為什麼要使用交換式乙太網 二層交換,三層交換,四層交換,起層

2021-04-03 06:10:52 字數 5508 閱讀 4450

1樓:鬼火狼煙

交換式技術發展過程

乙太網交換機,英文為switch,也有人翻譯為開關,交換器或稱交換式集線器。我們首先回顧一下區域網的發展過程。

計算機技術與通訊技術的結合促進了計算機區域網絡的飛速發展,從六十年代末aloha的出現到九十年代中期1000mbps交換式乙太網的登臺亮相,短短的三十年間經過了從單工到雙工,從共享到交換,從低速到高速,從簡單到複雜,從昂貴到普及的飛躍。

八十年代中後期,由於通訊量的急劇增加,促使技術的發展,使區域網的效能越來越高,最早的1mbps的速率已廣泛地被今天的100base-t和100cg-anylan替代,但是,傳統的**訪問方法都侷限於使大量的站點共享對一個公共傳輸**的訪問,既c**a/cd。

九十年代初,隨著計算機效能的提高及通訊量的聚增,傳統區域網已經愈來愈超出了自身的負荷,交換式乙太網技術應運而生,大大提高了區域網的效能。與現在基於網橋和路由器的共享**的區域網拓撲結構相比,網路交換機能顯著的增加頻寬。交換技術的加入,就可以建立地理位置相對分散的網路,使區域網交換機的每個埠可平行、安全、同時的互相傳輸資訊,而且使區域網可以高度擴充。

從網橋、多埠網橋到交換機

區域網交換技術的發展要追溯到兩埠網橋。橋是一種儲存**裝置,用來連線相似的區域網。從網際網路絡的結構看,橋是屬於dce級的端到端的連線;從協議層次看,橋是在邏輯鏈路層對資料幀進行儲存**;與中繼器在第一層、路由器在第三層的功能相似。

兩埠網橋幾乎是和乙太網同時發展的。

乙太網交換技術(switch)是在多埠網橋的基礎上與九十年代初發展起來的,實現osi模型的下兩層協議,與網橋有著千絲萬縷的關係,甚至被業界人士稱為"許多聯絡在一起的網橋",因此現在的交換式技術並不是什麼新的標準,而是現有技術的新應用而已,是一種改進了的區域網橋,與傳統的網橋相比,它能提供更多的埠(4~88)、更好的效能、更強的管理功能以及更便宜的**。現在某些區域網交換機也實現了osi參考模型的第三層協議,實現簡單的路由選擇功能,目前很熱的第三層交換就是指此。乙太網交換機又與**交換機相似,除了提供儲存**(store ang forword)方式外還提供了其它的橋接技術,如:

直通方式(cut through)。

交換式乙太網的工作原理

乙太網交換機的原理很簡單,它檢測從以太埠來的資料包的源和目的地的mac(介質訪問層)地址,然後與系統內部的動態查詢表進行比較,若資料包的mac層地址不在查詢表中,則將該地址加入查詢表中,並將資料包傳送給相應的目的埠。

交換式乙太網技術的優點

交換式乙太網不需要改變網路其它硬體,包括電纜和使用者的網絡卡,僅需要用交換式交換機改變共享式hub,節省使用者網路升級的費用。

可在高速與低速網路間轉換,實現不同網路的協同。目前大多數交換式乙太網都具有100mbps的埠,通過與之相對應的100mbps的網絡卡接入到伺服器上,暫時解決了10mbps的瓶頸,成為網路區域網升級時首選的方案。

它同時提供多個通道,比傳統的共享式集線器提供更多的頻寬,傳統的共享式10mbps/100mps乙太網採用廣播式通訊方式,每次只能在一對使用者間進行通訊,如果發生碰撞還得重試,而交換式乙太網允許不同使用者間進行傳送,比如,一個16埠的乙太網交換機允許16個站點在8條鏈路間通訊。

特別是在時間響應方面的優點,使的區域網交換機倍受青睞。它以比路由器低的成本卻提供了比路由器寬的頻寬、高的速度,除非有上廣域網(wan)的要求,否則,交換機有替代路由器的趨勢。

直通式(cut throuth),儲存**(store-and-forward)的比較

直通方式的乙太網絡交換機可以理解為在各埠間是縱橫交叉的線路矩陣**交換機。它在輸入埠檢測到一個資料包時,檢查該包的包頭,獲取包的目的地址,啟動內部的動態查詢錶轉換成相應的輸出埠,在輸入與輸出交叉處接通,把資料包直通到相應的埠,實現交換功能。由於不需要儲存,延遲(latency)非常小、交換非常快,這是它的優點;它的缺點是:

