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第4章交換型以太網(wǎng)
本章首先介紹以太網(wǎng)從共享型到交換型的變遷,并介紹交換型以太網(wǎng)的特點(diǎn)和以太網(wǎng)交換器的工作原理。然后比較詳細(xì)地介紹以太網(wǎng)交換器的結(jié)構(gòu)、交換方式、分類(lèi)和典型應(yīng)用。
4.1概述
1.共享型以太網(wǎng):
(1)由網(wǎng)卡、集線器/中繼器、媒體三部分組成。整個(gè)系統(tǒng)的帶寬只有10Mbps,處在一個(gè)沖突域范圍。
(2)假設(shè)某系統(tǒng)共有n=20個(gè)節(jié)點(diǎn),那么每個(gè)節(jié)點(diǎn)的帶寬則為:10Mbps/20=0.5Mbps。
(3)共享型以太網(wǎng)存在的問(wèn)題是:
受到CSMA/CD的約束,一個(gè)碰撞域的帶寬是固定的;
在一個(gè)碰撞域的系統(tǒng)中,每個(gè)節(jié)點(diǎn)的帶寬為:系統(tǒng)帶寬/n;(n為節(jié)點(diǎn)數(shù))
在一個(gè)碰撞域的系統(tǒng)中,可以是一個(gè)工作組,也可是多個(gè)工作組;
在多個(gè)工作組的碰撞域中,每個(gè)工作組的數(shù)據(jù)流廣播到系統(tǒng)中所有的站,安全性不好。覆蓋范圍受到限制。
2.交換型以太網(wǎng):
可解決共享型以太網(wǎng)的不足。
4.2交換型以太網(wǎng)系統(tǒng)的特點(diǎn)
4.2.1系統(tǒng)的特點(diǎn)
交換型以太網(wǎng)系統(tǒng)中的交換型集線器,也稱(chēng)以太網(wǎng)交換器,以其為核心連接站點(diǎn)或者網(wǎng)段。
交換型以太網(wǎng)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)
(1)每個(gè)端口可以連接網(wǎng)段,也可連接站點(diǎn)。每個(gè)端口獨(dú)享10Mbps的帶寬;
(2)系統(tǒng)的最大帶寬可達(dá)到端口帶寬的n倍;
(3)交換器連接了多個(gè)網(wǎng)段,網(wǎng)段上運(yùn)作都是獨(dú)立的,被隔離的。但如果需要的話,獨(dú)立網(wǎng)段之間通過(guò)其端口也可建立暫時(shí)的數(shù)據(jù)通道。
(4)被交換器隔離的獨(dú)立網(wǎng)段上數(shù)據(jù)信息流不會(huì)隨意廣播到其它端口上去。
4.2.2以太網(wǎng)交換器工作的邏輯機(jī)理
特點(diǎn):
(1)交換器上可同時(shí)多個(gè)數(shù)據(jù)通道并存;
(2)端口間既隔離又連接;
(3)上圖中共有30個(gè)數(shù)據(jù)通道,如果采用雙工的方式,同時(shí)最多可通15個(gè)數(shù)據(jù)通道;
(4)從上圖可看到,各端口信息流是被隔離的,如果要連通,必須進(jìn)行控制,方可交互。
4.3以太網(wǎng)交換器的結(jié)構(gòu)
共有四種不同的結(jié)構(gòu):
1.軟件執(zhí)行交換結(jié)構(gòu)
2.矩陣交換結(jié)構(gòu)
3.總線交換結(jié)構(gòu)
4.共享存儲(chǔ)器交換結(jié)構(gòu)
4.3.1軟件執(zhí)行交換結(jié)構(gòu)
4.3.2矩陣交換結(jié)構(gòu)
特點(diǎn)
(1)地址表:地址——輸入/輸出端口
(2)利用硬件交換,結(jié)構(gòu)緊湊,交換速度快,時(shí)延??;
(3)不易于簡(jiǎn)單堆疊和集成。
(4)使用廣泛,如:ATM。
注意:
(1)當(dāng)輸入端口與輸出端口相等時(shí),不會(huì)發(fā)生阻塞;
(2)當(dāng)輸入端口多于輸出端口時(shí),就會(huì)發(fā)生阻塞;
(3)為避免幀的丟失,必須增加緩沖區(qū)。
4.3.3總線交換結(jié)構(gòu)
總線交換結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn):
1.便于疊堆擴(kuò)展;
2.容易監(jiān)控和管理
3.容易實(shí)現(xiàn)幀的廣播;
4.容易實(shí)現(xiàn)多個(gè)輸入對(duì)一個(gè)輸出,即客戶(hù)機(jī)—服務(wù)器的方式。
4.3.4共享存儲(chǔ)器交換結(jié)構(gòu)
特點(diǎn):
(1)使用大量的高速RAM來(lái)輸入數(shù)據(jù);
(2)輸入輸出會(huì)產(chǎn)生時(shí)延;
(3)交換器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單;
(4)冗余結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜;
(5)適合小型交換器。
4.4以太網(wǎng)交換器的交換方式
4.4.1靜態(tài)交換與動(dòng)態(tài)交換
1.靜態(tài)交換
端口間的通道連接是事先人工預(yù)定的。端口間并沒(méi)有實(shí)現(xiàn)網(wǎng)段的隔離。被稱(chēng)為“端口交換機(jī)”。
2.動(dòng)態(tài)交換
(1)是基于網(wǎng)橋工作機(jī)理的交換方式,根據(jù)透明網(wǎng)橋工作機(jī)理,動(dòng)態(tài)交換端口間通道的形成是基于MAC地址的操作,根據(jù)輸入端口上幀的目的地址來(lái)查看交換器中自學(xué)習(xí)生成的端口——地址表后,就能決定端口間的連接,形成幀傳送通道。
