交换机的工作原理及选购指南

交换机（Switch）意为“开关”是一种用于电（光）信号转发的网络设备。它可以为接入交换机的任意两个网络节点提供独享的电信号通路。最常见的交换机是以太网交换机。其他常见的还有电话语音交换机、光纤交换机等。

交换机是一种用于电信号转发的网络设备。它可以为接入交换机的任意两个网络节点提供独享的电信号通路。最常见的交换机是以太网交换机。其他常见的还有电话语音交换机、光纤交换机等。交换是按照通信两端传输信息的需要，用人工或设备自动完成的方法，把要传输的信息送到符合要求的相应路由上的技术的统称。交换机根据工作位置的不同，可以分为广域网交换机和局域网交换机。广域的交换机就是一种在通信系统中完成信息交换功能的设备，它应用在数据链路层。交换机有多个端口，每个端口都具有桥接功能，可以连接一个局域网或一台高性能服务器或工作站。实际上，交换机有时被称为多端口网桥。

交换机工作原理

工作在数据链路层。交换机拥有一条很高带宽的背部总线和内部交换矩阵。交换机的所有的端口都挂接在这条背部总线上，控制电路收到数据包以后，处理端口会查找内存中的地址对照表以确定目的MAC（网卡的硬件地址）的NIC（网卡）挂接在哪个端口上，通过内部交换矩阵迅速将数据包传送到目的端口，目的MAC若不存在，广播到所有的端口，接收端口回应后交换机会“学习”新的地址，并把它添加入内部MAC地址表中。

使用交换机也可以把网络“分段”，通过对照MAC地址表，交换机只允许必要的网络流量通过交换机。通过交换机的过滤和转发，可以有效的减少冲突域，但它不能划分网络层广播，即广播域。

交换机在同一时刻可进行多个端口对之间的数据传输。每一端口都可视为独立的网段，连接在其上的网络设备独自享有全部的带宽，无须同其他设备竞争使用。当节点A向节点D发送数据时，节点B可同时向节点C发送数据，而且这两个传输都享有网络的全部带宽，都有着自己的虚拟连接。

交换机选购指南

交换机在一些比较大型的局域网中已经非常普遍，随着网络技术的空前发展，交换机产品也日益丰富，厂商不断涌现，Cisco、Avaya、3COM、华为、D-Link、神州数码等等成百上千家都提供不同层次的交换机产品，来满足各层次用户的需求。面对如此众多的厂商和产品，是不是让您觉得眼花缭乱？怎样才能够选择最适合自己的交换机产品呢？其实小编认为，任何东西都是万变不离其宗，只要你掌握了产品的本质特性，再根据自身的特点，量体裁衣，就不难找到适合自己的东西了。在这里，笔者与各位网友共同学习一下交换机的主要性能指标，从技术角度对交换机有个基本的认识，以便在今后选购和使用交换机时做到心中有数。

一般来说，与交换机性能和设备选型密切相关的因素主要有背板带宽、包转发率、交换方式、端口类型、端口速率、端口密度、冗余模块、堆叠能力、VLAN数量、MAC地址数量、三层交换能力等,下面以几款产品为例逐一介绍：

a.背板带宽

背板带宽是我们在选购交换机时应该十分注意的一个性能指标，它标志着一个交换机总的吞吐能力。背板带宽约高，你的交换机负载数据转发能力就越强，网络瓶颈就越低。在以背板总线为交换通道的交换机上，任何端口接收的数据，首先被放到总线上，再由总线传递给目标端口，这种情况下背板带宽就是总线的带宽。现在的许多交换机，尤其是模块化的交换机都为交换矩阵设计，这种设计的交换能力更强，在这样的交换机上，背板带宽实际上指的是交换矩阵的总吞吐量。背板带宽以Gbit/s为单位，从几Gbit/s到几百Gbit/s不等，一般来说固定端口交换机背板带宽较低，而模块化交换机背板带宽较高，如Cisco桌面级交换机CISCO WS-C2950G-48-EI的背板带宽为4.4Gbit/s，而企业级交换机CISCO WS-C6513的交换矩阵吞吐能力是256Gbit/s，相差两个数量级。当然背板带宽越高的价格也就越贵，像上面提高的CISCO WS-C6513目前市场售价大概在11万到12万左右。

b.包转发率

在我们选购交换机时经常会注意到背板带宽和端口速率，但包转发率这项指标也是不可忽视的。包转发率以数据包为单位体现了交换机的交换能力，单位是Mpps（百万包/秒）。包转发率的数值从几Mpps到几百Mpps不等。如Cisco 2950系列交换机包转发率一般为6.6Mpps。华为 S5516的包转发率为24Mpps。

