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---- 編者按：Internet的大行其道，給網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備提供了高速發(fā)展的良機(jī)。局域網(wǎng)的連接速度也一日千里。作為局域網(wǎng)主要連接設(shè)備的以太網(wǎng)交換機(jī)，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，功能和性能不斷提升，價(jià)格卻不斷下降，“交換到桌面"再也不只是一句口號(hào)了。那么，目前市售的各種品牌的以太網(wǎng)交換機(jī)在產(chǎn)品性能、功能、可靠性、易用性、價(jià)格、支持和服務(wù)方面都有哪些特點(diǎn)呢？為了幫助我們的讀者較為客觀(guān)、詳盡地了解這些交換機(jī)的產(chǎn)品技術(shù)特色，由《計(jì)算機(jī)世界》報(bào)社組織，《計(jì)算機(jī)世界》評(píng)測(cè)實(shí)驗(yàn)室和中科院計(jì)算所網(wǎng)絡(luò)評(píng)測(cè)實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合進(jìn)行了這次以太網(wǎng)交換機(jī)橫向測(cè)試，希望在眾說(shuō)紛紜、莫衷一是的時(shí)候能夠給用戶(hù)選用產(chǎn)品提供一點(diǎn)值得參考的東西。 ----回眸以太網(wǎng)

----1973年5月22日,以太網(wǎng)由施樂(lè)公司PARC研究中心的Bob Metcalfe首先提出,經(jīng)過(guò)不斷的發(fā)展和改進(jìn),成為目前世界上最流行的局域網(wǎng),其市場(chǎng)占有率超過(guò)80％。

----最初的以太網(wǎng)只支持10Mbps速率(即我們常說(shuō)的10BaseT),采用載波監(jiān)聽(tīng)多重訪(fǎng)問(wèn)/沖突檢測(cè)即CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection)協(xié)議。 該協(xié)議的優(yōu)點(diǎn)是避免了在網(wǎng)絡(luò)上有“沖突"時(shí)還繼續(xù)發(fā)送全部報(bào)文,提高了傳輸效率,但其“推遲算法"存在推遲時(shí)間的隨機(jī)性,因?yàn)樵谕粫r(shí)間只有一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可以占用以太網(wǎng)總線(xiàn)傳輸數(shù)據(jù),這樣就有可能造成網(wǎng)絡(luò)設(shè)備爭(zhēng)奪總線(xiàn)的沖突,所以在網(wǎng)絡(luò)流量較高時(shí),其效率會(huì)有明顯降低。 在介質(zhì)上,10BaseT支持3、4、5類(lèi)(線(xiàn)纜的阻抗是100歐)UTP(非屏蔽雙絞線(xiàn))和STP(屏蔽雙絞線(xiàn)),連接距離不超過(guò)100米。10BaseT還支持粗纜、細(xì)纜和光纖。由于UTP的價(jià)格很低,性能也不錯(cuò),布線(xiàn)方便,所以很快流行起來(lái),目前已經(jīng)成為局域網(wǎng)的主要傳輸介質(zhì)。

----隨著網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用范圍的擴(kuò)大和數(shù)據(jù)流量的增加,特別是包括語(yǔ)音、圖像和視頻等占用大量帶寬的多媒體信息在網(wǎng)上的實(shí)時(shí)傳輸,10BaseT已經(jīng)不能滿(mǎn)足應(yīng)用的需求,迫切需要有更新更快的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)出現(xiàn)。

----1993年7月,IEEE成立了快速以太網(wǎng)技術(shù)聯(lián)盟,草擬802.3u 100BaseT快速以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)范。為保證10BaseT以太網(wǎng)向100BaseT快速以太網(wǎng)的平滑過(guò)渡,100BaseT沿用了10BaseT的CSMA/CD協(xié)議,在介質(zhì)上與10BaseT兼容,因而很好地保護(hù)了用戶(hù)以往的投資。由于快速以太網(wǎng)的速度還要配合EIA/TIA 568布線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn),所以快速以太網(wǎng)碰撞域的最大線(xiàn)徑為205米?？焖僖蕴W(wǎng)以星形網(wǎng)絡(luò)為主要拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

----為什么是交換機(jī)?

