電話(huà)交換機(jī)知識(shí)匯總，很全面的交換機(jī)知識(shí)

目前交換機(jī)在傳送源和目的端口的數(shù)據(jù)包時(shí)通常采用直通式交換、存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)式和碎片隔離方式三種數(shù)據(jù)包交換方式。目前的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)式是電話(huà)交換機(jī)的主流交換方式。

1、直通交換方式（Cut-through）

采用直通交換方式的以太網(wǎng)交換機(jī)可以理解為在各端口間是縱橫交叉的線(xiàn)路矩陣電話(huà)交換機(jī)。它在輸入端口檢測(cè)到一個(gè)數(shù)據(jù)包時(shí)，檢查該包的包頭，獲取包的目的地址，啟動(dòng)內(nèi)部的動(dòng)態(tài)查找表轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的輸出端口，在輸入與輸出交叉處接通，把數(shù)據(jù)包直通到相應(yīng)的端口，實(shí)現(xiàn)交換功能。由于它只檢查數(shù)據(jù)包的包頭（通常只檢查14個(gè)字節(jié)），不需要存儲(chǔ)，所以切入方式具有延遲小，交換速度快的優(yōu)點(diǎn)。所謂延遲（Latency）是指數(shù)據(jù)包進(jìn)入一個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備到離開(kāi)該設(shè)備所花的時(shí)間。

它的缺點(diǎn)主要有三個(gè)方面：一是因?yàn)閿?shù)據(jù)包內(nèi)容并沒(méi)有被以太網(wǎng)交換機(jī)保存下來(lái)，所以無(wú)法檢查所傳送的數(shù)據(jù)包是否有誤，不能提供錯(cuò)誤檢測(cè)能力；第二，由于沒(méi)有緩存，不能將具有不同速率的輸入／輸出端口直接接通，而且容易丟包。如果要連到高速網(wǎng)絡(luò)上，如提供快速以太網(wǎng)（100BASE－T）、FDDI或ATM連接，就不能簡(jiǎn)單地將輸入／輸出端口“接通”，因?yàn)檩斎耄敵龆丝陂g有速度上的差異，須提供緩存；第三，當(dāng)以太網(wǎng)交換機(jī)的端口增加時(shí)，交換矩陣變得越來(lái)越復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)起來(lái)就越困難。

2、存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式（Store-and-Forward）

存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)（Store and Forward）是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域使用得技術(shù)之一，以太網(wǎng)交換機(jī)的控制器先將輸入端口到來(lái)的數(shù)據(jù)包緩存起來(lái)，先檢查數(shù)據(jù)包是否正確，并過(guò)濾掉沖突包錯(cuò)誤。確定包正確后，取出目的地址，通過(guò)查找表找到想要發(fā)送的輸出端口地址，然后將該包發(fā)送出去。正因如此，存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式在數(shù)據(jù)處理時(shí)延時(shí)大，這是它的不足，但是它可以對(duì)進(jìn)入交換機(jī)的數(shù)據(jù)包進(jìn)行錯(cuò)誤檢測(cè)，并且能支持不同速度的輸入／輸出端口間的交換，可有效地改善網(wǎng)絡(luò)性能。它的另一優(yōu)點(diǎn)就是這種交換方式支持不同速度端口間的轉(zhuǎn)換，保持高速端口和低速端口間協(xié)同工作。實(shí)現(xiàn)的辦法是將10Mbps低速包存儲(chǔ)起來(lái)，再通過(guò)100Mbps速率轉(zhuǎn)發(fā)到端口上。

3、碎片隔離式（Fragment Free）

這是介于直通式和存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)式之間的一種解決方案。它在轉(zhuǎn)發(fā)前先檢查數(shù)據(jù)包的長(zhǎng)度是否夠64個(gè)字節(jié)（512 bit），如果小于64字節(jié)，說(shuō)明是假包（或稱(chēng)殘幀），則丟棄該包；如果大于64字節(jié)，則發(fā)送該包。該方式的數(shù)據(jù)處理速度比存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式快，但比直通式慢，但由于能夠避免殘幀的轉(zhuǎn)發(fā)，所以被廣泛應(yīng)用于低檔交換機(jī)中。

使用這類(lèi)交換技術(shù)的交換機(jī)一般是使用了一種特殊的緩存。這種緩存是一種先進(jìn)先出的FIFO（First In First Out），比特從一端進(jìn)入然后再以同樣的順序從另一端出來(lái)。當(dāng)幀被接收時(shí)，它被保存在FIFO中。如果幀以小于512比特的長(zhǎng)度結(jié)束，那么FIFO中的內(nèi)容（殘幀）就會(huì)被丟棄。因此，不存在普通直通轉(zhuǎn)發(fā)交換機(jī)存在的殘幀轉(zhuǎn)發(fā)問(wèn)題，是一個(gè)非常好的解決方案。數(shù)據(jù)包在轉(zhuǎn)發(fā)之前將被緩存保存下來(lái)，從而確保碰撞碎片不通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳播，能夠在很大程度上提高網(wǎng)絡(luò)傳輸效率。

交換機(jī) : 背板帶寬

交換機(jī)的背板帶寬，是交換機(jī)接口處理器或接口卡和數(shù)據(jù)總線(xiàn)間所能吞吐的最大數(shù)據(jù)量。背板帶寬標(biāo)志了交換機(jī)總的數(shù)據(jù)交換能力，單位為Gbps，也叫交換帶寬，一般的交換機(jī)的背板帶寬從幾Gbps到上百Gbps不等。一臺(tái)交換機(jī)的背板帶寬越高，所能處理數(shù)據(jù)的能力就越強(qiáng)，但同時(shí)設(shè)計(jì)成本也會(huì)越高。

