那么交換容量是什么呢？所謂的交換容量就是交換引擎單位時(shí)間內(nèi)能處理多少數(shù)據(jù)。如果說有兩個(gè)單向八車道交匯，形成一個(gè)十字路口，那么背板帶寬就是這兩個(gè)車道同一時(shí)間總共能跑多少車，而交換容量就看這個(gè)十字路口的指揮者能同時(shí)指揮多少車輛運(yùn)行。遇到能力強(qiáng)的指揮者，這兩個(gè)車道理論上能同時(shí)跑1000輛車，那么就真的可能跑1000輛車，也不會堵車，那么如果遇到能力不夠的指揮者，比如說他只有指揮500輛車的能力，那么這個(gè)當(dāng)路口有1000輛車時(shí)，就會發(fā)生堵車，路再寬，也只能同時(shí)跑500輛車。

    由于交換引擎是作為模塊化交換機(jī)數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)的核心，所以這一指標(biāo)能夠真實(shí)反映交換機(jī)的性能。對于固定端口交換機(jī)，交換引擎和網(wǎng)絡(luò)接口模板是一體的，所以廠家提供的轉(zhuǎn)發(fā)性能參數(shù)就是交換引擎的轉(zhuǎn)發(fā)性能，這一指標(biāo)是決定交換機(jī)性能的關(guān)鍵。支持第三層交換的設(shè)備，廠家會分別提供第二層轉(zhuǎn)發(fā)速率和第三層轉(zhuǎn)發(fā)速率，一般二層能力用bps，三層能力用pps，采用不同體系結(jié)構(gòu)的模塊化交換機(jī)，這兩個(gè)參數(shù)的意義是不同的。但是，對于一般的局域網(wǎng)用戶而言，只關(guān)心這兩個(gè)指標(biāo)就可以了，它是決定該系統(tǒng)性能的關(guān)鍵指標(biāo)；對于大型園區(qū)網(wǎng)和城域網(wǎng)用戶，討論交換機(jī)的體系結(jié)構(gòu)和第三層優(yōu)化算法才是有意義的。

    其實(shí)現(xiàn)在設(shè)備廠家的部分工程師已經(jīng)認(rèn)為背板帶寬這個(gè)概念沒有意義了，而交換容量和下面要說的轉(zhuǎn)發(fā)率才決定交換機(jī)的性能，而這個(gè)參數(shù)很大程度上取決于交換矩陣。

    *注意：交換機(jī)達(dá)到線速轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)，交換容量=端口數(shù)×相應(yīng)端口速率×2（全雙工模式）。

    如果交換機(jī)在滿載板卡的情況下還能達(dá)到線速轉(zhuǎn)發(fā)（線速轉(zhuǎn)發(fā)可以理解為路上不堵車，所有車都能保持最高100碼的速度開），說明交換引擎的處理性能是≥背板帶寬≥所有端口的全雙工轉(zhuǎn)發(fā)速率的。

    交換容量是一個(gè)二層轉(zhuǎn)發(fā)的概念

    1.2.3 包轉(zhuǎn)發(fā)率（pps，三層轉(zhuǎn)發(fā)）

    包轉(zhuǎn)發(fā)率實(shí)際上跟交換容量概念相似，只不過交換容量是指交換機(jī)進(jìn)行二層轉(zhuǎn)發(fā)的性能，而包轉(zhuǎn)發(fā)率是指交換機(jī)進(jìn)行三層路由轉(zhuǎn)發(fā)的性能。這兩個(gè)概念僅僅是所屬的網(wǎng)絡(luò)層級不同。