因為資料包的內容並沒有被乙太網交換機儲存下來,所以無法檢查所傳送的資料包是否有誤,不能提供錯誤檢測能力,由於沒有快取,不能將具有不同速率的輸入/輸出埠直接接通,而且,當乙太網絡交換機的埠增加時,交換矩陣變的越來越複雜,實現起來相當困難。

儲存**方式是計算機網路領域應用最為廣泛的方式,它把輸入埠的資料包先儲存起來,然後進行crc檢查,在對錯誤包處理後才取出資料包的目的地址,通過查詢錶轉換成輸出埠送出包。正因如此,儲存**方式在資料處理時延時大,這是它的不足,單是它可以對進入交換機的資料包進行錯誤檢測,尤其重要的是它可以支援不同速度的輸入輸出埠間的轉換,保持高速埠與低速埠間的協同工作。

第二層和第三層交換及其與路由器方案的競爭

區域網交換機是工作在osi第二層的,可以理解為一個多埠網橋,因此傳統上稱為第二層交換;目前,交換技術已經延伸到osi第三層的部分功能,既所謂第三層交換,第三層交換可以不將廣播封包擴散,直接利用動態建立的mac地址來通訊,似乎可以看懂第三層的資訊,如ip地址、arp等,具有多路廣播和虛擬網間基於ip、ipx等協議的路由功能,這方面功能的順利實現得力於專用積體電路(asic)的加入,把傳統的由軟體處理的指令改為asic晶片的嵌入式指令,從而加速了對包的**和過濾,使得高速下的線性路由和服務質量都有了可靠的保證。目前,如果沒有上廣域網的需要,在建網方案中一般不再應用**昂貴、頻寬有限的路由器。

虛擬區域網技術

交換技術的發展,允許區域分散的組織在邏輯上成為一個新的工作組,而且同一工作組的成員能夠改變其實體地址而不必重新配置節點,這就是用到所謂的虛擬區域網技術(vlan)。用交換機建立虛擬網就是使原來的一個大廣播區(交換機的所有埠)邏輯的分為若干個"子廣播區",在子廣播區裡的廣播封包只會在該廣播區內傳送,其它的廣播區是收不到的。vlan通過交換技術將通訊量進行有效分離,從而更好地利用頻寬

交換式技術發展過程

乙太網交換機,英文為switch,也有人翻譯為開關,交換器或稱交換式集線器。我們首先回顧一下區域網的發展過程。

計算機技術與通訊技術的結合促進了計算機區域網絡的飛速發展,從六十年代末aloha的出現到九十年代中期1000mbps交換式乙太網的登臺亮相,短短的三十年間經過了從單工到雙工,從共享到交換,從低速到高速,從簡單到複雜,從昂貴到普及的飛躍。

八十年代中後期,由於通訊量的急劇增加,促使技術的發展,使區域網的效能越來越高,最早的1mbps的速率已廣泛地被今天的100base-t和100cg-anylan替代,但是,傳統的**訪問方法都侷限於使大量的站點共享對一個公共傳輸**的訪問,既c**a/cd。

九十年代初,隨著計算機效能的提高及通訊量的聚增,傳統區域網已經愈來愈超出了自身的負荷,交換式乙太網技術應運而生,大大提高了區域網的效能。與現在基於網橋和路由器的共享**的區域網拓撲結構相比,網路交換機能顯著的增加頻寬。交換技術的加入,就可以建立地理位置相對分散的網路,使區域網交換機的每個埠可平行、安全、同時的互相傳輸資訊,而且使區域網可以高度擴充。

從網橋、多埠網橋到交換機

區域網交換技術的發展要追溯到兩埠網橋。橋是一種儲存**裝置,用來連線相似的區域網。從網際網路絡的結構看,橋是屬於dce級的端到端的連線;從協議層次看,橋是在邏輯鏈路層對資料幀進行儲存**;與中繼器在第一層、路由器在第三層的功能相似。

兩埠網橋幾乎是和乙太網同時發展的。

乙太網交換技術(switch)是在多埠網橋的基礎上與九十年代初發展起來的,實現osi模型的下兩層協議,與網橋有著千絲萬縷的關係,甚至被業界人士稱為"許多聯絡在一起的網橋",因此現在的交換式技術並不是什麼新的標準,而是現有技術的新應用而已,是一種改進了的區域網橋,與傳統的網橋相比,它能提供更多的埠(4~88)、更好的效能、更強的管理功能以及更便宜的**。現在某些區域網交換機也實現了osi參考模型的第三層協議,實現簡單的路由選擇功能,目前很熱的第三層交換就是指此。乙太網交換機又與**交換機相似,除了提供儲存**(store ang forword)方式外還提供了其它的橋接技術,如:

