2024-08-27
以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)使用不同的網(wǎng)絡(luò)硬件來確保設(shè)備的連接性。因此，以太網(wǎng)交換機(jī)是其中最重要的設(shè)備。此交換機(jī)非常有效地使用硬件地址來連接設(shè)備，因此它被認(rèn)為是網(wǎng)絡(luò)的大腦。目前在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)或數(shù)據(jù)中心中，這些交換機(jī)的重要性一直在增加，因此這些交換機(jī)的設(shè)計(jì)具有不同的配置和規(guī)格。這些交換機(jī)根據(jù)設(shè)計(jì)、架構(gòu)、功能、端口等不同因素進(jìn)行區(qū)分。
一、什么是以太網(wǎng)交換機(jī)：
用于將筆記本電腦、計(jì)算機(jī)、服務(wù)器、打印機(jī)和路由器等有線設(shè)備連接到 LAN 或局域網(wǎng)的交換機(jī)稱為以太網(wǎng)交換機(jī)。此開關(guān)允許連接到網(wǎng)絡(luò)的各種設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和相互通信。
多個(gè)以太網(wǎng)交換機(jī)端口使各種設(shè)備之間的訪問和連接更加順暢。此交換機(jī)創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)并利用許多端口在局域網(wǎng)內(nèi)的不同設(shè)備之間進(jìn)行通信。
以太網(wǎng)交換機(jī)與路由器相比有所不同，因?yàn)樗B接網(wǎng)絡(luò)并僅使用單個(gè)LAN和WAN端口，而集線器則與以太網(wǎng)交換機(jī)相關(guān)，其中連接在局域網(wǎng)上的設(shè)備將通過多個(gè)端口連接到它們。但這兩者之間的主要區(qū)別在于;集線器在端口之間均勻傳輸帶寬，而以太網(wǎng)交換機(jī)可以為某些端口提供更多帶寬，而不會(huì)破壞網(wǎng)絡(luò)性能。每當(dāng)網(wǎng)絡(luò)上的各種設(shè)備處于活動(dòng)狀態(tài)時(shí)，以太網(wǎng)交換機(jī)就會(huì)提供更強(qiáng)大的性能。
二、以太網(wǎng)交換機(jī)的特征：
以太網(wǎng)交換機(jī)的功能包括以下內(nèi)容。
1．以太網(wǎng)交換機(jī)在 OSI 模型的數(shù)據(jù)鏈路層/第 2 層運(yùn)行。
2．它具有更多的端口。
3．該交換機(jī)是一種智能網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，可以認(rèn)為是多端口網(wǎng)絡(luò)橋。
4．此交換機(jī)使用 MAC（介質(zhì)訪問控制層）將數(shù)據(jù)包傳輸?shù)绞走x端口。
5．它利用數(shù)據(jù)包交換方法將數(shù)據(jù)包從源轉(zhuǎn)發(fā)和獲取到目標(biāo)設(shè)備。
6．它支持單播、多播和廣播通信。
7．此處使用的傳輸方式是全雙工。
8．這些交換機(jī)被稱為主動(dòng)設(shè)備，因?yàn)樗鼈兣鋫淞司W(wǎng)絡(luò)管理和網(wǎng)絡(luò)軟件的功能。
9．在將數(shù)據(jù)發(fā)送到目標(biāo)端口之前，這些開關(guān)會(huì)執(zhí)行一些錯(cuò)誤檢查。
三、以太網(wǎng)交換機(jī)架構(gòu)：
我們知道以太網(wǎng)交換機(jī)主要用于形成計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)和其他設(shè)備。這些交換機(jī)主要由網(wǎng)絡(luò)工程師用于從一個(gè)設(shè)備連接到另一個(gè)設(shè)備。以太網(wǎng)交換機(jī)架構(gòu)中的主要組件包括CPU、復(fù)制引擎、轉(zhuǎn)發(fā)引擎、交換機(jī)結(jié)構(gòu)、控制器和緩沖區(qū)。
1．中央處理器：