----最早出現(xiàn)的以太網(wǎng)連接設(shè)備是Hub(集線(xiàn)器)和網(wǎng)橋。

----Hub對(duì)信號(hào)進(jìn)行再生放大,播放到網(wǎng)絡(luò)上的所有端口,并能自動(dòng)檢測(cè)"碰撞",發(fā)出阻塞(JAM)信號(hào)以增強(qiáng)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的防沖突能力。Hub還有自動(dòng)指示和隔離故障站點(diǎn)的功能。但Hub簡(jiǎn)單重復(fù)發(fā)送數(shù)據(jù)的方式浪費(fèi)了大量網(wǎng)絡(luò)帶寬,這在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載很輕的時(shí)候還沒(méi)有什么大問(wèn)題,但當(dāng)網(wǎng)絡(luò)比較繁忙的時(shí)候就會(huì)有致命的弱點(diǎn)。更為致命的是使用Hub連接的共享網(wǎng)絡(luò)的所有節(jié)點(diǎn)只能共同使用一個(gè)網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)的沖突域。這樣,Hub就沒(méi)有跨網(wǎng)段的連接能力。

----網(wǎng)橋是用來(lái)連接2個(gè)或超過(guò)2個(gè)LAN網(wǎng)段的設(shè)備, 工作在OSI模型的第2層,通過(guò)在LAN內(nèi)部和不同的LAN網(wǎng)段之間快速轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)來(lái)擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)的性能。第2層工作在包含客戶(hù)機(jī)/服務(wù)器物理地址的通信協(xié)議一層,即數(shù)據(jù)鏈路層或稱(chēng)MAC層。每個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的第2層地址是唯一的。

----網(wǎng)橋會(huì)檢查數(shù)據(jù)包的MAC地址,如果它不知道目的地址,會(huì)將該數(shù)據(jù)發(fā)給除源LAN網(wǎng)段外的所有網(wǎng)段。網(wǎng)橋的缺點(diǎn)是功能單一,速度也較慢。

----大約在1993年,市場(chǎng)上出現(xiàn)了第一批以太網(wǎng)交換機(jī)。交換機(jī)同網(wǎng)橋一樣也工作在OSI模型的第2層。但與網(wǎng)橋相比,交換機(jī)具有很高的處理速度,時(shí)延很小。交換機(jī)檢查每一個(gè)收到的數(shù)據(jù)包，并對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行相應(yīng)的處理。在檢測(cè)到網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間有數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蠛?交換機(jī)在源和目的節(jié)點(diǎn)間建立起獨(dú)立的物理連接,這條線(xiàn)路是完全私用的,因而有效地避免了數(shù)據(jù)碰撞。交換機(jī)具有自動(dòng)學(xué)習(xí)功能,能夠自動(dòng)建立使用網(wǎng)段的地址信息。交換機(jī)內(nèi)保存有每一個(gè)網(wǎng)段上所有節(jié)點(diǎn)的物理地址，只允許必要的網(wǎng)絡(luò)流量通過(guò)交換機(jī)。例如,當(dāng)交換機(jī)接收到一個(gè)數(shù)據(jù)包之后，根據(jù)自身保存的網(wǎng)絡(luò)地址表檢查數(shù)據(jù)包內(nèi)包含的發(fā)送和接收方地址。如果接收方位于發(fā)送方網(wǎng)段，該數(shù)據(jù)包就會(huì)被交換機(jī)丟棄(即被過(guò)濾)，不能通過(guò)交換機(jī)傳送到其他網(wǎng)段；如果接收方和發(fā)送方位于兩個(gè)不同的網(wǎng)段，該數(shù)據(jù)包才會(huì)被交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)到目標(biāo)網(wǎng)段。

