交换机详解及安装图示

交换机

交换 sｗｉtching 是按照通信两端传输信息的需要,用人工或设备自动完成的方法，把要传输的信息送到符合要求的相应路由上的技术统称。广义的交换机switch就是一种在通信系统中完成信息交换功能的设备。

交换和交换机最早起源于电话通讯系统（PSTN），我们现在还能在老电影中看到这样的场面:*＊＊＊（主叫用户)拿起话筒来一阵猛摇,局端是一排插满线头的机器,戴着耳麦的话务小姐接到连接要求后,把线头插在相应的出口,为两个用户端建立起连接,直到通话结束。这个过程就是通过人工方式建立起来的交换。当然现在我们早已普及了程控交换机,交换的过程都是自动完成。

在计算机网络系统中，交换概念的提出是对于共享工作模式的改进。我们以前介绍过的HUB集线器就是一种共享设备,ＨUB本身不能识别目的地址，当同一局域网内的A主机给B主机传输数据时，数据包在以ＨUB为架构的网络上是以广播方式传输的，由每一台终端通过验证数据包头的地址信息来确定是否接收。也就是说，在这种工作方式下,同一时刻网络上只能传输一组数据帧的通讯，如果发生碰撞还得重试。这种方式就是共享网络带宽。

交换机拥有一条很高带宽的背部总线和内部交换矩阵。交换机的所有的端口都挂接在这条背部总线上，控制电路收到数据包以后,处理端口会查找内存中的地址对照表以确定目的MAC(网卡的硬件地址)的NI Ｃ(网卡）挂接在哪个端口上,通过内部交换矩阵迅速将数据包传送到目的端口，目的MAC若不存在才广播到所有的端口,接收端口回应后交换机会“学习”新的地址，并把它添加到内部地址表中。

使用交换机也可以把网络“分段”,通过对照地址表，交换机只允许必要的网络流量通过交换机。通过交换机的过滤和转发,可以有效的隔离广播风暴，减少误包和错包的出现,避免共享冲突。

交换机在同一时刻可进行多个端口对之间的数据传输。每一端口都可视为独立的网段,连接在其上的网络设备独自享有全部的带宽,无须同其他设备竞争使用。当节点A向节点Ｄ发送数据时，节点B可同时向节点Ｃ发送数据，而且这两个传输都享有网络的全部带宽，都有着自己的虚拟连接。假使这里使用的是1０Mbps的以太网交换机，那么该交换机这时的总流通量就等于2×10Mｂps＝2０Mbps，而使用1０Mｂps的共享式HUB时，一个ＨUＢ的总流通量也不会超出10Mbps。

总之，交换机是一种基于MAC地址识别，能完成封装转发数据包功能的网络设备。交换机可以“学习”MＡC地址，并把其存放在内部地址表中，通过在数据帧的始发者和目标接收者之间建立临时的交换路径，使数据帧直接由源地址到达目的地址。

交换机的分类及功能

从广义上来看，交换机分为两种：广域网交换机和局域网交换机。广域网交换机主要应用于电信领域,提供通信用的基础平台。而局域网交换机则应用于局域网络，用于连接终端设备,如PC机及网络打印机等。从传输介质和传输速度上可分为以太网交换机、快速以太网交换机、千兆以太网交换机、ＦDDI交换机、A ＴＭ交换机和令牌环交换机等。从规模应用上又可分为企业级交换机、部门级交换机和工作组交换机等。各厂商划分的尺度并不是完全一致的,一般来讲,企业级交换机都是机架式，部门级交换机可以是机架式(插槽数较少），也可以是固定配置式,而工作组级交换机为固定配置式(功能较为简单)。另一方面,从应用的规模来看,作为骨干交换机时,支持50０个信息点以上大型企业应用的交换机为企业级交换机,支持３00个信息点以下中型企业的交换机为部门级交换机，而支持100个信息点以内的交换机为工作组级交换机。本文所介绍的交换机指的是局域网交换机。

交换机的主要功能包括物理编址、网络拓扑结构、错误校验、帧序列以及流控。目前交换机还具备了一些新的功能，如对ＶLＡN（虚拟局域网）的支持、对链路汇聚的支持，甚至有的还具有防火墙的功能。