直通方式(cut through)。

交換式乙太網的工作原理

乙太網交換機的原理很簡單,它檢測從以太埠來的資料包的源和目的地的mac(介質訪問層)地址,然後與系統內部的動態查詢表進行比較,若資料包的mac層地址不在查詢表中,則將該地址加入查詢表中,並將資料包傳送給相應的目的埠。

交換式乙太網技術的優點

交換式乙太網不需要改變網路其它硬體,包括電纜和使用者的網絡卡,僅需要用交換式交換機改變共享式hub,節省使用者網路升級的費用。

可在高速與低速網路間轉換,實現不同網路的協同。目前大多數交換式乙太網都具有100mbps的埠,通過與之相對應的100mbps的網絡卡接入到伺服器上,暫時解決了10mbps的瓶頸,成為網路區域網升級時首選的方案。

它同時提供多個通道,比傳統的共享式集線器提供更多的頻寬,傳統的共享式10mbps/100mps乙太網採用廣播式通訊方式,每次只能在一對使用者間進行通訊,如果發生碰撞還得重試,而交換式乙太網允許不同使用者間進行傳送,比如,一個16埠的乙太網交換機允許16個站點在8條鏈路間通訊。

特別是在時間響應方面的優點,使的區域網交換機倍受青睞。它以比路由器低的成本卻提供了比路由器寬的頻寬、高的速度,除非有上廣域網(wan)的要求,否則,交換機有替代路由器的趨勢。

直通式(cut throuth),儲存**(store-and-forward)的比較

直通方式的乙太網絡交換機可以理解為在各埠間是縱橫交叉的線路矩陣**交換機。它在輸入埠檢測到一個資料包時,檢查該包的包頭,獲取包的目的地址,啟動內部的動態查詢錶轉換成相應的輸出埠,在輸入與輸出交叉處接通,把資料包直通到相應的埠,實現交換功能。由於不需要儲存,延遲(latency)非常小、交換非常快,這是它的優點;它的缺點是:

因為資料包的內容並沒有被乙太網交換機儲存下來,所以無法檢查所傳送的資料包是否有誤,不能提供錯誤檢測能力,由於沒有快取,不能將具有不同速率的輸入/輸出埠直接接通,而且,當乙太網絡交換機的埠增加時,交換矩陣變的越來越複雜,實現起來相當困難。

儲存**方式是計算機網路領域應用最為廣泛的方式,它把輸入埠的資料包先儲存起來,然後進行crc檢查,在對錯誤包處理後才取出資料包的目的地址,通過查詢錶轉換成輸出埠送出包。正因如此,儲存**方式在資料處理時延時大,這是它的不足,單是它可以對進入交換機的資料包進行錯誤檢測,尤其重要的是它可以支援不同速度的輸入輸出埠間的轉換,保持高速埠與低速埠間的協同工作。

第二層和第三層交換及其與路由器方案的競爭

區域網交換機是工作在osi第二層的,可以理解為一個多埠網橋,因此傳統上稱為第二層交換;目前,交換技術已經延伸到osi第三層的部分功能,既所謂第三層交換,第三層交換可以不將廣播封包擴散,直接利用動態建立的mac地址來通訊,似乎可以看懂第三層的資訊,如ip地址、arp等,具有多路廣播和虛擬網間基於ip、ipx等協議的路由功能,這方面功能的順利實現得力於專用積體電路(asic)的加入,把傳統的由軟體處理的指令改為asic晶片的嵌入式指令,從而加速了對包的**和過濾,使得高速下的線性路由和服務質量都有了可靠的保證。目前,如果沒有上廣域網的需要,在建網方案中一般不再應用**昂貴、頻寬有限的路由器。

虛擬區域網技術

交換技術的發展,允許區域分散的組織在邏輯上成為一個新的工作組,而且同一工作組的成員能夠改變其實體地址而不必重新配置節點,這就是用到所謂的虛擬區域網技術(vlan)。用交換機建立虛擬網就是使原來的一個大廣播區(交換機的所有埠)邏輯的分為若干個"子廣播區",在子廣播區裡的廣播封包只會在該廣播區內傳送,其它的廣播區是收不到的。vlan通過交換技術將通訊量進行有效分離,從而更好地利用頻寬,並可從邏輯的角度出發將實際的lan基礎設施分割成多個子網,它允許各個區域網執行不同的應用協議和拓撲結構,對這部分詳細內容感興趣的讀者可以參考ieee802.

10規定。

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