今天武漢海翎光電的小編要為大家科普的是搭建網(wǎng)絡(luò)時(shí)最常見的設(shè)備，交換機(jī)。小伙伴都知道，交換機(jī)在英文里叫做switch，交換機(jī)是一種比較省事的叫法。它的全名應(yīng)該叫做以太網(wǎng)交換機(jī)，它還有一些姐妹，比如電話語音交換機(jī)、光纖交換機(jī)等等。要講交換機(jī)，自然要了解它的前身，它就是集線器（圖1）。用過集線器的小伙伴們可能就要暴露年齡了。

圖1：集線器

    小編的大學(xué)群居時(shí)代，也是互聯(lián)網(wǎng)人類早期。一個(gè)宿舍只有一個(gè)網(wǎng)口，那怎么滿足四五個(gè)人甚至七八個(gè)小伙伴打星際、CS、魔獸、下載AVI文件，抄論文等需求呢？最簡(jiǎn)單的辦法就是使用這種集線器，也叫HUB。簡(jiǎn)單講它相當(dāng)于把一根網(wǎng)線分成多根使用，并且讓這些網(wǎng)線連接的設(shè)備組成一個(gè)局域網(wǎng)。從此，單機(jī)游戲變成了多人運(yùn)動(dòng)，更加的緊張刺激。但是集線器有不少缺點(diǎn)，它工作在OSI參考模型（圖2），第一層，即物理層。

圖2：OSI參考模型

    所以發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)采用的是廣播的方式，如何理解呢?比如宿舍里老二大聲質(zhì)疑老大，“你為什么‘發(fā)圖不發(fā)種’？”集線器采用的是共享帶寬的工作方式，設(shè)備越多就越可能造成網(wǎng)絡(luò)擁堵現(xiàn)象，老大和老二傳文件占滿了帶寬，其他小伙伴的網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)就會(huì)很差，很容易引發(fā)人民內(nèi)部矛盾沖突。所以，我們把這種宿舍叫做一個(gè)沖突域（圖3）。

圖3：沖突域

    再有集線器的數(shù)據(jù)發(fā)送是非雙工傳輸模式。什么概念呢？大家可以想象一下獨(dú)木橋，同一時(shí)間只能過一個(gè)人。兩邊都有人要過橋的話，就只能等一個(gè)人先過去，另一個(gè)再過，效率很低，怎么辦呢？那就要升級(jí)換代咯！

    1989年Kalpana公司發(fā)明了第一臺(tái)以太網(wǎng)交換機(jī)EthrSwitch EPS-700,對(duì)外提供7個(gè)固定端口，它工作在OSI參考模型的第二層，數(shù)據(jù)鏈路層，所以也被稱為二層交換機(jī)，為了方便大家明白，小編就拿武漢海翎光電研制的自主可控全國(guó)產(chǎn)交換機(jī)IERS108系列舉例。

圖4：海翎光電研制的全國(guó)產(chǎn)交換機(jī)IERS108(8口交換機(jī)）硬件規(guī)格

    這是海翎光電研制的自主可控全國(guó)產(chǎn)8口交換機(jī)。采用的是楠菲微SF2507的交換芯片，集成處理器，8MB flash存儲(chǔ)，二層交換機(jī)。相比集線器廣播數(shù)據(jù)的方式，交換機(jī)會(huì)按照內(nèi)存里的地址表，把數(shù)據(jù)直接發(fā)送到目的地址。如果沒有，則會(huì)通過廣播來查找，“握手”成功后，再把它存放到地址表，方便下次尋找和使用。找不到的話，就先放到緩存，慢慢找。另外集線是共享帶寬，而交換機(jī)它每一個(gè)端口上的設(shè)備都能獨(dú)享全部的帶寬。也就是說，如果老大給老二傳文件，占滿了百兆帶寬，老三給老四傳文件，依然可以享受百兆帶寬，相當(dāng)于，這8個(gè)端口，每個(gè)都是獨(dú)立的百兆帶寬。這等于，把沖突域從原來的整個(gè)宿舍縮小到一個(gè)端口上。

圖5：雙工模式

    這還沒完，早期交換機(jī)依然是非雙工傳輸模式。而1993年，Kalpana公司取得了另一項(xiàng)突破，使得一條鏈路可以同時(shí)發(fā)送和接受數(shù)據(jù)，也就是全雙工以太網(wǎng)，我們這臺(tái)小設(shè)備（全國(guó)產(chǎn)交換機(jī)IERS108(8口交換機(jī)））就是全雙工，交換容量2Gbps,也就是同一時(shí)間平均每個(gè)端口收發(fā)的數(shù)據(jù)能達(dá)到2500M每秒。畫個(gè)重點(diǎn)，交換容量是交換機(jī)的核心參數(shù)之一，這個(gè)數(shù)字越大，代表性能越高。當(dāng)然也越貴。