(2)一次連接只能傳送一幀。
(3)動(dòng)態(tài)交換方式又分為存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)和穿通兩種方式。
4.4.2存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換方式
特點(diǎn):
(1)交換時(shí)間長(zhǎng)。每一幀必須全部接收完成后,才檢查地址,再送出去;還需要串/并轉(zhuǎn)換。
(2)可*性高。輸入、輸出都要進(jìn)行差錯(cuò)檢驗(yàn)。
4.4.3穿通交換方式
特點(diǎn):
(1)當(dāng)輸入端收到幀的開(kāi)始6個(gè)字節(jié)后,交換器根據(jù)目的地址查端口——地址表,獲得輸出端地址后,就把整個(gè)幀導(dǎo)向輸出端口;縮短了時(shí)延。
(2)可*性不高;
(3)適用于鏈路可*性高的環(huán)境中。
(4)穿通交換方式/存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)共用,先采用穿通交換方式,若鏈路可*性差,則自動(dòng)轉(zhuǎn)到存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式。得到最大的交換器的效率。
4.5以太網(wǎng)交換器的分類(lèi)
1.分類(lèi):
(1)單臺(tái)(不可堆疊)
(2)可堆疊集成
(3)廂體模塊
2.各類(lèi)的使用
(1)單臺(tái)(不可堆疊)
只能單臺(tái)使用
(2)可堆疊交換器
可單臺(tái)使用
多臺(tái)堆疊使用時(shí),必須在外部附加一個(gè)集成裝置。
(3)廂體模塊
三個(gè)優(yōu)點(diǎn)
維修方便。每一個(gè)模塊可以熱插拔。
高可*性。電源備份;可采用無(wú)源母板;有備用交換引擎。
系統(tǒng)集成和配置靈活。
4.6以太網(wǎng)交換器的典型應(yīng)用
1.以太網(wǎng)應(yīng)用的分類(lèi)
(1)群組
(2)部門(mén)
(3)主干
群組部門(mén)主干
架構(gòu)單臺(tái)可疊堆集成廂體模塊式
典型端口數(shù)8、12、2412-24,可成倍擴(kuò)展12/模塊,可成倍擴(kuò)展
端口傳輸率10/100Mbps10/100Mbps,1Gbps100Mbps,1Gbps
高速端口1~2個(gè)100Mbps1Gbps,ATM接服務(wù)器或干線1Gbps,ATM
支持其它網(wǎng)絡(luò)FDDI,ATM
支持L3路由可能支持可能支持
典型背板帶寬100~200Mbps4Gbps10Gbps以上
典型組網(wǎng)群組桌面聯(lián)網(wǎng)小型樓宇或園區(qū)系統(tǒng)干線大中型樓宇或園區(qū)系統(tǒng)
干線
2.各種典型應(yīng)用
(1)群組
一般集中在一個(gè)辦公室,也可能在一個(gè)樓層,數(shù)據(jù)在一個(gè)小范圍交互。
在這類(lèi)交換機(jī)中,必須設(shè)置高速端口(如100Mbps),客戶(hù)機(jī)獨(dú)享10Mbps或者共享集線器的10Mbps,也可在交換機(jī)和站點(diǎn)之間在配置一種稱(chēng)為“端口交換機(jī)”的設(shè)備,“端口交換機(jī)”的設(shè)備采用靜態(tài)交換方式,可人工靈活組合站點(diǎn)共享端口的10Mbps帶寬。
(2)部門(mén)
對(duì)于小型樓宇或者小型園區(qū)的應(yīng)用環(huán)境來(lái)說(shuō),除配置面向連接客戶(hù)站群組交換器外,還需配置組成系統(tǒng)干線的交換器。
部門(mén)以太網(wǎng)交換器另一個(gè)特點(diǎn)是可堆疊以擴(kuò)展交換器的端口和帶寬。
(3)主干交換器
在中、大型樓宇或園區(qū)應(yīng)用環(huán)境中,一般配置功能很強(qiáng)、性能很好的主干交換器。主干交換器具有廂式體架構(gòu)。其模塊上端口傳輸率通常為100Mbps或1000Mbps。
有的廂體除支持以太網(wǎng)外,還可插入FDDI模塊,甚至還可插入ATM模塊,因此交換器背板帶寬可達(dá)10Gbps。
4.7全雙工以太網(wǎng)
4.7.1全雙工以太網(wǎng)技術(shù)的重要性
(1)雖然交換其本身工作已不受CSMA/CD的約束,但站點(diǎn)到交換器或交換器之間如果還采用半雙工以太網(wǎng)傳輸?shù)脑?,那么網(wǎng)段還是受到CSMA/CD的約束,使網(wǎng)段的媒體長(zhǎng)度受到限制,尤其是在高速率情況下。
(2)鑒于以上情況,采用了全雙工以太網(wǎng)技術(shù)。
4.7.2全雙工以太網(wǎng)技術(shù)特點(diǎn)
(1)全雙工端口上采用兩根傳輸線,收發(fā)分開(kāi);
(2)全雙工以太網(wǎng)不受沖突域的限制,只于媒體衰耗有關(guān);
(3)全雙工以太網(wǎng)的傳輸帶寬可提高一倍;
(4)在10Mbps端口傳輸率情況下,只有10BASET及10BASEFL支持全雙工以太網(wǎng);
(5)在100Mbps快速以太網(wǎng)情況下,除100BASET4外,其他都支持全雙工以太網(wǎng)。
4.7.3全雙工以太網(wǎng)的組網(wǎng)應(yīng)用
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