交换机除了能够连接同种类型的网络之外，还可以在不同类型的网络(如以太网和快速以太网）之间起到互连作用。如今许多交换机都能够提供支持快速以太网或FＤDI等的高速连接端口，用于连接网络中的其它交换机或者为带宽占用量大的关键服务器提供附加带宽。

一般来说，交换机的每个端口都用来连接一个独立的网段,但是有时为了提供更快的接入速度，我们可以把一些重要的网络计算机直接连接到交换机的端口上。这样,网络的关键服务器和重要用户就拥有更快的接入速度,支持更大的信息流量。

交换机的交换方式

交换机通过以下三种方式进行交换

1.直通式（Cut Thｒouｇh)

直通方式的以太网交换机可以理解为在各端口间是纵横交叉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，在输入与输出交叉处接通,把数据包直通到相应的端口，实现交换功能。由于不需要存储,延迟非常小、交换非常快,这是它的优点。它的缺点是，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。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，而且容易丢包。

2.存储转发(Storｅ& Ｆorｗard）

存储转发方式是计算机网络领域应用最为广泛的方式。它把输入端口的数据包却娲⑵鹄矗缓蠼蠧RC（循环冗余码校验）检查，在对错误包处理后才取出数据包的目的地址,通过查找表转换成输出端口送出包。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,有效地改善网络性能。尤其重要的是它可以支持不同速度的端口间的转换,保持高速端口与低速端口间的协同工作。

3.碎片隔离(Ｆrａｇment Frｅe)

这是介于前两者之间的一种解决方案。它检查数据包的长度是否够64个字节,如果小于6４字节,说明是假包，则丢弃该包；如果大于64字节，则发送该包。这种方式也不提供数据校验。它的数据处理速度比存储转发方式快,但比直通式慢。

交换机的应用

作为局域网的主要连接设备，以太网交换机成为应用普及最快的网络设备之一。随着交换技术的不断发展，以太网交换机的价格急剧下降，交换到桌面已是大势所趋。

如果你的以太网络上拥有大量的用户、繁忙的应用程序和各式各样的服务器，而且你还未对网络结构做出任何调整，那么整个网络的性能可能会非常低。解决方法之一是在以太网上添加一个10/１0０Ｍｂｐs的交换机,它不仅可以处理10Mｂｐs的常规以太网数据流,而且还可以支持100Mbps的快速以太网连接。

如果网络的利用率超过了40%,并且碰撞率大于1０％,交换机可以帮你解决一点问题。带有100Mbps 快速以太网和10Ｍbｐs以太网端口的交换机可以全双工方式运行,可以建立起专用的２0Mbps到2０0Mｂps 连接。

不仅不同网络环境下交换机的作用各不相同，在同一网络环境下添加新的交换机和增加现有交换机的交换端口对网络的影响也不尽相同。充分了解和掌握网络的流量模式是能否发挥交换机作用的一个非常重要的因素。因为使用交换机的目的就是尽可能的减少和过滤网络中的数据流量,所以如果网络中的某台交换机由于安装位置设置不当，几乎需要转发接收到的所有数据包的话，交换机就无法发挥其优化网络性能的作用,反而降低了数据的传输速度,增加了网络延迟。

除安装位置之外，如果在那些负载较小,信息量较低的网络中也盲目添加交换机的话,同样也可能起到负面影响。受数据包的处理时间、交换机的缓冲区大小以及需要重新生成新数据包等因素的影响，在这种情况下使用简单的HUB要比交换机更为理想。因此,我们不能一概认为交换机就比HUB有优势,尤其当用户的网络并不拥挤,尚有很大的可利用空间时,使用HＵB更能够充分利用网络的现有资源

?本文详细介绍全面图解交换机接口及连接

交换机在我们的印象中是作为局域网节点连接的网络设备，其实它也在广域网中存在,并且得到大量应用,特别是电信运营企业中，ATＭ交换机和现在光纤通道交换机等,只不过我们平时很难见到这类交换机而已。不过本文仍主要以我们常见的局域网交换机为例向大家介绍交换机的各类接口及连接方式。