    二層交換機(jī)的出現(xiàn)，使得以太網(wǎng)從“共享式”步入了“交換式”時(shí)代，大大提高了局域網(wǎng)的性能。但是二層交換機(jī)還是有一個(gè)毛病，只能隔離沖突域，不能分割廣播域。這個(gè)如何理解呢？如果我們的宿舍樓或者辦公樓都是用二層交換機(jī)組網(wǎng)，那么整個(gè)網(wǎng)絡(luò)都在一個(gè)廣播域內(nèi)，一旦發(fā)出廣播報(bào)文，就會(huì)傳遍整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于局域網(wǎng)而言這樣不僅會(huì)影響到網(wǎng)絡(luò)帶寬，還會(huì)給網(wǎng)絡(luò)中的主機(jī)帶來額外負(fù)擔(dān)。

    后來出現(xiàn)了VLAN（Virtual Local Area Network)也就是虛擬局域網(wǎng)技術(shù)。在一個(gè)局域網(wǎng)中劃分出不同的網(wǎng)段，實(shí)現(xiàn)廣播域的隔離，但是不同VLAN之間的轉(zhuǎn)發(fā)，還是要通過路由器來完成。如圖6。相對(duì)于交換機(jī)而言，路由器價(jià)格更貴，并且交換性能要更弱，無法滿足大量用戶對(duì)大帶寬的需求。

 圖6

    在2000年，三層交換機(jī)的概念出來了。專門為IP網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的，接口類型簡(jiǎn)單，它既可以工作在OSI協(xié)議第三層，替代或部分完成傳統(tǒng)路由器的功能，同時(shí)又具有接近第二層交換的速度，非常適用于大型局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)路由與交換。如圖7。

圖7

    三層交換機(jī)最典型的應(yīng)用就是代替路由器，來實(shí)現(xiàn)同一個(gè)局域網(wǎng)中各子網(wǎng)以及VLAN間的互聯(lián)，所以它又被稱路由交換機(jī)，三層交換機(jī)可以說是諸多網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中的中流砥柱了。不管在學(xué)校還是在辦公樓、產(chǎn)業(yè)園還是住宅區(qū)都有它的身影。尤其是核心骨干網(wǎng)，一定會(huì)用到三層交換機(jī)。這里要注意，路由交換機(jī)的路由和路由器的路由并不是一回事兒。交換機(jī)的路由功能是圍繞局域網(wǎng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)交換。在安全、協(xié)議支持方面有很多欠缺，并不能取代路由器，所以局域網(wǎng)與公網(wǎng)之間要實(shí)現(xiàn)跨地域的網(wǎng)絡(luò)訪問時(shí)，都需要通過專業(yè)路由器。（下期分享《路由器到底能不能代替交換機(jī)？》敬請(qǐng)關(guān)注。

    除了二層三層的分類，我們更多時(shí)候是根據(jù)使用場(chǎng)景的不同，將交換機(jī)分為接入層交換機(jī)、匯聚層交換機(jī)和核心層交換機(jī)。也可以根據(jù)接口的速率，把交換機(jī)分為百兆交換機(jī)、千兆交換機(jī)、萬兆交換機(jī)、25G、40G、100G交換機(jī)等等。根據(jù)接口類型分為電口交換機(jī)、光纖交換機(jī)，當(dāng)然也有非常風(fēng)騷的光電混合交換機(jī)。

   這里順便為大家介紹一款海翎光電研制的自主可控全國(guó)產(chǎn)三層交換機(jī)，IEGM210系列，這款交換機(jī)12口千兆交換機(jī)。采用盛科CTC7132交換芯片，交換芯片內(nèi)嵌ARM53處理器，1GB DDR4內(nèi)存。這臺(tái)網(wǎng)管型交換機(jī)，支持風(fēng)暴抑制；支持VLAN標(biāo)記；支持MAC地址自動(dòng)學(xué)習(xí)和老化；支持靜態(tài)、動(dòng)態(tài)、黑洞MAC表項(xiàng)；支持源MAC地址過濾；支持基于端口和VLAN的MAC地址學(xué)習(xí)限制；支持STP\RSTP\MSTP\ERPS等鏈路環(huán)網(wǎng)保護(hù)；支持IGMP snooping v1/v2/v3 IGMP Proxy；支持MVR\MLD Snooping v1/v2；支持靜態(tài)和LACP鏈路聚合; 支持靜態(tài)路由、RIP v1/v2、OSPF、 BGP、ECMP、策略路由、VRF等路由協(xié)議; 支持靜態(tài)組播;支持UDLD、VCT、LLDP 支持DHCP Server/Relay Snooping/Client ;支持DNS與NTP時(shí)間同步;支持SamrtLink、M-LAG\VRRP等。（還需要了解此款交換機(jī)更多參數(shù)請(qǐng)加小編微信13296589910）