交換機(jī)中的 CPU 負(fù)責(zé)處理設(shè)備上的所有基本指令。CPU 類似于您的大腦負(fù)責(zé)通過身體傳輸信號(hào)以執(zhí)行不同的事情。同樣，CPU 的工作原理類似于以太網(wǎng)交換機(jī)的大腦。
2．復(fù)制引擎：
以太網(wǎng)交換機(jī)內(nèi)的復(fù)制引擎的任務(wù)是復(fù)制數(shù)據(jù)包并將它們傳輸?shù)剿麄冞x擇的目的地。在目前的組織中，僅將數(shù)據(jù)包發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)中的多個(gè)目的地變得越來越普遍。
這通過一次性傳輸重復(fù)的數(shù)據(jù)包來保持?jǐn)?shù)據(jù)在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中快速有效地流動(dòng)，而不是將單個(gè)獨(dú)特的數(shù)據(jù)包傳輸?shù)絾蝹€(gè)目的地，然后再將其傳輸?shù)较乱粋€(gè)目的地。
3．轉(zhuǎn)發(fā)引擎：
這個(gè)交換機(jī)的轉(zhuǎn)發(fā)引擎是負(fù)責(zé)在設(shè)備上做出所有路由和切換決策的主要組件。為此，轉(zhuǎn)發(fā)引擎包括將數(shù)據(jù)包傳輸?shù)胶线m目的地的查找表。每個(gè)數(shù)據(jù)包都包含如源和目標(biāo)數(shù)據(jù)包地址的信息。轉(zhuǎn)發(fā)引擎簡(jiǎn)單地讀取數(shù)據(jù)包上的目的地地址，然后，它相應(yīng)地在那里傳輸。
4．交換矩陣：
交換矩陣主概念可能相當(dāng)困難，因?yàn)樗婕耙恍├щy的主題。基本上，開關(guān)布包括硬件和軟件，其中包含在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中的開關(guān)單元，而軟件是控制開關(guān)通道所必需的。交換機(jī)結(jié)構(gòu)被用作隱喻來解釋交換路徑和端口之間的關(guān)系。
5．VOQ：
Virtual Output Queues 是一個(gè)極高速的內(nèi)存模塊，用于在芯片內(nèi)執(zhí)行幀隊(duì)列。在這里，需要 Queueing 來檢查結(jié)構(gòu)是否在出站方式中未超限。此外，從交換矩陣到達(dá)的數(shù)據(jù)包不應(yīng)使 MAC 接口溢出。
6．10G MAC：
以太網(wǎng)端口中的 10G 媒體訪問控制提供高達(dá)每秒 100 億比特的數(shù)據(jù)速度。
四、以太網(wǎng)交換機(jī)如何工作：
以太網(wǎng)交換機(jī)的工作原理是學(xué)習(xí)連接到它的每臺(tái)設(shè)備的地址和 MAC（媒體訪問控制）地址。然后，它使用此信息來決定應(yīng)將數(shù)據(jù)包發(fā)送到何處。例如，如果一個(gè)用戶向同一交換機(jī)上的另一個(gè)用戶發(fā)送數(shù)據(jù)，則交換機(jī)將知道他們的計(jì)算機(jī)在哪里，并將數(shù)據(jù)包直接發(fā)送到那里，而不是沿著環(huán)繞建筑物的長(zhǎng)電纜路徑發(fā)送數(shù)據(jù)包，直到到達(dá)目的地。通過減少網(wǎng)絡(luò)流量并提高性能，交換機(jī)有助于保持網(wǎng)絡(luò)平穩(wěn)高效地運(yùn)行。
它的功能類似于集線器，但它比集線器具有更高的智能和更高的性能。與使用碰撞來確定何時(shí)應(yīng)發(fā)送數(shù)據(jù)的集線器不同，交換機(jī)使用去沖突。交換機(jī)還具有存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)幀的能力，因此即使網(wǎng)段上沒有空閑端口，它們也可以發(fā)送數(shù)據(jù)。這意味著，如果一臺(tái)計(jì)算機(jī)向同一網(wǎng)段上的另一臺(tái)計(jì)算機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)包，并且沒有可用的端口供交換機(jī)發(fā)送該數(shù)據(jù)包，則交換機(jī)將保留它，直到有可用端口或直到指定的超時(shí)期限已過;在任何一種情況下，它都會(huì)嘗試尋找另一個(gè)端口來發(fā)送數(shù)據(jù)包。當(dāng)數(shù)據(jù)包到達(dá) input 端口（或端口）時(shí)，會(huì)將其與存儲(chǔ)在內(nèi)存中的查找表進(jìn)行比較，并相應(yīng)地將數(shù)據(jù)發(fā)送到相應(yīng)的端口。
