1.4.1 交換機技術

在網絡連接的拓撲結構上，交換機似乎與集線器類似。但在內部結構和網絡性能方面，兩者有很大的差別。

集線器是共享式網絡的連接設備，雖然網絡拓撲為星形結構，但集線器內部將所有端口都連接到單一網段或多個網段上，共享傳輸介質，以廣播方式傳輸數據，見圖1-10。其中，多網段集線器將端口均勻分布在多個網段上，每個共享網段組成一個廣播域，不同廣播域之間必須通過網橋實現互通。多網段集線器可以均衡網絡流量負載，減少沖突現象，但它并未根本改變集線器的性質。

圖1-10 集線器結構

交換機是交換式網絡的連接設備，網絡拓撲為星形結構，見圖1-11。在交換機內部，端口不直接連接到網段上，而通過端口交換陣列（PSM）與背板上多個網段相連接，允許管理員通過網絡管理軟件對端口進行管理，如端口的配置、遷移和監測等。不同網段之間通過內部網橋實現信息互通。交換機分為模塊交換和端口交換兩種。模塊交換是在交換機內部模塊間進行動態交換，但模塊內仍有共享網段；端口交換是面向端口提供交換功能的，其核心技術是微網段和密集網橋端口。微網段是指將網段極端私用化，一個網段對應一個端口且只連接一個站點；密集網橋端口是指交換機的每個端口都具有網橋功能特性。這樣就徹底消除了內部共享網段，能夠動態地提供多條端點到端點的并行通信鏈路，使多個站點能夠同時在各自專用的鏈路上進行點到點的通信而互不干擾，消除了共享網段所帶來的沖突、擁擠、阻塞現象，大大增加網絡的吞吐量，減少了網絡的延遲，提高了網絡的可用帶寬。顯然，端口交換的性能要優于模塊交換。在實際的交換機產品中，可以將多種交換模式集成于一體。

圖1-11 交換機結構

交換機是通過網橋實現信息交換的。交換機中的網橋是一種簡化的網橋，只提供有限的MAC地址尋址能力，主要提供選擇路徑（端口）和轉發信息的功能，其交換速度比一般的網橋要快得多。

交換機的實現技術主要有兩種，一種是傳統的存儲轉發（Store and Forward）技術，即將整個數據幀先存儲在緩沖器中，等待完成差錯檢查、路由選擇等處理后再轉發出去；另一種是直通（Cut Through）技術，即在接收數據幀的同時立即按該數據幀的目的地址確定其輸出端口并轉發出去，其轉發速度非常快。兩者各有優缺點，前者可以在轉發過程中對數據幀做某些增值處理，如速率匹配、差錯檢驗、協議轉換等，但有轉發延遲；后者雖然轉發速度很快，但不能做上述增值處理。實際上，很多交換機都同時提供這兩種技術。此外，交換機還集成了很多有用的功能，如網絡管理、多種協議支持、路由選擇、遠程訪問、包過濾以及虛擬局域網支持等。

在性能和功能上，交換機可分為兩種：一種是固定端口的交換機，其特點是功能簡單，性能一般，價格便宜；另一種是模塊式交換機，它采用機箱方式，端口集成在可熱插拔的交換模塊板上，交換模塊板將插接到機箱內部背板的高速總線上，模板之間通過高速總線進行通信。模塊板的數量和類型（即模塊板所支持的網絡協議類型）都可根據用戶需求來配置和擴充，非常靈活，并且功能強大，整體性能好。