交換機內部結構

　　目前交換機的內部結構主要有以下幾種：

　　1．共享內存式結構

　　該結構依賴于中心局域網交換機引擎所提供的全端口的高性能連接，并由核心引擎完成檢查每個輸入包來決定連接路由。這種方式需要很大的內存帶寬和很高的管理費用，尤其是隨著局域網交換機端口的增加，需要內存容量更大，速度也更快，中央內存的價格就變得很高，從而使得局域網交換機內存成為性能實現的主要瓶頸。

　　2．交叉總線式結構

　　交叉總線式結構可在端口間建立直接的點對點連接，這種結構對于簡單的單點式（Unicast）信息傳輸來講性能很好，但并不適合點對多點的廣播式傳輸。由于實際網絡應用環境中，廣播和多播傳輸方式很常見，所以這種標準的交叉總線方式會帶來一些傳輸問題。例如，當端口A向端口D傳輸數據時，端口B和端口C就只能等待。而當端口A向所有端口廣播消息時，就可能會引起目標端口的排隊等候。這樣將會消耗掉系統大量帶寬，從而影響局域網交換機傳輸性能。而且要連接N個端口，就需要N×（N+1）條交叉總線，因而實現成本也會隨著端口數量的增加而急劇上升。

　　3．混合交叉總線式結構

　　鑒于標準交叉總線存在的缺陷，一種混合交叉總線實現方式被提了出來。該方式的設計思路是將一體的交叉總線矩陣劃分成小的交叉矩陣，中間通過一條高性能總線連接。該結構的優點是減少了交叉總線數，降低了成本，還減少了總線爭用。但連接交叉矩陣的總線成為新的性能瓶頸。

　　4．環形總線式結構

　　這種結構方式在一個環內最多可支持四個交換引擎，并且允許不同速度的交換矩陣互連，以及環與環間通過交換引擎連接。由于采用環形結構，所以很容易聚集帶寬。當端口數增加的時候，帶寬就相應增加了。與前述幾種結構不同的是，該結構方式有獨立的一條控制總線，用于搜集總線狀態、處理路由、流量控制和清理數據總線。另外，在環形總線上可以加入管理模塊，提供完整的SNMP管理特性。同時還可以根據需要選用第三層交換功能。這種結構的最大優點就是擴展能力強，實現成本低，而且有效地避免了系統擴展時造成的總線瓶頸。

　　交換機的基本組成

　　1、交換機的外部構造：

　　前面板上的多個RJ45接口是以太網口，用來連接計算機或其他交換機。

　　后面板或前面板上的串口是交換機的配置口，用串口線纜將其與計算機的串口連接起來，可實現對交換機的配置操作。也有的交換機的配置口位于前面板上。

　　面板上有若干指示燈，其亮、滅或閃爍可以反映交換機的工作狀態是否正常。

　　此外還有電源插口、電源開關等。

　　可上機架（柜）式交換機的標準長度為48.26cm（19in）。

　　2、交換機的內部構造：

　　交換機的內部組成為：

　　CPU （中央處理器）：交換機使用特殊用途集成電路芯片ASIC，以實現高速的數據傳輸。

　　RAM/DRAM：主存儲器，存儲運行配置。

　　NVRAM（非易失性RAM）：存儲備份配置文件等。

　　FlashROM（快閃存儲器）：存儲系統軟件映像文件等。是可擦可編程的ROM。

　　ROM：存儲開機診斷程序、引導程序和操作系統軟件。

　　接口電路：交換機各端口的內部電路。

　　交換機的工作原理

　　交換機工作于OSI參考模型的第二層，即數據鏈路層。交換機內部的CPU會在每個端口成功連接時，通過將MAC地址和端口對應，形成一張MAC表。在今后的通訊中，發往該MAC地址的數據包將僅送往其對應的端口，而不是所有的端口。因此，交換機可用于劃分數據鏈路層廣播，即沖突域；但它不能劃分網絡層廣播，即廣播域。

　　交換機擁有一條很高帶寬的背部總線和內部交換矩陣。交換機的所有的端口都掛接在這條背部總線上，控制電路收到數據包以后，處理端口會查找內存中的地址對照表以確定目的MAC（網卡的硬件地址）的NIC（網卡）掛接在哪個端口上，通過內部交換矩陣迅速將數據包傳送到目的端口，目的MAC若不存在，廣播到所有的端口，接收端口回應后交換機會“學習”新的MAC地址，并把它添加入內部MAC地址表中。使用交換機也可以把網絡“分段”，通過對照IP地址表，交換機只允許必要的網絡流量通過交換機。通過交換機的過濾和轉發，可以有效的減少沖突域。

　　端口

　　交換機在同一時刻可進行多個端口對之間的數據傳輸。每一端口都可視為獨立的物理網段（注：非IP網段），連接在其上的網絡設備獨自享有全部的帶寬，無須同其他設備競爭使用。當節點A向節點D發送數據時，節點B可同時向節點C發送數據，而且這兩個傳輸都享有網絡的全部帶寬，都有著自己的虛擬連接。假使這里使用的是10Mbps的以太網交換機，那么該交換機這時的總流通量就等于2×10Mbps=20Mbps，而使用10Mbps的共享式HUB時，一個HUB的總流通量也不會超出10Mbps。總之，交換機是一種基于MAC地址識別，能完成封裝轉發數據幀功能的網絡設備。交換機可以“學習”MAC地址，并把其存放在內部地址表中，通過在數據幀的始發者和目標接收者之間建立臨時的交換路徑，使數據幀直接由源地址到達目的地址。

　　數據傳送的工作原理

　　交換機的任意節點收到數據傳輸指令后，即對于存儲在內存里的地址表進行快速查找，從而對于MAC地址的網卡連接位置進行確認，然后再將數據傳輸到該節點上。如果在地址表中找到相應的位置，則進行傳輸；如果沒有，交換機就會將該地址進行記錄，以利于下次尋找和使用。交換機一般只需要將幀發送到相應的點，而無需如集線器發送到所有節點，從而節省了資源和時間，提高了數據傳輸的速率。

　　數據傳送方式

　　通過交換的方式進行的數據傳輸，其實就是交換機的數據傳送的方式。之前的集線器，更多是利用共享的方式，來對數據進行傳輸，沒有辦法從通訊的速度上進行要求。集線器的共享方式，也就是常說的共享式網絡，以集線器作為連接設備并且只 有一個方向的數據流，因而網絡共享的效率非常低。相對而言，交換機能夠對連接到自身的各臺電腦進行相應的識別，通過每臺電腦網卡的物理地址也就是常說的MAC地址，來進行記憶和識別。在這樣的前提之下，就不用再進行廣播尋找，而能夠直接將記憶的MAC地址找到相應的地點并且通過一個臨時性專用的數據傳輸通道，來完成兩個節點之間不受外來干擾的數據傳輸的通信。由于交換機還具有全雙工傳輸的方式，所以也可以對于多對節點間通過同時建立臨時的專用通道，來形成一個立體且交叉的數據傳輸通道結構。

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