交換機(jī)的用途有哪些？與集線器比較有哪些優(yōu)勢(shì)？
瀏覽次數(shù)：發(fā)布時(shí)間：2019-11-11
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(duì)VLAN（虛擬局域網(wǎng)）的支持、對(duì)鏈路匯聚的支持，甚至有的還具有防火墻的功能。接下來(lái)就由
飛暢科技的小編帶大家詳細(xì)了解下交換機(jī)的用途有哪些吧！
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(lái)存放在交換機(jī)緩存中的MAC地址表中。
轉(zhuǎn)發(fā)/過(guò)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(guò)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。
交換機(jī)除了能夠連接同種類型的網(wǎng)絡(luò)之外，還可以在不同類型的網(wǎng)絡(luò)（如以太網(wǎng)和快速以太網(wǎng)）之間起到互連作用。如今許多交換機(jī)都能夠提供支持快速以太網(wǎng)或FDDI等的高速連接端口，用于連接網(wǎng)絡(luò)中的其它交換機(jī)或者為帶寬占用量大的關(guān)鍵服務(wù)器提供附加帶寬。
一般來(lái)說(shuō)，交換機(jī)的每個(gè)端口都用來(lái)連接一個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)段，但是有時(shí)為了提供更快的接入速度，我們可以把一些重要的網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)直接連接到交換機(jī)的端口上。這樣，網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵服務(wù)器和重要用戶就擁有更快的接入速度，支持更大的信息流量。
最后簡(jiǎn)略的概括一下交換機(jī)的基本功能：
1． 像集線器一樣，交換機(jī)提供了大量可供線纜連接的端口，這樣可以采用星型拓?fù)洳季€。
2． 像中繼器、集線器和網(wǎng)橋那樣，當(dāng)它轉(zhuǎn)發(fā)幀時(shí)，交換機(jī)會(huì)重新產(chǎn)生一個(gè)不失真的方形電信號(hào)。
3． 像網(wǎng)橋那樣，交換機(jī)在每個(gè)端口上都使用相同的轉(zhuǎn)發(fā)或過(guò)濾邏輯。
4． 像網(wǎng)橋那樣，交換機(jī)將局域網(wǎng)分為多個(gè)沖突域，每個(gè)沖突域都是有獨(dú)立的寬帶，因此大大提高了局域網(wǎng)的帶寬。
5． 除了具有網(wǎng)橋、集線器和中繼器的功能以外，交換機(jī)還提供了更先進(jìn)的功能，如虛擬局域網(wǎng)（VLAN）和更高的性能。
傳統(tǒng)
交換機(jī)從網(wǎng)橋發(fā)展而來(lái)，屬于OSI第二層即數(shù)據(jù)鏈路層設(shè)備。它根據(jù)MAC地址尋址，通過(guò)站表選擇路由，站表的建立和維護(hù)由交換機(jī)自動(dòng)進(jìn)行。路由器屬于OSI第三層即網(wǎng)絡(luò)層設(shè)備，它根據(jù)IP地址進(jìn)行尋址，通過(guò)路由表路由協(xié)議產(chǎn)生。交換機(jī)最大的好處是快速，由于交換機(jī)只須識(shí)別幀中MAC地址，直接根據(jù)MAC地址產(chǎn)生選擇轉(zhuǎn)發(fā)端口算法簡(jiǎn)單，便于ASIC實(shí)現(xiàn)，因此轉(zhuǎn)發(fā)速度極高。但交換機(jī)的工作機(jī)制也帶來(lái)一些問(wèn)題。
1．回路：根據(jù)交換機(jī)地址學(xué)習(xí)和站表建立算法，交換機(jī)之間不允許存在回路。一旦存在回路，必須啟動(dòng)生成樹算法，阻塞掉產(chǎn)生回路的端口。而路由器的路由協(xié)議沒(méi)有這個(gè)問(wèn)題，路由器之間可以有多條通路來(lái)平衡負(fù)載，提高可靠性。
2．負(fù)載集中：交換機(jī)之間只能有一條通路，使得信息集中在一條通信鏈路上，不能進(jìn)行動(dòng)態(tài)分配，以平衡負(fù)載。而路由器的路由協(xié)議算法可以避免這一點(diǎn)，OSPF路由協(xié)議算法不但能產(chǎn)生多條路由，而且能為不同的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用選擇各自不同的最佳路由。
3．廣播控制：交換機(jī)只能縮小沖突域，而不能縮小廣播域。整個(gè)交換式網(wǎng)絡(luò)就是一個(gè)大的廣播域，廣播報(bào)文散到整個(gè)交換式網(wǎng)絡(luò)。而路由器可以隔離廣播域，廣播報(bào)文不能通過(guò)路由器繼續(xù)進(jìn)行廣播。