    三層包轉(zhuǎn)發(fā)率的計(jì)算，簡單說一下，一個(gè)千兆的端口包轉(zhuǎn)發(fā)率是多少呢？1000，000，000bps/8*(64+8+12)=1.488Mpps，8表示8個(gè)bit，而64+12+8表示的是一個(gè)數(shù)據(jù)字段為64字節(jié)的幀，在網(wǎng)絡(luò)上傳輸時(shí)候?qū)嶋H所使用的字節(jié)數(shù)，8字節(jié)的頭部以及12字節(jié)的其他開銷，這個(gè)數(shù)據(jù)意味著一個(gè)千兆口每秒能轉(zhuǎn)發(fā)1.488M個(gè)包，每個(gè)包的大小是84字節(jié)（算上頭尾的開銷）。同理，百兆接口的包轉(zhuǎn)發(fā)率是0.1488M。（標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)幀尺寸在64字節(jié)到1518字節(jié)之間，在衡量交換機(jī)包轉(zhuǎn)發(fā)能力時(shí)應(yīng)當(dāng)采用最小尺寸的包進(jìn)行評價(jià)。指基于64字節(jié)分組，在單位時(shí)間內(nèi)交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)總數(shù)）

    1.2.4 線速

    前面多次提到了線速，那么線速究竟是什么概念呢？       

    所謂線速，是指能夠按照網(wǎng)絡(luò)通信線上的數(shù)據(jù)傳輸速度實(shí)現(xiàn)無瓶頸的數(shù)據(jù)交換。交換機(jī)的所有端口都以線速接收幀，并能無延遲地處理被稱為“無阻塞（Nonblocking）”，之所以這樣叫是因?yàn)樵O(shè)備內(nèi)部沒有等待處理的幀（沒有阻塞）。

    如果是總線交換結(jié)構(gòu)，要想達(dá)到線速指標(biāo)，背板帶寬要大于｛N*M *端口速率｝(其中 N 有每塊模塊/板卡的端口數(shù)， M 為模塊數(shù))，同時(shí)板卡的交換容量也要大于｛端口數(shù)*端口速率｝， 一般情況下，現(xiàn)代的交換機(jī)背板帶寬不是瓶頸，板卡的交換容量是瓶頸，導(dǎo)致模塊化交換機(jī)不能實(shí)現(xiàn)真正線速。

    如果是交換矩陣結(jié)構(gòu)，一般都能達(dá)到線速指標(biāo)，這是由于這種交換結(jié)構(gòu)的先進(jìn)性決定的，所以高性能的交換機(jī)都采用這種交換結(jié)構(gòu)。

    1.2.5 端口密度

   端口密度是一個(gè)數(shù)據(jù)中心交換機(jī)的關(guān)鍵參數(shù)，代表著交換機(jī)的轉(zhuǎn)發(fā)能力。擁有端口密度越大，代表著這個(gè)設(shè)備的轉(zhuǎn)發(fā)能力越強(qiáng)，端口速率越高，代表著這個(gè)設(shè)備的處理性能越強(qiáng)。

  由于受數(shù)據(jù)中心機(jī)柜尺寸限制，機(jī)架式交換機(jī)的寬度無法再擴(kuò)寬，所以目前一個(gè)模塊能提供48個(gè)萬兆端口已經(jīng)達(dá)到極限。另外能支持越多的模塊類型，則表示設(shè)備的實(shí)用性越強(qiáng)，可以應(yīng)用于不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，比如：LAN接口、WAN接口、ATM接口。端口帶寬類型越豐富越好，即支持40G、100G高速端口，又支持百兆、千兆低速端口，即支持XFP又支持SFP、SFP+、CFP等等多種光接口類型。

    1.2.6 二三層表項(xiàng)的容量     

    二、三層轉(zhuǎn)發(fā)表項(xiàng)的容量基本代表了這個(gè)設(shè)備所能承載的用戶數(shù)量。比如：二層MAC地址表項(xiàng)32K，這意味著這個(gè)交換機(jī)能最多帶三萬多二層用戶地址，三層路由表項(xiàng)16K，這意味著這個(gè)交換機(jī)最多能學(xué)習(xí)一萬多條路由。還有一項(xiàng)規(guī)格對于交換機(jī)也非常重要，就是ACL，即訪問控制列表。通過ACL可以靈活地實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)部署，對網(wǎng)絡(luò)攻擊進(jìn)行限制，讓交換機(jī)更靈活地工作

    二、交換機(jī)的硬件構(gòu)成

    首先我們來看一下交換機(jī)硬件模塊的邏輯結(jié)構(gòu)

