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5.3 交換機
交換機(Switch)也叫做區域網交換機(LAN switches)指的是用在交換式區域網內進行數據交換的設備。是一個數據鏈路層，也就是第二層網絡設備，前邊也說了，它替代了網橋，也可以理解為一個多接口的網橋。傳統的乙太網中，在任意一個時刻網絡中只能有一個站點發送數據，其他站點只可以接收信息，若想發送數據，只能退避等待。因此，共享式乙太網的固定帶寬被網絡上所有站點共享，隨機占用，網絡中的站點越多，每個站點平均可以使用的帶寬就越窄，網絡的響應速度就越慢。交換機的出現解決了這個問題。在交換式區域網中，採用了交換機設備，只要發送數據的源節點和目的節點不衝突，那麼數據發送就完全並行，這樣大大提高了數據傳送的速率。不過交換機和網橋還是又區別的，它們的共同點都工作在數據鏈路層，採用自學算法建立轉發表。不同點是網橋的埠一般連接一個網段的集線器；交換機除了域集線器連接還可以直接與主機連接。
那麼交換機得看點什麼呢？首先要先說一個概念就是交換機得接口，在交換機的配置命令當中叫做interface，但是很多教材卻翻譯為埠，不知道為什麼，個人覺得埠容易和協議的埠混淆，所以還是應該叫做接口，感覺才對。
交換機也有處理能力，交換機的處理能力叫做背板帶寬容量(backplane)或者交換機容量，有的產品說明還會用「交換結構為xxGbit/s」的形式來描述處理能力。交換機容量為bit/s(比特每秒)，該值越大，表明交換機在單位時間內所傳輸的數據越多。當整個背板帶寬容量中所有接口的總帶寬小於該背板帶寬容量時，整個背板帶寬容量表現為非阻塞形式，也就是帶寬十分富裕，沒有等待處理的情況。反之當所有接口總帶寬超過背板帶寬容量時，則稱為過載。在交換機只有快速乙太網接口時，如果處理能力達到埠數*2*100Mbit/s的數值，也可以稱之為非阻塞交換結構。其中「*2」表示上行與下行均採用100Mbit/s的全雙工通信。以一台有8個接口的快速乙太網交換機為例，如果其背板容量達到8*2*100=1600Mbit/s，即達到1.6Gbit/s就可以將其視為非阻塞。同樣，對於千兆乙太網接口而言，只要處理能力達到埠數*2*1Gbit/s的數值，即可將其視為非阻塞。
還有一個指標包轉發率，用來衡量網絡設備轉發數據能力的標準。交換機的包轉發率標誌了交換機轉發數據包能力的大小。單位一般為pps(包每秒)。也可以這麼說包轉發速率是指交換機每秒可以轉發多少百萬個數據包(Mpps)，即交換機能同時轉發的數據包的數量。包轉發率以數據包為單位體現了交換機的交換能力。決定包轉發率的一個重要指標就是交換機的背板帶寬，背板帶寬標誌了交換機總的數據交換能力。一台交換機的背板帶寬越高，所能處理數據的能力就越強，也就是包轉發率越高。包轉發率和背板帶寬是相輔相成的，互相影響的。
計算公式：滿配置GE(千兆)埠數*1.488+滿配置百兆埠數*0.1488(單位Mpps)
這個千兆埠包轉發速率1.448Mbps怎麼來的呢？ 1000000000\/8\/(64+8+12)\=1488 095.2380952pps即1.488Mpps
解釋一下：
- 1000000000：100Mbps埠傳輸速率
- 第一個8：每個字節8位
- 64：乙太網幀的最小長度
- 第二個8：乙太網幀前導碼
- 12：幀間隙
