今天武漢海翎光電的小編要為大家科普的是搭建網絡時最常見的設備，交換機。小伙伴都知道，交換機在英文里叫做switch，交換機是一種比較省事的叫法。它的全名應該叫做以太網交換機，它還有一些姐妹，比如電話語音交換機、光纖交換機等等。要講交換機，自然要了解它的前身，它就是集線器（圖1）。用過集線器的小伙伴們可能就要暴露年齡了。

圖1：集線器

    小編的大學群居時代，也是互聯網人類早期。一個宿舍只有一個網口，那怎么滿足四五個人甚至七八個小伙伴打星際、CS、魔獸、下載AVI文件，抄論文等需求呢？最簡單的辦法就是使用這種集線器，也叫HUB。簡單講它相當于把一根網線分成多根使用，并且讓這些網線連接的設備組成一個局域網。從此，單機游戲變成了多人運動，更加的緊張刺激。但是集線器有不少缺點，它工作在OSI參考模型（圖2），第一層，即物理層。

圖2：OSI參考模型

    所以發送數據時采用的是廣播的方式，如何理解呢?比如宿舍里老二大聲質疑老大，“你為什么‘發圖不發種’？”集線器采用的是共享帶寬的工作方式，設備越多就越可能造成網絡擁堵現象，老大和老二傳文件占滿了帶寬，其他小伙伴的網絡體驗就會很差，很容易引發人民內部矛盾沖突。所以，我們把這種宿舍叫做一個沖突域（圖3）。

圖3：沖突域

    再有集線器的數據發送是非雙工傳輸模式。什么概念呢？大家可以想象一下獨木橋，同一時間只能過一個人。兩邊都有人要過橋的話，就只能等一個人先過去，另一個再過，效率很低，怎么辦呢？那就要升級換代咯！

    1989年Kalpana公司發明了第一臺以太網交換機EthrSwitch EPS-700,對外提供7個固定端口，它工作在OSI參考模型的第二層，數據鏈路層，所以也被稱為二層交換機，為了方便大家明白，小編就拿武漢海翎光電研制的自主可控全國產交換機IERS108系列舉例。

圖4：海翎光電研制的全國產交換機IERS108(8口交換機）硬件規格

    這是海翎光電研制的自主可控全國產8口交換機。采用的是楠菲微SF2507的交換芯片，集成處理器，8MB flash存儲，二層交換機。相比集線器廣播數據的方式，交換機會按照內存里的地址表，把數據直接發送到目的地址。如果沒有，則會通過廣播來查找，“握手”成功后，再把它存放到地址表，方便下次尋找和使用。找不到的話，就先放到緩存，慢慢找。另外集線是共享帶寬，而交換機它每一個端口上的設備都能獨享全部的帶寬。也就是說，如果老大給老二傳文件，占滿了百兆帶寬，老三給老四傳文件，依然可以享受百兆帶寬，相當于，這8個端口，每個都是獨立的百兆帶寬。這等于，把沖突域從原來的整個宿舍縮小到一個端口上。

圖5：雙工模式

    這還沒完，早期交換機依然是非雙工傳輸模式。而1993年，Kalpana公司取得了另一項突破，使得一條鏈路可以同時發送和接受數據，也就是全雙工以太網，我們這臺小設備（全國產交換機IERS108(8口交換機））就是全雙工，交換容量2Gbps,也就是同一時間平均每個端口收發的數據能達到2500M每秒。畫個重點，交換容量是交換機的核心參數之一，這個數字越大，代表性能越高。當然也越貴。

    二層交換機的出現，使得以太網從“共享式”步入了“交換式”時代，大大提高了局域網的性能。但是二層交換機還是有一個毛病，只能隔離沖突域，不能分割廣播域。這個如何理解呢？如果我們的宿舍樓或者辦公樓都是用二層交換機組網，那么整個網絡都在一個廣播域內，一旦發出廣播報文，就會傳遍整個網絡。對于局域網而言這樣不僅會影響到網絡帶寬，還會給網絡中的主機帶來額外負擔。

    后來出現了VLAN（Virtual Local Area Network)也就是虛擬局域網技術。在一個局域網中劃分出不同的網段，實現廣播域的隔離，但是不同VLAN之間的轉發，還是要通過路由器來完成。如圖6。相對于交換機而言，路由器價格更貴，并且交換性能要更弱，無法滿足大量用戶對大帶寬的需求。

 圖6

    在2000年，三層交換機的概念出來了。專門為IP網絡設計的，接口類型簡單，它既可以工作在OSI協議第三層，替代或部分完成傳統路由器的功能，同時又具有接近第二層交換的速度，非常適用于大型局域網的數據路由與交換。如圖7。