圖8:全國(guó)產(chǎn)交換機(jī)IEGM210系列 硬件規(guī)格

    隨著如今數(shù)據(jù)增長(zhǎng)越來越快，各種高帶寬業(yè)務(wù)越來越普及，對(duì)于交換機(jī)也提出了更高的要求。目前來講，交換機(jī)正在朝著兩個(gè)方向進(jìn)化。

    第一，就是轉(zhuǎn)化效率、性能和可靠性的提升。從100G、200G到400G甚至800G。交換機(jī)的單板能力不斷提升，與 英特爾的TICK-TOCK策略近似（如圖9)

圖9：英特爾的TICK-TOCK策略

    交換機(jī)在硬件架構(gòu)上也不斷演進(jìn)，從早期的Full Mesh到目前經(jīng)常提到的三平面分離正交架構(gòu)，通過采用數(shù)據(jù)平臺(tái)，控制平臺(tái)、管理平臺(tái)相互分離的結(jié)構(gòu)模型保證了大量的數(shù)據(jù)處理和路由環(huán)境復(fù)雜條件下，各個(gè)平臺(tái)互不干擾，高度保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定性。（如圖10、圖11）

    同時(shí)，正交設(shè)計(jì)減少了背板走線，帶來的高速信號(hào)衰減，提高了硬件的可靠性。（如圖12）無背板設(shè)計(jì)能夠解除背板對(duì)容量提升的限制，當(dāng)需要更大帶寬的時(shí)候，只需要更換相應(yīng)的板卡就可以實(shí)現(xiàn)。目前，大多數(shù)園區(qū)網(wǎng)以及數(shù)據(jù)中心級(jí)交換機(jī)，都采用了這樣的設(shè)計(jì)。

圖10

圖11

圖12

    第二，就是交換技術(shù)的發(fā)展，從最初集線器的端口交換到目前利用ATM技術(shù)的信元交換，從之前的二三層交換發(fā)展到目前第七層的應(yīng)用交換。也就是通過逐層打開每一個(gè)數(shù)據(jù)包的封裝，識(shí)別出應(yīng)用層的信息，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)容的識(shí)別。

    有個(gè)典型的場(chǎng)景（如圖12、圖13），可以很好地說明這點(diǎn)。就是區(qū)分應(yīng)用Qos通過識(shí)別來自不同應(yīng)用的流量，來實(shí)現(xiàn)針對(duì)性的轉(zhuǎn)發(fā)。比如文字、語音數(shù)據(jù)、視頻流這些需要穩(wěn)定帶寬傳輸?shù)臅?huì)優(yōu)選保證。對(duì)于上傳下載等優(yōu)先級(jí)過低的應(yīng)用，則需要降低帶寬給優(yōu)選級(jí)高的應(yīng)用讓路。這對(duì)于企業(yè)充分利用帶寬資源非常有效。能節(jié)省下大量的真金白銀。像核心交換機(jī)還能支持防火墻，負(fù)載均衡、無限AC、IPSec VPN等多種增值業(yè)務(wù)能力。

圖12

圖13

    總之，交換機(jī)的花活是越來越多。當(dāng)然大的發(fā)展方向下，各個(gè)廠家的交換機(jī)也有差異化設(shè)計(jì)。比如，交換機(jī)的堆疊技術(shù)、枝葉交換機(jī)、統(tǒng)一運(yùn)維的云管理技術(shù)，還有當(dāng)下的邊緣計(jì)算跟交換機(jī)的技術(shù)結(jié)合。不同應(yīng)用場(chǎng)景的部署需要不同的技術(shù)形態(tài)來滿足，從而誕生了很多細(xì)分品類。好了，今天關(guān)于交換機(jī)的前世今生以及未來就介紹到這里吧！

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    海翎光電公司積極響應(yīng)國(guó)家戰(zhàn)略布局，重點(diǎn)推進(jìn)自主可控國(guó)產(chǎn)化產(chǎn)品的開發(fā)與應(yīng)用。為加強(qiáng)自主可控產(chǎn)業(yè)在各領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)力，豐富產(chǎn)品類型的廣度與深度，聯(lián)合高校成立技術(shù)研發(fā)中心，完成了基于全國(guó)產(chǎn)系列 的網(wǎng)絡(luò)通信產(chǎn)品、嵌入式單板計(jì)算機(jī)產(chǎn)品，同時(shí)在結(jié)合原有技 術(shù)的基礎(chǔ)上構(gòu)建起智能健康診斷平臺(tái)、智能巡檢平臺(tái)、大數(shù)據(jù) 處理平臺(tái)等。產(chǎn)品深入軍工、電力、能源、交通、船舶、環(huán)保、 煤炭、石油化工、工業(yè)控制等領(lǐng)域。。

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