一般來(lái)講，計(jì)算方法如下:

1）線(xiàn)速的背板帶寬

考察交換機(jī)上所有端口能提供的總帶寬。計(jì)算公式為端口數(shù)*相應(yīng)端口速率*2（全雙工模式）如果總帶寬≤標(biāo)稱(chēng)背板帶寬，那么在背板帶寬上是線(xiàn)速的。

2）第二層包轉(zhuǎn)發(fā)線(xiàn)速

第二層包轉(zhuǎn)發(fā)率=千兆端口數(shù)量×1.488Mpps+百兆端口數(shù)量*0.1488Mpps+其余類(lèi)型端口數(shù)*相應(yīng)計(jì)算方法，如果這個(gè)速率能≤標(biāo)稱(chēng)二層包轉(zhuǎn)發(fā)速率，那么交換機(jī)在做第二層交換的時(shí)候可以做到線(xiàn)速。

3）第三層包轉(zhuǎn)發(fā)線(xiàn)速

第三層包轉(zhuǎn)發(fā)率=千兆端口數(shù)量×1.488Mpps+百兆端口數(shù)量*0.1488Mpps+其余類(lèi)型端口數(shù)*相應(yīng)計(jì)算方法，如果這個(gè)速率能≤標(biāo)稱(chēng)三層包轉(zhuǎn)發(fā)速率，那么交換機(jī)在做第三層交換的時(shí)候可以做到線(xiàn)速。

那么，1.488Mpps是怎么得到的呢?

包轉(zhuǎn)發(fā)線(xiàn)速的衡量標(biāo)準(zhǔn)是以單位時(shí)間內(nèi)發(fā)送64byte的數(shù)據(jù)包（最小包）的個(gè)數(shù)作為計(jì)算基準(zhǔn)的

對(duì)于千兆以太網(wǎng)來(lái)說(shuō)，計(jì)算方法如下：1，000，000，000bps/8bit/（64＋8＋12）byte=1,488,095pps 說(shuō)明：當(dāng)以太網(wǎng)幀為64byte時(shí)，需考慮8byte的幀頭和12byte的幀間隙的固定開(kāi)銷(xiāo)。故一個(gè)線(xiàn)速的千兆以太網(wǎng)端口在轉(zhuǎn)發(fā)64byte包時(shí)的包轉(zhuǎn)發(fā)率為1.488Mpps。快速以太網(wǎng)的統(tǒng)速端口包轉(zhuǎn)發(fā)率正好為千兆以太網(wǎng)的十分之一，為148.8mpps。

對(duì)于萬(wàn)兆以太網(wǎng)，一個(gè)線(xiàn)速端口的包轉(zhuǎn)發(fā)率為14.88Mpps。

對(duì)于千兆以太網(wǎng)，一個(gè)線(xiàn)速端口的包轉(zhuǎn)發(fā)率為1.488Mpps。

對(duì)于快速以太網(wǎng)，一個(gè)線(xiàn)速端口的包轉(zhuǎn)發(fā)率為0.1488Mpps。

對(duì)于OC－12的POS端口，一個(gè)線(xiàn)速端口的包轉(zhuǎn)發(fā)率為1.17Mpps。

對(duì)于OC－48的POS端口，一個(gè)線(xiàn)速端口的包轉(zhuǎn)發(fā)率為468MppS。

所以說(shuō)，如果能滿(mǎn)足上面三個(gè)條件，那么我們就說(shuō)這款交換機(jī)做到了線(xiàn)性無(wú)阻塞

背板帶寬資源的利用率與交換機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)息息相關(guān)。目前交換機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要有以下幾種：一是共享內(nèi)存結(jié)構(gòu)，這種結(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，中央內(nèi)存的價(jià)格會(huì)很高，因而交換機(jī)內(nèi)核成為性能實(shí)現(xiàn)的瓶頸；二是交叉總線(xiàn)結(jié)構(gòu)，它可在端口間建立直接的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接，這對(duì)于單點(diǎn)傳輸性能很好，但不適合多點(diǎn)傳輸；三是混合交叉總線(xiàn)結(jié)構(gòu)，這是一種混合交叉總線(xiàn)實(shí)現(xiàn)方式，它的設(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。其優(yōu)點(diǎn)是減少了交叉總線(xiàn)數(shù)，降低了成本，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。

交換機(jī) : 端口數(shù)量

交換機(jī)設(shè)備的端口數(shù)量是交換機(jī)直觀的衡量因素，通常此參數(shù)是針對(duì)固定端口交換機(jī)而言，常見(jiàn)的標(biāo)準(zhǔn)的固定端口交換機(jī)端口數(shù)有8、12、16、24、48等幾種。而非標(biāo)準(zhǔn)的端口數(shù)主要有：4端口，5端口、10端口、12端口、20端口、22端口和32端口等。

固定端口交換機(jī)雖然相對(duì)來(lái)說(shuō)價(jià)格便宜一些，但由于它只能提供有限的端口和固定類(lèi)型的接口，因此，無(wú)論從可連接的用戶(hù)數(shù)量上，還是所從可使用的傳輸介質(zhì)上來(lái)講都具有一定的局限性，但這種交換機(jī)在工作組中應(yīng)用較多，一般適用于小型網(wǎng)絡(luò)、桌面交換環(huán)境。