1.4.1 交换机技术

在网络连接的拓扑结构上，交换机似乎与集线器类似。但在内部结构和网络性能方面，两者有很大的差别。

集线器是共享式网络的连接设备，虽然网络拓扑为星形结构，但集线器内部将所有端口都连接到单一网段或多个网段上，共享传输介质，以广播方式传输数据，见图1-10。其中，多网段集线器将端口均匀分布在多个网段上，每个共享网段组成一个广播域，不同广播域之间必须通过网桥实现互通。多网段集线器可以均衡网络流量负载，减少冲突现象，但它并未根本改变集线器的性质。

交换机是交换式网络的连接设备，网络拓扑为星形结构，见图1-11。在交换机内部，端口不直接连接到网段上，而通过端口交换阵列（PSM）与背板上多个网段相连接，允许管理员通过网络管理软件对端口进行管理，如端口的配置、迁移和监测等。不同网段之间通过内部网桥实现信息互通。交换机分为模块交换和端口交换两种。模块交换是在交换机内部模块间进行动态交换，但模块内仍有共享网段；端口交换是面向端口提供交换功能的，其核心技术是微网段和密集网桥端口。微网段是指将网段极端私用化，一个网段对应一个端口且只连接一个站点；密集网桥端口是指交换机的每个端口都具有网桥功能特性。这样就彻底消除了内部共享网段，能够动态地提供多条端点到端点的并行通信链路，使多个站点能够同时在各自专用的链路上进行点到点的通信而互不干扰，消除了共享网段所带来的冲突、拥挤、阻塞现象，大大增加网络的吞吐量，减少了网络的延迟，提高了网络的可用带宽。显然，端口交换的性能要优于模块交换。在实际的交换机产品中，可以将多种交换模式集成于一体。

交换机是通过网桥实现信息交换的。交换机中的网桥是一种简化的网桥，只提供有限的MAC地址寻址能力，主要提供选择路径（端口）和转发信息的功能，其交换速度比一般的网桥要快得多。

交换机的实现技术主要有两种，一种是传统的存储转发（Store and Forward）技术，即将整个数据帧先存储在缓冲器中，等待完成差错检查、路由选择等处理后再转发出去；另一种是直通（Cut Through）技术，即在接收数据帧的同时立即按该数据帧的目的地址确定其输出端口并转发出去，其转发速度非常快。两者各有优缺点，前者可以在转发过程中对数据帧做某些增值处理，如速率匹配、差错检验、协议转换等，但有转发延迟；后者虽然转发速度很快，但不能做上述增值处理。实际上，很多交换机都同时提供这两种技术。此外，交换机还集成了很多有用的功能，如网络管理、多种协议支持、路由选择、远程访问、包过滤以及虚拟局域网支持等。

在性能和功能上，交换机可分为两种：一种是固定端口的交换机，其特点是功能简单，性能一般，价格便宜；另一种是模块式交换机，它采用机箱方式，端口集成在可热插拔的交换模块板上，交换模块板将插接到机箱内部背板的高速总线上，模板之间通过高速总线进行通信。模块板的数量和类型（即模块板所支持的网络协议类型）都可根据用户需求来配置和扩充，非常灵活，并且功能强大，整体性能好。