交換機有很多的分類方式，但是最重要的根據用途分類，根據思科倡導的布網3層模型，交換機還可以根據其在網絡中所出的位置和用途分類。
|名稱|說明| |:-|:-| |核心交換機(核心層)|通過管理作為骨幹網絡的匯聚層交換機來完成高速任務的交換機。當企業網絡分布在多個樓宇中時，通過匯聚交換機將接入交換機以樓層為單位集中，最終通過樓宇間的核心交換機完成高速交換。核心交換機可以使用二層交換機，也可以使用三層交換機。| |匯層交換機(匯聚層)|匯聚入交換機的交換機，也可以稱為分布交換機。有時也可以省去該層，僅使用核心層和接入層構建網絡。| |接入交換機(接入層)、邊緣交換機|直接連接用戶的個人計算機、IP電話等終端的交換機。一般分配在企業的各樓層中，也稱為樓層交換機。|
還剩下幾個小名詞，就是交換機的堆疊和級聯。
堆疊是用專用的接口把交換機連接起來，當作一個交換機使用。堆疊的接口具有很高的帶寬，一般在1Gbps以上。而級聯通常是用普通網線把幾個交換機連接起來，使用普通的接口或級聯接口，帶寬通常為100M以下，這樣下級的所有工作站就只能共享較窄的出口，從而獲得較低的性能。堆疊實際上把每台交換機的母板總線連接在一起，不同交換機任意二接口之間的延時是相等的，就是一台交換機的延時。而級聯就會產生比較大的延時(級聯是上下級的關係)。級聯的層次是有限制的。而且每層的性能都不同，最後層的性能最差。而堆疊是把所有堆疊的交換機的背板帶寬共享。例如一台交換機的背板帶寬為2G，那麼3台交換機堆疊的話，每台交換機在交換時就有6G的背板帶寬。而且堆疊是同級關係，每台交換機的性能是一樣的。堆疊只有在自己廠家的設備之間，且此設備必須具有堆疊功能才可實現。級聯只需單做一根雙絞線(或其他媒介)，堆疊需要專用的堆疊模塊和堆疊線纜，而這些設備可能需要單獨購買。雖然級聯和堆疊都可以實現接口數量的擴充，但是級聯後每台集線器或交換機在邏輯上仍是多個被網管的設備，而堆疊後的數台集線器或交換機在邏輯上是一個被網管的設備。
堆疊與級聯的區別：
- 對設備要求不同。級聯可通過一根雙絞線在任何網絡設備廠家的交換機之間，或者交換機與集線器之間完成。而堆疊只有在自己廠家的設備之間，並且該交換機必須具有堆疊功能才可實現。
- 對連接介質要求不同。級聯時只需一根跳線，而堆疊則需要專用的堆疊模塊和堆疊線纜，當然堆疊模塊是需要另外訂購的。
- 最大連接數不同。交換機間的級聯，在理論上沒有級聯數的限制。但是，疊堆內可容納的交換機數量，各廠商都會明確地進行限制。
- 管理方式不同。堆疊後的數台交換機在邏輯上是一個被網管的設備，可以對所有交換機進行統一的配置與管理。而相互級聯的交換機在邏輯上是各自獨立的，必須依次對其進行配置和管理每台交換機。
- 設備間連接帶寬不同。多台交換機級聯時會產生級聯瓶頸，並將導致較大的轉發延遲。例如，4台百兆位交換機通過跳線級聯時，彼此之間的連接帶寬也是100Mbps。當連接至不同交換機上的計算機之間通信時，也只能通過這條百兆位連接，從而成為傳輸的瓶頸。同是，隨著轉發次數的增加，網絡延遲也將變得很大。而4台交換機通過堆疊連接在一起時，堆疊線纜將能提供高於1Gbps的背板帶寬，從而可以實現所有交換機之間的高速連接。儘管級聯時交換機之間可以藉助鏈路匯聚技術來增加帶寬，但是，這是以犧牲可用接口為代價的。
交換機先說到這裡，我們這裡說的都是工作在數據鏈路層的二層交換機，也就是L2交換機，後邊還由三層交換機，不過還是得說完路由器再說。
雖然由點亂，但是除了配置以外的內容，基本都在這裡了。