圖7

    三層交換機最典型的應用就是代替路由器，來實現同一個局域網中各子網以及VLAN間的互聯，所以它又被稱路由交換機，三層交換機可以說是諸多網絡設備中的中流砥柱了。不管在學校還是在辦公樓、產業園還是住宅區都有它的身影。尤其是核心骨干網，一定會用到三層交換機。這里要注意，路由交換機的路由和路由器的路由并不是一回事兒。交換機的路由功能是圍繞局域網內部的數據交換。在安全、協議支持方面有很多欠缺，并不能取代路由器，所以局域網與公網之間要實現跨地域的網絡訪問時，都需要通過專業路由器。（下期分享《路由器到底能不能代替交換機？》敬請關注。

    除了二層三層的分類，我們更多時候是根據使用場景的不同，將交換機分為接入層交換機、匯聚層交換機和核心層交換機。也可以根據接口的速率，把交換機分為百兆交換機、千兆交換機、萬兆交換機、25G、40G、100G交換機等等。根據接口類型分為電口交換機、光纖交換機，當然也有非常風騷的光電混合交換機。

   這里順便為大家介紹一款海翎光電研制的自主可控全國產三層交換機，IEGM210系列，這款交換機12口千兆交換機。采用盛科CTC7132交換芯片，交換芯片內嵌ARM53處理器，1GB DDR4內存。這臺網管型交換機，支持風暴抑制；支持VLAN標記；支持MAC地址自動學習和老化；支持靜態、動態、黑洞MAC表項；支持源MAC地址過濾；支持基于端口和VLAN的MAC地址學習限制；支持STP\RSTP\MSTP\ERPS等鏈路環網保護；支持IGMP snooping v1/v2/v3 IGMP Proxy；支持MVR\MLD Snooping v1/v2；支持靜態和LACP鏈路聚合; 支持靜態路由、RIP v1/v2、OSPF、 BGP、ECMP、策略路由、VRF等路由協議; 支持靜態組播;支持UDLD、VCT、LLDP 支持DHCP Server/Relay Snooping/Client ;支持DNS與NTP時間同步;支持SamrtLink、M-LAG\VRRP等。（還需要了解此款交換機更多參數請加小編微信13296589910）

圖8:全國產交換機IEGM210系列 硬件規格

    隨著如今數據增長越來越快，各種高帶寬業務越來越普及，對于交換機也提出了更高的要求。目前來講，交換機正在朝著兩個方向進化。

    第一，就是轉化效率、性能和可靠性的提升。從100G、200G到400G甚至800G。交換機的單板能力不斷提升，與 英特爾的TICK-TOCK策略近似（如圖9)

圖9：英特爾的TICK-TOCK策略

    交換機在硬件架構上也不斷演進，從早期的Full Mesh到目前經常提到的三平面分離正交架構，通過采用數據平臺，控制平臺、管理平臺相互分離的結構模型保證了大量的數據處理和路由環境復雜條件下，各個平臺互不干擾，高度保障系統安全穩定性。（如圖10、圖11）

    同時，正交設計減少了背板走線，帶來的高速信號衰減，提高了硬件的可靠性。（如圖12）無背板設計能夠解除背板對容量提升的限制，當需要更大帶寬的時候，只需要更換相應的板卡就可以實現。目前，大多數園區網以及數據中心級交換機，都采用了這樣的設計。

圖10

圖11

圖12

    第二，就是交換技術的發展，從最初集線器的端口交換到目前利用ATM技術的信元交換，從之前的二三層交換發展到目前第七層的應用交換。也就是通過逐層打開每一個數據包的封裝，識別出應用層的信息，從而實現對內容的識別。

    有個典型的場景（如圖12、圖13），可以很好地說明這點。就是區分應用Qos通過識別來自不同應用的流量，來實現針對性的轉發。比如文字、語音數據、視頻流這些需要穩定帶寬傳輸的會優選保證。對于上傳下載等優先級過低的應用，則需要降低帶寬給優選級高的應用讓路。這對于企業充分利用帶寬資源非常有效。能節省下大量的真金白銀。像核心交換機還能支持防火墻，負載均衡、無限AC、IPSec VPN等多種增值業務能力。

圖12

圖13

    總之，交換機的花活是越來越多。當然大的發展方向下，各個廠家的交換機也有差異化設計。比如，交換機的堆疊技術、枝葉交換機、統一運維的云管理技術，還有當下的邊緣計算跟交換機的技術結合。不同應用場景的部署需要不同的技術形態來滿足，從而誕生了很多細分品類。好了，今天關于交換機的前世今生以及未來就介紹到這里吧！

才能覺醒的地方

——武漢海翎光電科技有限公司

    海翎光電公司積極響應國家戰略布局，重點推進自主可控國產化產品的開發與應用。為加強自主可控產業在各領域的競爭力，豐富產品類型的廣度與深度，聯合高校成立技術研發中心，完成了基于全國產系列 的網絡通信產品、嵌入式單板計算機產品，同時在結合原有技 術的基礎上構建起智能健康診斷平臺、智能巡檢平臺、大數據 處理平臺等。產品深入軍工、電力、能源、交通、船舶、環保、 煤炭、石油化工、工業控制等領域。。

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