----如上所述,交換機(jī)可以過(guò)濾數(shù)據(jù)包或者重新生成并轉(zhuǎn)發(fā)新包，所以交換技術(shù)可以用來(lái)把一個(gè)大的網(wǎng)絡(luò)劃分成幾個(gè)獨(dú)立的沖突域，不同的沖突域之間可以互相溝通,這樣就能有效地削減甚至消除網(wǎng)絡(luò)中的信號(hào)碰撞, 避免廣播風(fēng)暴, 減少誤包和錯(cuò)包的出現(xiàn)。同時(shí),因?yàn)榻粨Q機(jī)可以重新生成原數(shù)據(jù)包并進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，所以它支持更長(zhǎng)的傳輸距離和更多的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。交換機(jī)的每一個(gè)端口都可以形成一個(gè)沖突域,這是與Hub最大的不同。 而且一般的Hub和堆疊式Hub是不支持全雙工的。而交換機(jī)支持?jǐn)?shù)據(jù)的同時(shí)雙向傳輸,這樣實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)連接帶寬就增加了1倍。由于交換機(jī)與Hub工作在同一層,所以也不牽涉到協(xié)議方面的問(wèn)題。

----除此以外,交換機(jī)比Hub和網(wǎng)橋更勝一籌的是具有更廣泛的功能,如VLAN(Virtual LAN)功能。 VLAN將物理的以太網(wǎng)段劃分為邏輯的虛擬網(wǎng)段，其優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

----1. 廣播控制:普通的交換機(jī)端口只在物理上隔離沖突域,而VLAN端口能夠提供隔離廣播和多播(多點(diǎn)傳送)的邏輯沖突域。

----2. 安全:可以設(shè)置安全等級(jí)。如果沒(méi)有路由設(shè)備,位于1個(gè)VLAN以外的設(shè)備將不能訪(fǎng)問(wèn)該VLAN內(nèi)的設(shè)備,反之亦然。這對(duì)于某些敏感應(yīng)用來(lái)講非常重要。

----3. 性能:在某種程度上,可以將VLAN看作私用LAN,某些網(wǎng)絡(luò)流量被屏蔽到VLAN外。 通過(guò)重新配置VLAN用戶(hù)組,甚至可以重新分配網(wǎng)絡(luò)負(fù)載。

----4. 網(wǎng)絡(luò)管理:通過(guò)VLAN軟件可以很迅速地更改配置,從邏輯上指定組內(nèi)端口,而不必再重新進(jìn)行物理布線(xiàn)。

----隨著近幾年交換技術(shù)的不斷發(fā)展，交換機(jī)的性能和功能不斷增強(qiáng), 一些重要的產(chǎn)品功能，如Trunking（端口干路）和VLAN技術(shù)已經(jīng)產(chǎn)品化,而價(jià)格卻急劇下降。這些新技術(shù)對(duì)于企業(yè)的投資來(lái)說(shuō)，其優(yōu)異的性能和高度智能化是網(wǎng)絡(luò)建設(shè)者的理想選擇。

----交換機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) ----交換機(jī)卓越的性能表現(xiàn)來(lái)源于其內(nèi)部獨(dú)特的結(jié)構(gòu),目前交換機(jī)采用的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要有以下幾種:

----1. 共享內(nèi)存結(jié)構(gòu)

----依賴(lài)中心交換引擎來(lái)提供全端口的高性能連接。由核心引擎檢查每個(gè)輸入包以決定路由。這種方法需要很大的內(nèi)存帶寬,很高的管理費(fèi)用。尤其是隨著交換機(jī)端口的增加,由于需要內(nèi)存容量更大,速度也更快,中央內(nèi)存的價(jià)格變得很高。交換機(jī)內(nèi)核成為性能實(shí)現(xiàn)的瓶頸。

----2. 交叉總線(xiàn)結(jié)構(gòu)