為此，它會(huì)讀取 ethernet 標(biāo)頭的 EtherType 字段。Ethernet 標(biāo)頭中的 Ether type 字段用于指示負(fù)載的協(xié)議類型。以太網(wǎng)交換機(jī)使用此字段來確定是否應(yīng)轉(zhuǎn)發(fā)或丟棄數(shù)據(jù)包。例如，IPv4 數(shù)據(jù)包的 EtherType 字段設(shè)置為 0x0800，因此所有交換機(jī)都會(huì)丟棄 EtherType 不是 0x0800 的數(shù)據(jù)包。
交換機(jī)將丟棄目標(biāo) MAC 地址與其自己的 MAC 地址不匹配的所有數(shù)據(jù)包。交換機(jī)還應(yīng)配置生成樹協(xié)議 （STP） 端口優(yōu)先級(jí)和路徑開銷值，以便它僅通過 STP 正確配置的端口轉(zhuǎn)發(fā)幀。
如果交換機(jī)收到多個(gè)發(fā)往同一端口的幀，則必須使用某種機(jī)制來解決沖突。為了減少?zèng)_突，大多數(shù)以太網(wǎng)交換機(jī)在共享媒體段上傳輸數(shù)據(jù)時(shí)使用 CSMA/CD 協(xié)議。
它使用 CSMA/CD（帶沖突檢測(cè)的載波偵聽多址訪問）協(xié)議來確定何時(shí)傳輸數(shù)據(jù)。
CSMA/CD 是一種協(xié)議，用于在多個(gè)站點(diǎn)之間共享單個(gè)通信通道，以便所有站點(diǎn)都有平等的機(jī)會(huì)傳輸數(shù)據(jù)。當(dāng)工作站想要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，它首先偵聽網(wǎng)線上的任何其他流量。如果沒有其他流量，則 station 會(huì)發(fā)送其數(shù)據(jù)。如果工作站檢測(cè)到另一次傳輸，它將等到另一次傳輸完成，然后再嘗試發(fā)送自己的數(shù)據(jù)。
當(dāng)兩個(gè)工作站嘗試同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，它們被稱為沖突。每個(gè)工作站都會(huì)收到一條錯(cuò)誤消息，指示它們已發(fā)生碰撞，應(yīng)稍后重試發(fā)送其數(shù)據(jù)。
以太網(wǎng)交換機(jī)和集線器之間的主要區(qū)別在于，以太網(wǎng)交換機(jī)只能將數(shù)據(jù)包發(fā)送到預(yù)期接收者所在的端口，而集線器會(huì)將所有數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到除接收數(shù)據(jù)包的端口之外的每個(gè)端口。
五、以太網(wǎng)交換機(jī)的類型：
1．被動(dòng)矩陣網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)：被動(dòng)矩陣交換機(jī)使用硅二極管陣列來確定哪個(gè)端口應(yīng)接收每個(gè)傳入幀。這使得它們比有源矩陣開關(guān)更便宜，但對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用來說仍然足夠快。
2．有源矩陣網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)：有源矩陣交換機(jī)使用晶體管而不是二極管作為其開關(guān)元件。這使它們更加節(jié)能，并且還使它們能夠處理比無源矩陣開關(guān)所能支持的速度高得多的速度
六、以太網(wǎng)交換機(jī)端口：