4．子網(wǎng)劃分：交換機(jī)只能識(shí)別MAC地址。MAC地址是物理地址，而且采用平坦的地址結(jié)構(gòu)，因此不能根據(jù)MAC地址來(lái)劃分子網(wǎng)。而路由器識(shí)別IP地址，IP地址由網(wǎng)絡(luò)管理員分配，是邏輯地址且IP地址具有層次結(jié)構(gòu)，被劃分成網(wǎng)絡(luò)號(hào)和主機(jī)號(hào)，可以非常方便地用于劃分子網(wǎng)，路由器的主要功能就是用于連接不同的網(wǎng)絡(luò)。
5．保密問(wèn)題：雖說(shuō)交換機(jī)也可以根據(jù)幀的源MAC地址、目的MAC地址和其他幀中內(nèi)容對(duì)幀實(shí)施過(guò)濾，但路由器根據(jù)報(bào)文的源IP地址、目的IP地址、TCP端口地址等內(nèi)容對(duì)報(bào)文實(shí)施過(guò)濾，更加直觀方便。
人工交換
電信號(hào)交換的歷史應(yīng)當(dāng)追溯到電話出現(xiàn)的初期。當(dāng)電話被發(fā)明后，只需要一根足夠長(zhǎng)的導(dǎo)線，加上末端的兩臺(tái)電話，就可以使相距很遠(yuǎn)的兩個(gè)人進(jìn)行語(yǔ)音交談。 [3]
電話增多后，要使每個(gè)擁有電話的人都能相互通信，我們不可能每?jī)膳_(tái)電話機(jī)之間都拉上一根線。于是人們?cè)O(shè)立了電話局，每個(gè)電話用戶都接一根線到電話局的一個(gè)大電路板上。當(dāng)A希望和B通話時(shí)，就請(qǐng)求電話局的接線員接通B的電話。接線員用一根導(dǎo)線，一頭插在A接到電路板上的孔，另一頭插到B的孔，這就是“接續(xù)”，相當(dāng)于臨時(shí)給A和B拉了一條電話線，這時(shí)雙方就可以通話了。當(dāng)通話完畢后，接線員將電線拆下，這就是“拆線”。整個(gè)過(guò)程就是“人工交換”，它實(shí)際上就是一個(gè)“合上開關(guān)”和“斷開開關(guān)”的過(guò)程。因此，把“交換”譯為“開關(guān)”從技術(shù)上講更容易讓人理解。
電路程控
人工交換的效率太低，不能滿足大規(guī)模部署電話的需要。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展和開關(guān)電路技術(shù)的成熟，人們發(fā)現(xiàn)可以利用電子技術(shù)替代人工交換。電話終端用戶只要向電子設(shè)備發(fā)送一串電信號(hào)，電子設(shè)備就可以根據(jù)預(yù)先設(shè)定的程序，將請(qǐng)求方和被請(qǐng)求方的電路接通，并且獨(dú)占此電路，不會(huì)與第三方共享（當(dāng)然，由于設(shè)計(jì)缺陷的緣故，可能會(huì)出現(xiàn)多人共享電路的情況，也就是俗稱的“串線”）。這種交換方式被稱為“程控交換”。而這種設(shè)備也就是“程控交換機(jī)”。 由于程控交換的技術(shù)長(zhǎng)期被發(fā)達(dá)國(guó)家壟斷，設(shè)備昂貴，我國(guó)的電話普及率一直不高。隨著當(dāng)年華為、中興通訊等企業(yè)陸續(xù)自主研制出程控交換機(jī)，電話在我國(guó)得到迅速地普及。
語(yǔ)音程控交換機(jī)普遍使用的通信協(xié)議為七號(hào)信令（Signalling System No.7）
與集線器比較
1．從OSI體系結(jié)構(gòu)來(lái)看，集線器屬于第一層物理層設(shè)備，而交換機(jī)屬于OSI的第二層數(shù)據(jù)鏈路層設(shè)備。也就是說(shuō)集線器只是對(duì)數(shù)據(jù)的傳輸起到同步、放大和整形的作用，對(duì)于數(shù)據(jù)傳輸中的短幀、碎片等無(wú)法進(jìn)行有效的處理，不能保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾院驼_性；而交換機(jī)不但可以對(duì)數(shù)據(jù)的傳輸做到同步、放大和整形，而且可以過(guò)濾短幀、碎片等。
2．從工作方式看，集線器是一種廣播模式，也就是說(shuō)集線器的某個(gè)端口工作的時(shí)候，其它所有端口都能夠收聽到信息，容易產(chǎn)生廣播風(fēng)暴，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)較大時(shí)網(wǎng)絡(luò)性能會(huì)受到很大影響；而交換機(jī)就能夠避免這種現(xiàn)象，當(dāng)交換機(jī)工作的時(shí)候，只有發(fā)出請(qǐng)求的端口與目的端口之間相互響應(yīng)而不影響其它端口，因此交換機(jī)就能夠隔離沖突域并有效地抑制廣播風(fēng)暴的產(chǎn)生。
3．從帶寬來(lái)看，集線器不管有多少個(gè)端口，所有端口都共享一條帶寬，在同一時(shí)刻只能有兩個(gè)端口傳送數(shù)據(jù)，其它端口只能等待，同時(shí)集線器只能工作。在半雙工模式下；而對(duì)于交換機(jī)而言，每個(gè)端口都有一條獨(dú)占的帶寬，當(dāng)兩個(gè)端口工作時(shí)不影響其它端口的工作，同時(shí)交換機(jī)不但可以工作，在半雙工模式下而且可以工作在全雙工模式下。
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