    交換機(jī)的主要硬件都有以下幾類：背板，主控單板，交換網(wǎng)板，接口單板。硬件組成如圖所示：

    主控單板、交換網(wǎng)板、接口單板是華為的名稱，其他品牌各有自己的名稱，如思科的名稱是：管理引擎、交換矩陣、線卡，雖然名稱不一樣但是都是同類部件，這些概念都是針對框式交換機(jī)，即機(jī)框+可插拔板卡形式的交換機(jī)。

    2.1 背板

    是機(jī)框背部內(nèi)側(cè)的一塊板子，背板是框式交換機(jī)用于連接引擎、交換矩陣、線卡、風(fēng)扇、電源等的PCB板，類似計(jì)算機(jī)的主板(顯卡、聲卡等都插入主板)，提供插卡的供電、數(shù)據(jù)、管理、控制平面的各種通道。

   背板技術(shù)每家又大不相同，華為的主控單板、交換網(wǎng)板、接口板都插在同一側(cè)屬于平行結(jié)構(gòu)，而思科等交換機(jī)品牌最大的特點(diǎn)就是業(yè)務(wù)線卡和交換矩陣采用了正交硬件架構(gòu)技術(shù)（上圖所示就是正交架構(gòu)），正交架構(gòu)最大的特點(diǎn)就是業(yè)務(wù)線卡和交換矩陣通過背板90°直接連接。相對于傳統(tǒng)的無源銅背板技術(shù)，正交硬件架構(gòu)大大縮短了業(yè)務(wù)線卡與交換矩陣卡之間的高速信號傳輸距離，為交換機(jī)的高速信號穩(wěn)定傳輸提供了硬件架構(gòu)基礎(chǔ)?，F(xiàn)在的交換機(jī)，為了提高背板器件可用性，一般不會在背板上設(shè)計(jì)芯片，而全部是硬件鏈路，將器件故障率降低。

    2.2 主控單板（引擎）

    提供設(shè)備的管理和控制功能以及數(shù)據(jù)平面的協(xié)議處理功能，負(fù)責(zé)處理各種通信協(xié)議；作為用戶操作的代理，根據(jù)用戶的操作指令來管理系統(tǒng)、監(jiān)視性能，并向用戶反饋設(shè)備運(yùn)行情況；對接口板、交換模塊、風(fēng)扇、電源進(jìn)行監(jiān)控和維護(hù)。

    2.3 交換網(wǎng)板

    主要是負(fù)責(zé)跨接口單板卡之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)交換，負(fù)責(zé)各接口板之間報(bào)文的交換、分發(fā)、調(diào)度、控制等功能。通常交換單元采用高性能的ASIC芯片，提供線速轉(zhuǎn)發(fā)。從接口單板A到接口單板B的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)路徑是接口單板A->背板->交換網(wǎng)板->背板->接口單板B。交換網(wǎng)板上一般會有一個(gè)或者多個(gè)交換芯片，交換機(jī)芯片通過交換網(wǎng)板內(nèi)部鏈路、背板與各個(gè)接口單板相連，提供接口單板之間的數(shù)據(jù)交換。

    交換網(wǎng)板不是必須有的，因?yàn)榻粨Q功能可以集成在主控板上（也就是引擎上）。但是這樣做有個(gè)壞處就是一旦引擎掛了，交換功能也會隨之關(guān)閉，不能使用，這樣就嚴(yán)重影響了性能。所以將交換功能單獨(dú)弄出來集成到交換網(wǎng)板上，這樣即使引擎掛了，交換機(jī)也可以通過交換網(wǎng)板進(jìn)行二層交換，不影響性能。

    交換網(wǎng)板的好處就是與主控引擎實(shí)現(xiàn)了管理控制與轉(zhuǎn)發(fā)分離，每個(gè)模塊只需要專注做一件事情就可以了，提高了效率。

    2.4 接口單板

    也稱為接口單元或業(yè)務(wù)處理板，提供業(yè)務(wù)傳輸?shù)耐獠课锢斫涌冢瓿蓤?bào)文接收和發(fā)送。對于分布式系統(tǒng)，承擔(dān)部分協(xié)議處理和交換/路由功能。