----此種交換機(jī)結(jié)構(gòu)可以用圖1很直觀(guān)地說(shuō)明。

----交叉總線(xiàn)式結(jié)構(gòu)在端口間建立直接的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接。這種結(jié)構(gòu)對(duì)于單點(diǎn)(unicast)傳輸來(lái)講性能很好,但并不適合點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)傳輸。由于在實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用環(huán)境中廣播和多播傳輸很常見(jiàn),這種標(biāo)準(zhǔn)的交叉總線(xiàn)方式會(huì)帶來(lái)一些問(wèn)題。例如:當(dāng)端口A向端口D傳輸數(shù)據(jù)時(shí),端口B和C就只能等待。而當(dāng)端口A向所有的端口廣播消息時(shí),可能會(huì)引起目標(biāo)端口的排隊(duì)等候。這樣會(huì)消耗掉大量的帶寬,從而影響了交換機(jī)的性能。而且很容易理解的是要連接n個(gè)端口,就需要n×(n1)條交叉總線(xiàn),因而實(shí)現(xiàn)成本會(huì)隨端口數(shù)的增加急劇上升。

----3. 混合交叉總線(xiàn)結(jié)構(gòu)

----鑒于標(biāo)準(zhǔn)交叉總線(xiàn)存在的缺陷,一種混合交叉總線(xiàn)實(shí)現(xiàn)方式被提了出來(lái)。此種方式的設(shè)計(jì)思路是將一體的交叉總線(xiàn)矩陣劃分成小的交叉矩陣,中間通過(guò)一條高性能的總線(xiàn)連接。優(yōu)點(diǎn)是減少了交叉總線(xiàn)數(shù),降低了成本,還減少了總線(xiàn)爭(zhēng)用。但連接交叉矩陣的總線(xiàn)成為新的性能瓶頸。

----4. 環(huán)形總線(xiàn)結(jié)構(gòu)

----如圖2所示，這種結(jié)構(gòu)在1個(gè)環(huán)內(nèi)最多支持4個(gè)交換引擎并且允許不同速度的交換矩陣互連,環(huán)與環(huán)間通過(guò)交換引擎連接。由于采用環(huán)形結(jié)構(gòu), 所以很容易聚集帶寬,當(dāng)端口數(shù)增加的時(shí)候,帶寬就相應(yīng)增加了。與前述幾種結(jié)構(gòu)不同的是此種結(jié)構(gòu)有獨(dú)立的一條控制總線(xiàn),用于搜集總線(xiàn)狀態(tài)、處理路由、流量控制和清理數(shù)據(jù)總線(xiàn)。另外在環(huán)形總線(xiàn)上可以加入管理模塊,提供完整的SNMP管理特性。根據(jù)需要,還可以選用第3層交換的模塊使交換機(jī)具有第3層交換的功能。這種結(jié)構(gòu)的最大優(yōu)點(diǎn)是擴(kuò)展能力強(qiáng),實(shí)現(xiàn)成本低,而且有效地避免了系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)造成的總線(xiàn)瓶頸。

----局域網(wǎng)交換機(jī)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

----自從第1臺(tái)以太網(wǎng)交換機(jī)問(wèn)世以來(lái),在交換機(jī)領(lǐng)域已經(jīng)發(fā)生了很多變化,交換機(jī)技術(shù)和產(chǎn)品的發(fā)展取得了驚人的進(jìn)步。