以太網(wǎng)交換機(jī)端口用于將網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接到交換機(jī)。這些端口具有物理開口，用于插入用于連接各種設(shè)備的數(shù)據(jù)線。這些端口的分類可以根據(jù)不同的因素進(jìn)行，如下所示。
基于架構(gòu)：以太網(wǎng)交換機(jī)端口根據(jù)架構(gòu)進(jìn)行分類。
1．Access Port：此端口是以太網(wǎng)交換機(jī)上的一種連接類型，用于從確切的 VLAN 傳輸數(shù)據(jù)或?qū)?shù)據(jù)傳輸?shù)酱_切的 VLAN。此端口有助于將交換機(jī)連接到不同的主機(jī)設(shè)備，如打印機(jī)、臺(tái)式機(jī)、筆記本電腦等。
2．中繼端口：交換機(jī)上的中繼端口用于從多個(gè)VLAN傳輸數(shù)據(jù)。此端口在將交換機(jī)連接到其他交換機(jī)、服務(wù)器、路由器等時(shí)非常有用。
3混合端口：此交換機(jī)中的混合端口用于與一個(gè)或多個(gè) VLAN 之間傳輸數(shù)據(jù)。此端口用于連接不同的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以及用戶設(shè)備。這個(gè)端口簡(jiǎn)單地支持來自虛擬局域網(wǎng)的標(biāo)記和未標(biāo)記的幀。此端口還同時(shí)從 VLAN 獲取幀。
基于功能：以太網(wǎng)交換機(jī)端口根據(jù)功能進(jìn)行分類。
1．組合端口：組合端口是一個(gè)復(fù)合端口，它通過相似的端口號(hào)和交換機(jī)結(jié)構(gòu)支持兩個(gè)不同的物理端口，盡管這兩個(gè)端口不能同時(shí)使用。此端口對(duì)于根據(jù)應(yīng)用程序的要求配置交換機(jī)非常有用。
2．堆棧端口：這是一種特殊端口，用于連接另一個(gè)相同型號(hào)、軟件版本和品牌的可堆疊交換機(jī)，通過相當(dāng)于組合交換機(jī)數(shù)量的端口容量作為單個(gè)可堆疊交換機(jī)運(yùn)行。此端口有助于建立非常遠(yuǎn)的距離連接。
3．PoE 端口：在 PoE 端口中，術(shù)語 PoE 代表以太網(wǎng)供電。這個(gè)端口只允許一根網(wǎng)線同時(shí)傳輸電源和數(shù)據(jù)。這個(gè)端口用于不同的設(shè)備，如IP安全攝像頭或無線網(wǎng)絡(luò)中繼器，這些設(shè)備使用單一的以太網(wǎng)電纜進(jìn)行數(shù)據(jù)、語音和電源。
以設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)：以太網(wǎng)交換機(jī)端口進(jìn)行分類。
1．RJ45 端口：RJ45 或注冊(cè)插孔 45 端口用于在需要以太網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)的地方通過其他設(shè)備進(jìn)行通信。該端口支持高達(dá) 100 Mbps 的速度，用于 LAN、桌面交換機(jī)的上行鏈路、數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器交換等。
2．SFP 端口：網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上的 SFP 端口或小型可插拔端口是連接 SFP 收發(fā)器的插槽。它允許千兆交換機(jī)連接到各種以太網(wǎng)和光纖電纜，以擴(kuò)展通過網(wǎng)絡(luò)切換的功能。此端口支持高達(dá) 1 Gbps 的速度。
3．SFP+ 端口：SFP 端口的高級(jí)版本是 SFP+ 端口，它以 10 Gbps 的速度保持高數(shù)據(jù)速率。SFP+ 收發(fā)器無法插入 SFP 端口，因?yàn)?SFP+ 不支持低于 1Gbps 的速度。
4．SFP28 端口：SFP+ 端口的增強(qiáng)版是 SFP28 端口，主要用于傳輸 25G 信號(hào)。該端口還支持高達(dá) 25 Gbps 的速度，也用于升級(jí)網(wǎng)絡(luò)。