   一般來說就是提供交換機(jī)端口的模塊。

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    三、交換機(jī)的接口

    3.1RJ-45接口

     這種接口就是我們現(xiàn)在最常見的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接口，俗稱"水晶頭"，專業(yè)術(shù)語為RJ-45連接器，屬于雙絞線以太網(wǎng)接口類型。RJ-45插頭只能沿固定方向插入，設(shè)有一個(gè)塑料彈片與RJ-45插槽卡住以防止脫落。這種接口在10Base-T以太網(wǎng)、100Base-TX以太網(wǎng)、1000Base-TX以太網(wǎng)中都可以使用，傳輸介質(zhì)都是雙絞線，不過根據(jù)帶寬的不同對介質(zhì)也有不同的要求，特別是1000Base-TX千兆以太網(wǎng)連接時(shí)，至少要使用超五類線，要保證穩(wěn)定高速的話還要使用6類線。

    3.2 SC光纖接口

    SC光纖接口在100Base-TX以太網(wǎng)時(shí)代就已經(jīng)得到了應(yīng)用，因此當(dāng)時(shí)稱為100Base-FX(F是光纖單詞fiber的縮寫)，不過當(dāng)時(shí)由于性能并不比雙絞線突出但是成本卻較高，因此沒有得到普及，現(xiàn)在業(yè)界大力推廣千兆網(wǎng)絡(luò)，SC光纖接口則重新受到重視。

    光纖接口類型很多，SC光纖接口主要用于局域網(wǎng)交換環(huán)境，在一些高性能千兆或萬兆交換機(jī)和路由器上提供了這種接口，它與RJ-45接口看上去很相似，不過SC接口顯得更扁些，其明顯區(qū)別還是里面的觸片，如果是8條細(xì)的銅觸片，則是RJ-45接口，如果是一根銅柱則是SC光纖接口。

    3.3 Consle口

    是用來配置交換機(jī)的，所以只有網(wǎng)管型交換機(jī)才有。而且還要注意，并不是所有網(wǎng)管型交換機(jī)都有，那是因?yàn)榻粨Q機(jī)的配置方法有多種，如通過Telnet命令行方式、Web方式、TFTP方式等。雖然理論上來說，交換機(jī)的基本配置必須通過Console（控制）端口，但有些品牌的交換機(jī)的基本配置在出廠時(shí)就已配置好了，不須要進(jìn)行諸如IP地址、基本用戶名之類的基本配置，所以這類網(wǎng)管型交換機(jī)就不用提供這個(gè)Console接口了，而且就目前來說還占多數(shù)。這類交換機(jī)通常只需要通過簡單的Telnet或Java程序的Web方式進(jìn)行一些高級配置即可。

   當(dāng)然也有一些交換機(jī)還是提供了Console接口的，但要注意的是，用于交換機(jī)配置的Console端口并不是所有交換機(jī)都一樣，有的采用與Cisco路由器一樣的RJ-45類型Console接口,而有的則采用串口作為Console接口。

     四、交換機(jī)的主要功能與工作方式

    交換機(jī)的主要功能包括物理編址、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、錯(cuò)誤校驗(yàn)、幀序列以及流控。交換機(jī)還具備了一些新的功能，如對VLAN(虛擬局域網(wǎng))的支持、對鏈路匯聚的支持，甚至有的還具有防火墻的功能。     

    4.1 三大基本功能：

    地址學(xué)習(xí)：以太網(wǎng)交換機(jī)了解每一端口相連設(shè)備的MAC地址，并將地址同相應(yīng)的端口映射起來存放在交換機(jī)緩存中的MAC地址表中。

   轉(zhuǎn)發(fā)/過濾：當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)幀的目的地址在MAC地址表中有映射時(shí)，它被轉(zhuǎn)發(fā)到連接目的節(jié)點(diǎn)的端口而不是所有端口(如該數(shù)據(jù)幀為廣播/組播幀則轉(zhuǎn)發(fā)至所有端口)。

