大量的频宽且会干扰其他端口资料的传送，要是使用交换机就不会有此问题了。

交换机作为企业网络的核心连接设备，它的性能是保障企业网络速度的主要标准。目前企业推出各种以太网交换机，很多参数性能都是厂商自己标注，这些性能参数跟交换机的实际情况有差异。硬件网络测试仪

厂商生产某一款产品，当然不能过分的夸大、虚标参数，因为业界有同样对产品性能进行测试的设备。对于普通的家用无线网络设备，采用软件测试就可以，但是对于大型网络用的设备，就需要用到硬件网络测试设备。对以太网交换机测试比较出名的硬件设备就是IXIA1600，使用的IXIA1600是可用于多种网络设备性能测试的负载生成器和分析仪，可测试的设备包括交换机、路由器、有线和无线Modem等边缘和骨干网络设备。

利用IXIA性能分析系统，可以对构筑高速数据通信网络的各种设备的性能指标进行精确可靠的分析检测。IXIA性能分析系统广泛应用于设备开发、生产及质量认证的各个环节，以及网络的基准测试、开通测试、QoS测试、前瞻性和升级测试。

交换机测试

交换机测试主要使用IXIA1600测试仪的ScripMate软件配置和运行各项指

标测试，ScriptMate专门为RFC2544和RFC2285设计了标准自动化脚本，我们根据自己的需求可以轻松地定义各种参数，同时能够产生详细的日志文件和描述结果的文件。

在测试时，IXIA1600所有端口在默认状态下都允许自适应并关闭流控，此次所有测试都考虑了64字节、512字节、1518字节三种典型长度的帧，除非特别指明，测试都在全双工状态下进行。为了确保测试条件的可靠性和准确性，每项测试均重复了三次。最后的结果是取三次测试的平均值。为了帮助读者比较清楚地了解以太网交换机的性能全貌，利用IXIA1600测试仪器对涉及交换机性能中的9项主要指标进行了测试。

1、吞吐量作为用户选择和衡量以太网交换机性能最重要的指标之一，吞吐量的高低决定了以太网交换机在没有丢帧的情况下发送和接收帧的最大速率。在测试时，我们在满负载状态下进行。该测试配置为一对一映射。

2、帧丢失率该测试决定以太网交换机在持续负载状态下应该转发，但由于缺乏资源而无法转发的帧的百分比。帧丢失率可以反映交换机在过载时的性能状况，这对于指示在广播风暴等不正常状态下交换机的运行情况非常有用。

3.Back-to-Back该测试考量交换机在不丢帧的情况下能够持续转发数据帧的数量。该参数的测试能够反映数据缓冲区的大小。

4、延迟该项指标能够决定数据包通过交换机的时间。延迟如果是FIFO(FirstinandFirstOut),即指的是被测设备从收到帧的第一位达到输入端口开始到发出帧的第一位达到输出端口结束的时间间隔。最初将发送速率设定为吞吐量测试中获得的速率，在指定间隔内发送帧，一个特定的帧上设置为时间标记帧。标记帧的时间标签在发送和接收时都被记录下来，二者之间的差异就得出延迟时间。

5、错误帧过滤该测试项目决定以太网交换机能否正确过滤某些错误类型的帧，比如过小帧、超大帧、CRC错误帧、Fragment、Alignment错误和Dribble 错误，过小帧指的是小于64字节的帧，包括1

6、24、32、63字节帧，超大帧指的是大于1518字节的帧，包括1519、2000、4000、8000字节帧，Fragment 指的是长度小于64字节的帧，CRC错误帧指的是帧校验和错误，Dribble帧指的是在正确的CRC校验帧后有多余字节，交换机对于Dribble帧的处理通常是将其更正后转发到正确的接收端口，Alignment结合了CRC错误和dribble错误，指的是帧长不是整数的错误帧。该测试配置为1对多映射。

6、背压决定以太网交换机能否支持在阻止将外来数据帧发送到拥塞端口时避免丢包。一些以太网交换机当发送或接收缓冲区开始溢出时通过将阻塞信号发送回源地址实现背压。交换机在全双工时使用IEEE802.3x流控制达到同样目的。该测试通过多个端口向一个端口发送数据检测是否支持背压。如果端口设置为半双工并加上背压，则应该检测到没有帧丢失和碰撞。如果端口设定为全双工并且设置了流控，则应该检测到流控帧。如果未设定背压，则发送的帧总数不等于收到的帧数。

7、线端阻塞（HeadofLineBlocking，HOL）该测试决定拥塞的端口如何影响非拥塞端口的转发速率。我们测试时采用端口A和B向端口C发送数据形成拥塞端口，而A也向端口D发送数据形成非拥塞端口。结果将显示收到的帧数，碰撞帧数和丢帧率。

8、全网状该测试用来决定以太网交换机在所有自己的端口都接收数据时所能处理的总帧数。以太网交换机的每个端口在以特定速度在接收来自其他端口数

据的同时，还以均匀分布的、循环方式向所有其他端口发送帧。我们在测试千兆骨干交换机时采用全网状方法获得更为苛刻的测试环境。

9、部分网状该测试在更严格的环境下测试交换机最大的承受能力，通过从多个发送端口向多个接收端口以网状形式发送帧进行测试。我们使用该测试方法用于千兆接入交换机测试中，其中将每个1000M对应10个100MB端口，而剩余的100MB端口实现全网状测试。