c.交换方式

目前交换机通常采用直通式交换、存储转发式、碎片隔离式三种。其中直通式交换延时小，速度快，但不提供错误检测，容易丢包；存储转发与之相反，它是接收数据包后先缓存起来，做CRC校验，过滤错误的数据包后再发送到目的端口，这种交换方式稳定准确，但是延时大，华为的S3026交换机即属于存储转发式，该技术是目前交换机使用最为普遍的方式。还有一种技术，就是碎片隔离式技术，它算是以上两种技术的折中吧，原理是在转发之前先检查数据包的长度是否够64Byte，如小于该值，则丢弃（说明是假包），如大于该值，则转发。该种技术一般应用于低端交换机当中。

d.端口类型

端口类型是指交换机上的端口是以太网、令牌环、FDDI还是ATM等类型，一般来说固定端口交换机只有单一类型的端口，而模块化交换机则可以有不同介质类型的模块可供选择，从而实现各种网络的互连。如华为的S3050交换机提供的是10/100Base-TX,1000Base-FX端口，而华为 S5516交换机有1000/100/10Base-T，1000Base-LX，1000Base-SX等几种接口可供选择。在我们小型办公室中使用的交换机一般是以RJ45以太网端口居多。

e.端口速率

除了背板带宽、包转发等，端口速率也是衡量交换机的一项重要指标，像神州数码 DCS-1016交换机提供10M/100M速率，而其模块化交换机DCRS-7515能够提供10M/100M/1000M等不同速率。目前低端交换机一般都能够提供10M、100M速率，高端交换机能够提供1000M甚至更高。

f. 端口密度

端口密度是指一台交换机所支持的最大端口数量。这也是我们在选购交换机最能直接看出来的，目前市面上的SOHO、中小企业固定交换机一般提供几个到几十个不等，而企业模块化化交换机提供的端口会更多。如果您是SOHO用户一般选择端口较少的固定交换机即可，但如果是中等规模企业使用，为了以后升级，就得考虑选择模块化交换机了。

g.三层交换能力

早期的交换机不提供三层交换，对于三层交换能力的指标首先是指交换机有无三层交换能力，是否可以通过软件升级具有此能力；其次是指三层的包转发率的高低，能否实现线速的三层交换（线速三层交换是指具有和二层交换相同的交换速率）。有些交换机的标准版软件是不支持三层交换，但增强版软件则支持三层交换，例如思科的Cisco 3550系列交换机就是如此。

h.堆叠能力

交换机之间的连接有两种方式，即级连和堆叠，级连是指通过网线将两台交换机连接起来，而堆叠则指通过堆叠端口（或模块）和堆叠线缆将两台交换机连接起来。不同类型的交换机可以级连，而只有同类的交换机才能堆叠到一起，这一点要特别注意，不同厂商的产品，可堆叠的设备数量有一定差别，一般最多为9台，比如3 Com SuperStack系列交换机堆叠数量是4台，而Cisco 3550系列交换机堆叠数量能够到9台。

i.VLAN支持

VLAN指的是虚拟局域网，主要是为了防止局域网内产生广播效应，同时加强网段之间的安全性。不同厂商的设备对VLAN的支持能力不同，支持VLAN的数量也不同，早期的交换机支持VLAN能力比较低，现在的交换机大部分都支持基于端口的VLAN、基于IP和MAC的VLAN、基于组播的VLAN，且支持数量一般都不少。比如联想imax iSpirit3524G-L3就能够支持256个VLAN。

j.MAC地址数量

像路由器有路由表一样，每个交换机都有一个MAC地址表，所谓MAC地址数量是指交换机的MAC地址表中可以最多存储的MAC地址数量，存储的MAC地址数量越多，那么数据转发的速度和效率也就就越高。像CISCO的交换机CISCO WS-C6509(1300AC)的MAC地址为16000，NETGEAR GS524T的MAC地址为8K。在我们选购交换机时要注意这个参数，不过现在的交换机一般都会在几千到几万个以上，差不多都会满足要求。

以上简单列举了交换机的一些主要性能指标，目前市场上交换机产品琳琅满目，不同厂商对针对不同用户提出自己产品的特色，增强卖点，但只要您擦亮眼睛，清楚产品的本质特性，找到最佳的性能价格比，我相信就不难选择适合自己的产品了。还有其他一些像CPU主频类型、延时、MTBF（平均无故障时间）、模块冗余、缓存类型和大小等参数，也都是交换机的基本性能指标，一般在厂商的手册或彩页上都应该说明。