5．QSFP+ 端口：QSFP+ 端口或四通道小型端口主要包括四個(gè)通道，用于為相應(yīng)的 SFP 提供四倍速度的支持。此端口支持高達(dá) 40 Gbps 的速度。此端口包括一個(gè) 4 通道 10 Gbps SFP+ 接口
6．QSFP28 端口：四個(gè)小型 28 端口（QSFP28 端口）包括四個(gè)通道，支持速度是相應(yīng) SFP 的四倍。此端口支持高達(dá) 100 Gbps 的速度。它包括 25 Gbps 4 通道 SFP28 接口。
七、以太網(wǎng)交換機(jī)的類型：
以太網(wǎng)交換機(jī)有管理型和非管理型交換機(jī)兩種類型，下面將討論。
1．管理型交換機(jī)：
管理型交換機(jī)提供至少 100 到 1000 個(gè)配置選項(xiàng)，這些選項(xiàng)對(duì)于公司 LAN 非常有用，范圍從中型到大型。這種以太網(wǎng)交換機(jī)在網(wǎng)絡(luò)上擁有完整的控制權(quán)，可以安排以太網(wǎng)的每個(gè)端口。此外，這有助于通過千兆位或 10 Gb 鏈路在網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)最高效率。這些類型的開關(guān)允許操作員在網(wǎng)絡(luò)中包含新設(shè)備時(shí)安排自定義的安全策略進(jìn)行授權(quán)和認(rèn)證。
2．非管理型交換機(jī)：
無人值守交換機(jī)是即插即用設(shè)備，需要在以太網(wǎng)電纜之外進(jìn)行特殊安裝。它的安排主要取決于以太網(wǎng)設(shè)備之間的自動(dòng)協(xié)商，這有助于允許它們之間的通信。
此外，這個(gè)交換機(jī)就像一個(gè)端口倍增器，可以自動(dòng)識(shí)別適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)速率，并在半雙工和全雙工模式之間切換。
這些開關(guān)可以通過操作員物理更改來訪問，這些開關(guān)提供了基本的網(wǎng)絡(luò)訪問功能，無需定制。但是，這些類型的交換機(jī)并不像管理交換機(jī)那樣提供安全性和靈活性。
八、以太網(wǎng)交換機(jī)與路由器的區(qū)別：
以太網(wǎng)交換機(jī)和路由器之間的區(qū)別包括以下內(nèi)容。
此交換機(jī)無法實(shí)現(xiàn) NAT（網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換）。
1． 以太網(wǎng)交換機(jī)：
以太網(wǎng)交換機(jī)用于連接網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的多個(gè)聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。
開關(guān)適用于 OSI 模型的第二層，即數(shù)據(jù)鏈路層。
交換機(jī)包括不同的端口，如 8、16、24、48 和 64。
它用于局域網(wǎng)。
它只提供端口安全性。
在做出復(fù)雜的路由決策時(shí)，交換機(jī)需要更多時(shí)間。
這些被稱為半智能設(shè)備。
它以幀（用于 L2 交換機(jī)）和數(shù)據(jù)包（用于 L3 交換機(jī)）的形式將信息從一個(gè)設(shè)備發(fā)送到另一個(gè)設(shè)備。
這些開關(guān)可在任何傳輸模式下工作，例如全雙工或半雙工。
交換機(jī)通過有線網(wǎng)絡(luò)工作。
交換機(jī)中使用內(nèi)容可尋址內(nèi)存（CAM）表作為源和目標(biāo)MAC地址。
路由器可以通過有線和無線網(wǎng)絡(luò)工作。
2．路由器：
路由器用于連接多個(gè)交換機(jī)及其等效網(wǎng)絡(luò)。
此路由器可在 3RD層，即網(wǎng)絡(luò)層。
路由器包括兩個(gè)端口快速以太網(wǎng)和串行端口。
該路由器可以實(shí)現(xiàn) （Network Address Translation）。