----多層交換機(jī)的出現(xiàn)是網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用發(fā)展的必然結(jié)果。類(lèi)似點(diǎn)擊式Web瀏覽這種瞬息萬(wàn)變和無(wú)法預(yù)測(cè)信息流的新型共享型應(yīng)用不斷涌現(xiàn),已經(jīng)徹底改變了傳統(tǒng)的80/20法則(即80％的信息流保持在一個(gè)局部子網(wǎng)內(nèi))。非本地子網(wǎng)間大量數(shù)據(jù)的傳輸使傳統(tǒng)的路由器嚴(yán)重超載。我們知道,路由器是工作在OSI模型第3層的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,任務(wù)是完成基于第3層地址的路由計(jì)算,提供多協(xié)議支持、WAN連接以及完善的安全特性,但需要更多的反應(yīng)時(shí)間和復(fù)雜的管理。第3層工作在包含客戶(hù)機(jī)/服務(wù)器邏輯地址的通信協(xié)議一層,即IP/IPX地址層,也稱(chēng)網(wǎng)絡(luò)層。第3層交換機(jī)將傳統(tǒng)的第2層交換機(jī)和第3層路由技術(shù)在單一產(chǎn)品中進(jìn)行了功能合并。這主要得益于最新的高集成度ASIC (ApplicationSpecific Integrated Circuit),使第3層交換機(jī)能夠?qū)崟r(shí)進(jìn)行線(xiàn)速交換和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。其優(yōu)勢(shì)在于:克服普通路由器的性能瓶頸, 解決了Intranet和Internet應(yīng)用的IP阻塞呈爆炸性增長(zhǎng)的難題； 由于ASIC技術(shù)的發(fā)展允許以很經(jīng)濟(jì)的價(jià)格直接在高速硬件上實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的路由功能,而不是像傳統(tǒng)的路由器通過(guò)低速的軟件實(shí)現(xiàn),所以也避免了擴(kuò)展性能時(shí)采用高性能路由器所付出的高昂價(jià)格。

----伴隨著第3層交換機(jī)的出現(xiàn),所謂的第4層、第7層交換機(jī)也粉墨登場(chǎng)。第4層(傳輸層)交換機(jī)通過(guò)閱讀、處理第4層報(bào)頭信息而提供應(yīng)用級(jí)的控制，即支持安全過(guò)濾、提供對(duì)應(yīng)用流施加特定的QoS策略以及應(yīng)用層記賬功能,從而優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸和實(shí)現(xiàn)多臺(tái)服務(wù)器間的負(fù)載均衡,廣泛地應(yīng)用于Web交換機(jī)中。第7層交換則更進(jìn)一步,提供了基于內(nèi)容的智能交換, 能夠根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用類(lèi)型做出決策,進(jìn)一步提高了應(yīng)用性能。

----以太網(wǎng)交換機(jī)的連接速度也突飛猛進(jìn)。1999年6月,IEEE討論通過(guò)了基于雙絞線(xiàn)的1000BaseT標(biāo)準(zhǔn)802.3ab,配合支持光纖的802.3z 千兆標(biāo)準(zhǔn), 千兆以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)能支持目前所有主流的傳輸介質(zhì)。目前市場(chǎng)上已經(jīng)有成熟的千兆產(chǎn)品推出。甚至支持10G速率的IEEE 802.3ae標(biāo)準(zhǔn)也已出臺(tái),真讓人感嘆世界變化的迅捷。從傳輸介質(zhì)上看,交換機(jī)之間越來(lái)越多地使用光纖來(lái)連接。與雙絞線(xiàn)相比,雖然光纖的成本較高,架設(shè)稍復(fù)雜,但其連接距離遠(yuǎn),工作穩(wěn)定,可擴(kuò)展性強(qiáng),已經(jīng)成為高速網(wǎng)絡(luò)連接無(wú)可替代的主要介質(zhì)。同時(shí),適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)的急速增長(zhǎng),交換機(jī)的端口密度也在不斷膨脹,48口、96口,甚至幾百個(gè)端口,這種高端口密度主要通過(guò)擴(kuò)展模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。另外,交換機(jī)也更注重安全、服務(wù)保證和管理功能,VLAN、QoS(流量控制、優(yōu)先級(jí)控制)、SNMP、RMON、安全控制等功能的實(shí)現(xiàn),極大地提高了網(wǎng)絡(luò)的性能、安全性和穩(wěn)定性。