局域网交换机作为局域网的集中连接设备,它的接口类型是随着各种局域网和传输介质类型的发展而变化的，分析一下局域网的主要网络类型和传输介质发展过程，我们就不难发现各种交换机接口类型，下面我们就先来介绍目前仍存在的一些交换机接口，注意,因交换机的许多接口与路由器接口完全一样，所以在此仍以路由器上的相应接口进行介绍。

一、交换机接口类型

1.双绞线ＲJ-4５接口

这是我们见的最多、应用最广的一种接口类型,它属于双绞线以太网接口类型。它不仅在最基本的10Base-T以太网网络中使用,还在目前主流的１00Basｅ-TX快速以太网和1000Ｂaｓe-TX千兆以太网中使用。虽然它们所使用的传输介质都是双绞线类型，但是它们却各自采用了不同版本的双绞线类型,如最初１

0Base－T使用的3类线到支持１００0Base－TX千兆速率的6类线，中间的1０0Ｂaｓe-TX则中以使用所谓的五类、超五类线,当然也可以是六类线。这些RJ-45接口的外观是完全一样的，如图1左图所示,像一个扁“T”字。与之相连的是RJ-４5水晶头，如图2中、右图分别为一个水晶头和做好水晶头连线的双绞网线。如图２所示的就是一款24口RJ-45接口的以太网交换机，其中还有将在下文介绍的2个SC光纤接口和1个AUI接口。

图一

图二

2.光纤接口

对于光纤这种传输介质虽然早在1０0Baｓｅ时代就已开始采用这种传输介质,当时这种百兆网络为了与普遍使用的百兆双绞线以太网1０0Base－TX区别，就称之为“１００Bａse-ＦX”,其中的“F”就是光纤“Fｉber”的第一个字母。不过由于在当时的百兆速率下，与采用传统双绞线介质相比,优势并不明显,况且价格比双绞线贵许多，所以光纤在1００Mｂpｓ时代产没有得到广泛应用,它主要是从1０00Baｓe技术正式实施以来才得以全面应用,因为在这种速率下，虽然也有双绞线介质方案,但性能远不如光纤好,且在连接距离等方面具有非常明显的优势，非常适合城域网和广域网使用。

目前光纤传输介质发展相当迅速,各种光纤接口也是层出不究，不过在局域网交换机中,光纤接口主要是ＳＣ类型，无论是在１00Ｂａｓe-ＦX,还是在1００0Baｓe-FX网络中。ＳＣ接口的芯在接头里面，如图3左图所示的是一款100B ａｓe-FX网络的SＣ光纤接口模块，其右图为一款提供了4个SC光纤接口的光纤交换机。图2中所示交换机中也有2个ＳC光纤接口。

图三

从图2和图３右图交换机的SC接口外观可以看出,它与ＲＪ－45接口非常类似,不过ＳC接口看似更扁些,缺口浅些。主要看其中的接触芯片是一什么类型的，如果是8条铜弹片，则是RJ-４5接口，而里面如果是一根铜柱则是ＳC光纤接口。

3.AUI接口与ＢNC

AＵI接口是专门用于连接粗同轴电缆的，虽然目前这种网络在局域网中并不多见，但在一些大型企业网络中,仍可能有一些遗留下来的粗同轴电缆令牌网络设备，所以有些交换机也保留了少数ＡＵI接口，以更大限度地满足用户需求。AUI接口是一个1５针“Ｄ”形接口,类似于显示器接口。这种接口同样也在许多网络设备中见到，如路由器，甚至服务器中，如图４所示的就是路由器上的AＵI接口示意图。

图四

ＢＮC则是专门用于与细同轴电缆连接的接口，目前提供这种接口的交换机比较少见。但在一些RJ－4５以太网交换机和集线器中还提供少数BＮＣ接口,专门用于与细同轴电缆作为传输介质的令牌网络连接。为了向大家出示BNC的真实外观，下面以ＢNＣ接口网卡向大家展示，如图5所示。

