局域網(wǎng)交換技術(shù)

1、局域網(wǎng)交換技術(shù)1.1共享技術(shù)所謂共享技術(shù)即在一個(gè)邏輯網(wǎng)絡(luò)上的每一個(gè)工作站都處于一個(gè)相同的網(wǎng)段上。以太網(wǎng)采用CSMACD機(jī)制，這種沖突檢測(cè)方法保證了只能有一個(gè)站點(diǎn)在總線上傳輸。如果有兩個(gè)站點(diǎn)試圖同時(shí)訪問(wèn)總線并傳輸數(shù)據(jù)，這就意味著“沖突”發(fā)生了，兩站點(diǎn)都將被告知出錯(cuò)。然后它們都被拒發(fā)，并等待一段時(shí)間以備重發(fā)。這種機(jī)制就如同許多汽車(chē)搶過(guò)一座窄橋，當(dāng)兩輛車(chē)同時(shí)試圖上橋時(shí)，就發(fā)生了“沖突”，兩輛車(chē)都必須退出，然后再重新開(kāi)始搶行。當(dāng)汽車(chē)較多時(shí)，這種

2、無(wú)序的爭(zhēng)搶會(huì)極大地降低效率，造成交通擁堵。網(wǎng)絡(luò)也是一樣，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)上的用戶量較少時(shí)，網(wǎng)絡(luò)上的交通流量較輕，沖突也就較少發(fā)生，在這種情況下沖突檢測(cè)法效果較好。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)上的交通流量增大時(shí)，沖突也增多，同進(jìn)網(wǎng)絡(luò)的吞吐量也將顯著下降。在交通流量很大時(shí)，工作站可能會(huì)被一而再再而三地拒發(fā)。1.2交換技術(shù)局域網(wǎng)交換技術(shù)是作為對(duì)共享式局域網(wǎng)提供有效的網(wǎng)段劃分的解決方案而出現(xiàn)的，它可以使每個(gè)用戶盡可能地分享到最大帶寬。交換技術(shù)是在OSI七層網(wǎng)絡(luò)模型中的第二層，

3、即數(shù)據(jù)鏈路層進(jìn)行操作的，因此交換機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)是建立在MAC（MediaAccessControl）地址物理地址基礎(chǔ)之上的，對(duì)于IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議來(lái)說(shuō)，它是透明的，即交換機(jī)在轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包時(shí)，不知道也無(wú)須知道信源機(jī)和信宿機(jī)的IP地址，只需知其物理地址即MAC地址。交換機(jī)在操作過(guò)程當(dāng)中會(huì)不斷的收集資料去建立它本身的一個(gè)地址表，這個(gè)表相當(dāng)簡(jiǎn)單，它說(shuō)明了某個(gè)MAC地址是在哪個(gè)端口上被發(fā)現(xiàn)的，所以當(dāng)交換機(jī)收到一個(gè)TCP／IP封包時(shí)，它便會(huì)看一下該數(shù)據(jù)包

4、的目的MAC地址，核對(duì)一下自己的地址表以確認(rèn)應(yīng)該從哪個(gè)端口把數(shù)據(jù)包發(fā)出去。由于這個(gè)過(guò)程比較簡(jiǎn)單，加上這功能由一嶄新硬件進(jìn)行ASIC(ApplicationSpecificIntegratedCircuit)，因此速度相當(dāng)快，一般只需幾十微秒，交換機(jī)便可決定一個(gè)IP封包該往那里送。值得一提的是：萬(wàn)一交換機(jī)收到一個(gè)不認(rèn)識(shí)的封包，就是說(shuō)如果目的地MAC地址不能在地址表中找到時(shí)，交換機(jī)會(huì)把IP封包“擴(kuò)散“出去，即把它從每一個(gè)端口中送出去，就如交

5、換機(jī)在處理一個(gè)收到的廣播封包時(shí)一樣。二層交換機(jī)的弱點(diǎn)正是它處理廣播封包的手法不太有效，比方說(shuō)，當(dāng)一個(gè)交換機(jī)收到一個(gè)從TCPIP工作站上發(fā)出來(lái)的廣播封包時(shí)，他便會(huì)把該封包傳到所有其他端口去，哪怕有些端口上連的是IPX或DEC工作站。這樣一來(lái)，非TCPIP節(jié)點(diǎn)的帶寬便會(huì)受到負(fù)面的影響，就算同樣的TCPIP節(jié)點(diǎn)，如果他們的子網(wǎng)跟發(fā)送那個(gè)廣播封包的工作站的子網(wǎng)相同，那么他們也會(huì)無(wú)原無(wú)故地收到一些與他們毫不相干的網(wǎng)絡(luò)廣播，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的效率因此會(huì)大打