它用于局域網(wǎng)或城域網(wǎng)。
它提供安全措施來保護(hù)網(wǎng)絡(luò)免受安全威脅。
路由器可以比交換機(jī)更快地做出路由決策。
這些設(shè)備稱為智能網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。
它以數(shù)據(jù)包的形式將信息從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。
路由器只能在全雙工傳輸模式下工作，但是，以對(duì)其進(jìn)行物理修改以在半雙工模式下工作。
路由器中使用路由表來獲取目標(biāo) IP 的最佳路由。
3．優(yōu)勢(shì)：
以太網(wǎng)交換機(jī)的優(yōu)點(diǎn)包括以下內(nèi)容。
這些交換機(jī)在減少網(wǎng)絡(luò)停機(jī)時(shí)間方面非常有用。
網(wǎng)絡(luò)性能有待提升。
它會(huì)增加網(wǎng)絡(luò)上的可用帶寬。
它通過強(qiáng)大的安全功能保護(hù)您的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)
通過遠(yuǎn)程管理選項(xiàng)和布線費(fèi)用降低IT成本。
它為特定工作站提供獨(dú)特的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)連接，以進(jìn)行其他自定義。
它增加了組織的數(shù)據(jù)傳輸容量。
它減輕了單獨(dú)主機(jī) PC 的負(fù)擔(dān)。
4．以太網(wǎng)交換機(jī)的缺點(diǎn)：
這些開關(guān)很昂貴。
交換機(jī)橋故障可能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)關(guān)閉。
使用交換機(jī)跟蹤網(wǎng)絡(luò)連接問題很困難。
需要一個(gè)適當(dāng)且最重要的設(shè)計(jì)來處理多播數(shù)據(jù)包。
5．應(yīng)用：
以太網(wǎng)交換機(jī)的應(yīng)用包括以下內(nèi)容。
這些交換機(jī)在將有線設(shè)備如筆記本電腦、計(jì)算機(jī)、服務(wù)器、打印機(jī)和路由器連接到局域網(wǎng)中起著關(guān)鍵作用。
這個(gè)交換機(jī)是一種網(wǎng)絡(luò)硬件，它是互聯(lián)網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)。
有許多以太網(wǎng)交換機(jī)端口允許在眾多設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)非常順暢的訪問和快速連接。
此交換機(jī)使用多個(gè)端口并創(chuàng)建一個(gè)網(wǎng)絡(luò)以與局域網(wǎng)內(nèi)的不同設(shè)備進(jìn)行通信。
這是以太網(wǎng)中最常用的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)類型，用于通過分組交換連接不同的以太網(wǎng)設(shè)備，以處理、轉(zhuǎn)發(fā)和接收數(shù)據(jù)。
此交換機(jī)僅允許您將一根以太網(wǎng)電纜旋轉(zhuǎn)為多個(gè)有線連接。
這是一種通常在辦公室網(wǎng)絡(luò)或家庭中找到的物理設(shè)備。
因此，這就是以太網(wǎng)交換機(jī)的概述，與應(yīng)用程序一起使用。這是一種電信設(shè)備，用于將多個(gè)設(shè)備或計(jì)算機(jī)連接在一起，以毫無困難地?cái)U(kuò)展網(wǎng)絡(luò)。選擇以太網(wǎng)交換機(jī)時(shí)需要考慮不同的因素，例如傳輸速度、交換機(jī)端口數(shù)量、網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施、功能、價(jià)格差異和可靠的供應(yīng)商。
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