图五

4.Ｃonsｏle接口

这个接口我们知道，它是用来配置交换机的,所以只有网管型交换机才有。而且还要注意,并不是所有网管型交换机都有，那是因为交换机的配置方法有多种，如通过Telｎeｔ命令行方式、Ｗｅb方式、TFTP方式等。虽然理论上来说，交换机的基本配置必须通过Conｓoｌｅ(控制）端口，但有些品牌的交换机的基本配置在出厂时就已配置好了,不须要进行诸如ＩP地址、基本用户名之类的基本配置,所以这类网管型交换机就不用提供这个Console接口了，而且就目前来说还占多数。这类交换机通常只需要通过简单的Telneｔ或Java程序的Ｗeb方式进行一些高级配置即可。

当然也有一些交换机还是提供了Consｏle接口的，但要注意的是，用于交换机配置的Cｏnsｏle端口并不是所有交换机都一样，有的采用与Cｉsco路由器一样的RJ-４５类型Ｃoｎｓolｅ接口,如图6所示。而有的则采用串口作为C ｏnsoｌｅ接口，如图7所示。

图六

图七

从图中可以看出,两台交换机的Ｃonsole端口不一样,上图中是一个“母”头9孔“D”形接口，而下图是一个“公”头9针“D”形接口。它们俗称为“DB-９”接口,但都是用进行交换机配置的。

除了以上两种交换机Console端口外,还有一种接口也常用于交换机的配置,那就是２5针的“D”形接口。

无论交换机采用DB－9或ＤB-2５串行接口,还是采用ＲJ－45接口,在进行交换机配置时,一般都需要通过专门的Ｃｏｎsｏle线连接至配置用计算机（通常称作终端)的串行口,与交换机不同的Conｓole端口相适应。Coｎsole线也分为两种，一种是串行线，即两端均为串行接口（两端均为母头或一端为公头，另一端为母头),两端可以分别插入至计算机的串口和交换机的Consｏle端口;另一种是两端均为ＲＪ-45接头(RJ-45－tｏ－ＲJ-45）的扁平线。由于扁平线两端均为RJ－45接口，无法直接与计算机串口进行连接，因此，还必须同时使用一个如图8所示的RJ-45－ｔo-DB-９（或RJ－45-tｏ-DB-25）的适配器。通常

情况下,在交换机的包装箱中都会随机赠送这么一条Console线和相应的ＤB-9或DB-２５适配器的。

图八

5.ＦＤＤI接口

在早期的100Mｂps时代，还有一种FＤＤＩ网络类型,它的中文名为“光纤分布式数据接口”,很明显它的传输介质也是光纤，其接口类型主要是SC类型。目前由于它的优势不明显，目前也基本上不见了。

至于交换机的接口类型，在此就只介绍以上这些了,当然还会有一些接口类型,如前面所说的ATＭ网络接口,还有就是光纤网络接口的类型也远不止ＳC这一种,不过在企业局域网交换机中，这些接口通常不会遇到,所以在此不作具体介绍。

二、交换机的连接

因为交换机主要作为局域网设备集中连接使用,所以总的来说,在硬件连接方面相对要简单许多,通常只需把相应的传输介质接头插入到相应的交换机接口上即可。下面只简单介绍一下网管型交换机的配置连接。

网管型交换机的配置通常是利用一台便携式笔记本电脑进行的,它的连接就是通过随交换机附带的一条配置电缆进行的。配置电缆的一端连接在交换机的Consolｅ端口，另一端就连接在笔记本电脑（当然也可以是台式电脑)的串口上。配置电缆的类型因相应交换机的Coｎsoｌe接口类型不同而不同,通常是一条两端都是母头，或一端为公头，另一端为母头的串行电缆，当然还有一种

图九

好了,关于交换机的接口及连接就介绍至此。从文中介绍可知,交换机的接口类型远没有路由器接口那么复杂，它主要是针对于各种局域网和传输介质类型来设置的。而没有路由器所具复杂的有广域网接口。正因如此,交换机的连接也相对要简单得多,只需要用相应的传输介质接头插入相应交换机端口即可，只是在对网管型交换机进行基本配置时，要稍加注意连接方式。