6、折扣。從90年代開(kāi)始，出現(xiàn)了MAC地址與端口的映射表。當(dāng)交換機(jī)接受的數(shù)據(jù)幀的目的地址在該映射表中被查到，交換機(jī)便將該數(shù)據(jù)幀送往對(duì)應(yīng)的端口。如果它查不到，便將該數(shù)據(jù)幀廣播到該端口所屬虛擬局域網(wǎng)（VLAN）的所有端口，如果有回應(yīng)數(shù)據(jù)包，交換機(jī)便將在映射表中增加新的對(duì)應(yīng)關(guān)系。當(dāng)交換機(jī)初次加入網(wǎng)絡(luò)中時(shí)，由于映射表是空的，所以，所有的數(shù)據(jù)幀將發(fā)往虛擬局域網(wǎng)內(nèi)的全部端口直到交換機(jī)“學(xué)習(xí)”到各個(gè)MAC地址為止。這樣看來(lái)，交換機(jī)剛剛啟動(dòng)時(shí)與傳統(tǒng)的共享式

7、集線器作用相似的，直到映射表建立起來(lái)后，才能真正發(fā)揮它的性能。這種方式改變了共享式以太網(wǎng)搶行的方式，如同在不同的行駛方向上鋪架了立交橋，去往不同方向的車(chē)可以同時(shí)通行，因此大大提高了流量。從虛擬局域網(wǎng)（VLAN）角度來(lái)看，由于只有子網(wǎng)內(nèi)部的節(jié)點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)帶寬，所以性能得到提高。主機(jī)1訪問(wèn)主機(jī)2同時(shí)，主機(jī)3可以訪問(wèn)主機(jī)4。當(dāng)各個(gè)部門(mén)具有自己獨(dú)立的服務(wù)器時(shí)，這一優(yōu)勢(shì)更加明顯。但是這種環(huán)境正發(fā)生巨大的變化，因?yàn)榉?wù)器趨向于集中管理，另外，這一模式也不

8、適合Inter的應(yīng)用。不同虛擬局域網(wǎng)（VLAN）之間的通訊需要通過(guò)路由器來(lái)完成，另外為了實(shí)現(xiàn)不同的網(wǎng)段之間通訊也需要路由器進(jìn)行互連。路由器處理能力是有限的，相對(duì)于局域網(wǎng)的交換速度來(lái)說(shuō)路由器的數(shù)據(jù)路由速度也是較緩慢的。路由器的低效率和長(zhǎng)時(shí)延使之成為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的瓶頸。虛擬局域網(wǎng)（VLAN）之間的訪問(wèn)速度是加快整個(gè)網(wǎng)絡(luò)速度的關(guān)鍵，某些情況下（特別是Intra），劃定虛擬局域網(wǎng)本身是一件困難的事情。第三層交換機(jī)的目的正在于此，它可以完成Intra

9、中虛擬局域網(wǎng)（VLAN）之間的數(shù)據(jù)包以高速率進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。1.2.2VLAN技術(shù)在傳統(tǒng)的局域網(wǎng)中，各站點(diǎn)共享傳輸信道所造成的信道沖突和廣播風(fēng)暴是影響網(wǎng)絡(luò)性能的重要因素。通常一個(gè)IP子網(wǎng)或者IPX子網(wǎng)屬于一個(gè)廣播域，因此網(wǎng)絡(luò)中的廣播域是根據(jù)物理網(wǎng)絡(luò)來(lái)劃分的。這樣的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)無(wú)論從效率和安全性角度來(lái)考慮都有所欠缺。同時(shí)，由于網(wǎng)絡(luò)中的站點(diǎn)被束縛在所處的物理網(wǎng)絡(luò)中，而不能夠根據(jù)需要將其劃分至相應(yīng)的邏輯子網(wǎng)，因此網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)缺乏靈活性。為解決這一問(wèn)題，從

10、而引發(fā)了虛擬局域網(wǎng)（VLAN）的概念，所謂VLAN是指網(wǎng)絡(luò)中的站點(diǎn)不拘泥于所處的物理位置，而可以根據(jù)需要靈活地加入不同的邏輯子網(wǎng)中的一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。VLAN技術(shù)的基礎(chǔ)基于交換式以太網(wǎng)的VLAN在交換式以太網(wǎng)中，利用VLAN技術(shù)，可以將由交換機(jī)連接成的物理網(wǎng)絡(luò)劃分成多個(gè)邏輯子網(wǎng)。也就是說(shuō)，一個(gè)VLAN中的站點(diǎn)所發(fā)送的廣播數(shù)據(jù)包將僅轉(zhuǎn)發(fā)至屬于同一VLAN的站點(diǎn)。而在傳統(tǒng)局域網(wǎng)中，由于物理網(wǎng)絡(luò)和邏輯子網(wǎng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，因此任何一個(gè)站點(diǎn)所發(fā)送的廣播數(shù)