漫谈局域网交换机

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1、漫谈局域网交换机～教育资源库　　一、局域网交换机的内部结构　　局域网交换机卓越的性能表现，于其内部独特的技术结构。而不同的交换模式或不同的交换类型，也跟局域网交换机内部结构密不可分。所以说，了解了局域网交换机的内部结构，就等于了解了局域网交换机的技术特点和工作原理。目前局域网交换机采用的内部技术结构主要有以下几种。　　1．共享内存式结构　　该结构依赖于中心局域网交换机引擎所提供的全端口的高性能连接，并由核心引擎完成检查每个输入包来决定连接路由。这种方式需要很大的内存带宽和很高的管理费用，尤其是随着局域网交换机端口的增加，需要内存容

2、量更大，速度也更快，中央内存的价格就变得很高，从而使得局域网交换机内存成为性能实现的主要瓶颈。　　2．交叉总线式结构　　交叉总线式结构可在端口间建立直接的点对点连接，这种结构对于简单的单点式（Unicast）信息传输来讲性能很好，但并不适合点对多点的广播式传输。由于实际网络应用环境中，广播和多播传输方式很常见，所以这种标准的交叉总线方式会带来一些传输问题。例如，当端口A向端口D传输数据时，端口B和端口C就只能等待。而当端口A向所有端口广播消息时，就可能会引起目标端口的排队等候。这样将会消耗掉系统大量带宽，从而影响局域网交换机传输性

3、能。而且要连接N个端口，就需要N（N+1）条交叉总线，因而实现成本也会随着端口数量的增加而急剧上升。　　3．混合交叉总线式结构　　鉴于标准交叉总线存在的缺陷，一种混合交叉总线实现方式被提了出来。该方式的设计思路是将一体的交叉总线矩阵划分成小的交叉矩阵，中间通过一条高性能总线连接。该结构的优点是减少了交叉总线数，降低了成本，还减少了总线争用。但连接交叉矩阵的总线成为新的性能瓶颈。　　4．环形总线式结构　　这种结构方式在一个环内最多可支持四个交换引擎，并且允许不同速度的交换矩阵互连，以及环与环间通过交换引擎连接。由于采用环形结构，所以

4、很容易聚集带宽。当端口数增加的时候，带宽就相应增加了。与前述几种结构不同的是，该结构方式有独立的一条控制总线，用于搜集总线状态、处理路由、流量控制和清理数据总线。另外，在环形总线上可以加入管理模块，提供完整的SNMP管理特性。同时还可以根据需要选用第三层交换功能。这种结构的最大优点就是扩展能力强，实现成本低，而且有效地避免了系统扩展时造成的总线瓶颈。　　二、局域网交换机的主要技术　　局域网交换机由于使用了虚拟线路交换方式，技术上可在各输入、输出端口之间互不争用带宽，或在不产生传输瓶颈的情况下，完成各端口间数据的高速传输，从而大大提

5、高了网络信息点的数据传输，优化了网络系统。局域网交换机与HUB在硬件上的主要区别是多出了背板总线和交换引擎两大部分，这说明局域网交换机的技术含量普遍较高。所以要全面了解局域网交换机，就必须清楚局域网交换机的主要技术特点。下面介绍了各类用于局域网交换机中的主要技术。　　1．可编程ASIC（特定用途集成电路）　　这是一种专门用于优化第二层交换处理的专用集成电路芯片，也是当前联网解决方案的核心集成技术，它可将多项功能集成在同一个芯片上，使之具有设计简单、高可靠性、低电源消耗、更高的性能和成本更低的优点。在局域网交换机上普遍采用的可编程A

6、SIC芯片，是一种可以由厂家，甚至是用户根据应用需要，编辑专用程度的ASIC芯片，是局域网交换机应用中的重要应用技术之一。　　2．分布式流水线　　有了分布式流水线，多个分布式转发引擎就能快速、独立地传送各自的数据包。而在单个流水线中，多个ASIC芯片可同时处理多个帧。这种并发性和流水线可将转发性能提高到一个新高度。在所有端口上实现点播（Unicast）、广播（Broadcast）和组播（Multicast）的线速性能。所以说，分布式流水线的采用是局域网交换机交换速度提高的重要原因。　　3．动态可扩展内存　　对于先进的局域网交换产品

7、，高性能和高品质功能往往建立在智能化的存储器系统之上。动态可扩展内存技术可以使局域网交换机在运行过程中，根据数据流的需要动态地扩展内存容量。为此，在第三层局域网交换机模式中，已将存储器的一部分直接与转发引擎关联起来，从而使其具有增加更多接口模块的能力。这样，包括各自的转发引擎，存储器也就相应地得到了扩展。同时，还可通过流水线式的ASIC处理，动态地构造缓存，增加内存的使用率，也可使系统在处理较大的突发数据流时，不会产生丢包现象。　　4．先进的队列机制　　事实上，不管网络设备有多么优秀的性能和品质，谁都会受到其所联接网段上的数据拥挤

8、所带来的不同损害。传统的方式是，通过一个端口的流量必须在只有一个输出队列的缓存中保存，不论它的优先级是多大，也必须按照先进先出的方式来处理。当队列满时，任何超出部分都将被丢弃。而当队列变长时，延时也将会增加。显然，该传统的队列机制使得在运行实时事务