   消除回路： 當(dāng)交換機(jī)包括一個(gè)冗余回路時(shí)，以太網(wǎng)交換機(jī)通過生成樹協(xié)議避免回路的產(chǎn)生，同時(shí)允許存在后備路徑。

    4.2 交換方式

    端口交換

    端口交換技術(shù)最早出現(xiàn)在插槽式的集線器中，這類集線器的背板通常劃分有多條以太網(wǎng)段（每條網(wǎng)段為一個(gè)廣播域），不用網(wǎng)橋或路由連接，網(wǎng)絡(luò)之間是互不相通的。以太主模塊插入后通常被分配到某個(gè)背板的網(wǎng)段上，端口交換用于將以太模塊的端口在背板的多個(gè)網(wǎng)段之間進(jìn)行分配、平衡。根據(jù)支持的程度，端口交換還可細(xì)分為：

   ·模塊交換：將整個(gè)模塊進(jìn)行網(wǎng)段遷移。

  ·端口組交換：通常模塊上的端口被劃分為若干組，每組端口允許進(jìn)行網(wǎng)段遷移。

   ·端口級交換：支持每個(gè)端口在不同網(wǎng)段之間進(jìn)行遷移。這種交換技術(shù)是基于OSI第一層上完成的，具有靈活性和負(fù)載平衡能力等優(yōu)點(diǎn)。如果配置得當(dāng)，那么還可以在一定程度進(jìn)行容錯(cuò)，但沒有改變共享傳輸介質(zhì)的特點(diǎn)，自而未能稱之為真正的交換。

    這種交換手段實(shí)際上就是將端口從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)移到另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)的二層交換。

    幀交換

   幀交換是應(yīng)用最廣的局域網(wǎng)交換技術(shù)，它通過對傳統(tǒng)傳輸媒介進(jìn)行微分段，提供并行傳送的機(jī)制，以減小沖突域，獲得高的帶寬。一般來講每個(gè)公司的產(chǎn)品的實(shí)現(xiàn)技術(shù)均會有差異，但對網(wǎng)絡(luò)幀的處理方式一般有以下幾種：

    直通式：

    它在輸入端口檢測到一個(gè)數(shù)據(jù)包時(shí)，檢查該包的包頭，獲取包的目的地址，啟動內(nèi)部的動態(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。由于不需要存儲，延遲非常小、交換非?？欤@是它的優(yōu)點(diǎn)。它的缺點(diǎn)是，因?yàn)閿?shù)據(jù)包內(nèi)容并沒有被以太網(wǎng)交換機(jī)保存下來，所以無法檢查所傳送的數(shù)據(jù)包是否有誤，不能提供錯(cuò)誤檢測能力。由于沒有緩存，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。

   存儲轉(zhuǎn)發(fā)：

   通過對網(wǎng)絡(luò)幀的讀取進(jìn)行驗(yàn)錯(cuò)和控制。

   存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的方式。它把輸入端口的數(shù)據(jù)包先存儲起來，然后進(jìn)行CRC（循環(huán)冗余碼校驗(yàn)）檢查，在對錯(cuò)誤包處理后才取出數(shù)據(jù)包的目的地址，通過查找表轉(zhuǎn)換成輸出端口送出包。正因如此，存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式在數(shù)據(jù)處理時(shí)時(shí)延大，這是它的不足，但是它可以對進(jìn)入交換機(jī)的數(shù)據(jù)包進(jìn)行錯(cuò)誤檢測，有效地改善網(wǎng)絡(luò)性能。尤其重要的是它可以支持不同速度的端口間的轉(zhuǎn)換，保持高速端口與低速端口間的協(xié)同工作。

    碎片隔離(快速轉(zhuǎn)發(fā))：

    這是介于前兩者之間的一種解決方案。它檢查數(shù)據(jù)包的長度是否夠64個(gè)字節(jié)，如果小于64字節(jié)，說明是假包，則丟棄該包；如果大于64字節(jié)，則發(fā)送該包。這種方式也不提供數(shù)據(jù)校驗(yàn)。它的數(shù)據(jù)處理速度比存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式快，但比直通式慢。