百科解釋
目前,集線器和交換機之間的界限已變得模糊。交換式集線器有一個核心交換式背板,采用一個純粹的交換系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的共享介質(zhì)中繼網(wǎng)段。此類產(chǎn)品已經(jīng)上市,并且混合的(中繼/交換)集線器很可能在以后幾年控制這一市場。應該指出,集線器和交換機之間的特性幾乎沒有區(qū)別。
交換式集線器的工作原理:
1、交換式原理
交換式集線器是一種網(wǎng)絡開關(switch),也稱交換器,由于和電話交換機對
出入線的選擇有相似的原理,因此也有人譯為交換機,但出入線數(shù)比較小,一般在8-24
之間。網(wǎng)絡開關被定義成一個能接收發(fā)來的信息禎,加以暫時存儲,然后發(fā)到另一端的
網(wǎng)絡部件。交換式集線器具有網(wǎng)絡開關的一般特征。
交換式集線器由四個基本元素組成:端口、緩沖區(qū)、信息禎的轉(zhuǎn)發(fā)機構(gòu)和背板
體系結(jié)構(gòu)。交換式集線器可以同時接收多個端口信息,并可以同時將這些信息發(fā)向多個
目標地址對應的端口。交換式集線器還可以將從一個端口接收的信息發(fā)向多個端口。由
于每個端口都有其專用的轉(zhuǎn)發(fā)通道,從而避免了共享式集線器中因共享傳輸通道所造成
的沖突。但是,交換式集線器中沖突依然存在,如果兩個接收端口都要向同一個輸出端
口轉(zhuǎn)發(fā)時,就形成了沖突。但是,這個沖突相對于共享式集線器來說,無論是沖突的概
率,還是沖突的范圍,都要小得多。交換式集線器端口之間的沖突可以通過集線器內(nèi)部
的功能來協(xié)調(diào)。還有一種形式的沖突,就是如果交換式集線器端口連接到一個傳統(tǒng)的以
太網(wǎng)段上,該以太網(wǎng)段中仍存在沖突,這種沖突可以由CSMA/CD協(xié)議來處理。
2、端口速度和類型
盡管當前FDDI和令牌環(huán)的集線器產(chǎn)品已經(jīng)在市場上出現(xiàn),然而占絕對優(yōu)勢的仍
是10BASE-T和100BASE-T端口的集線器。另外,集線器端口也可以是100BASE-TX,
100BASE-T4或100BASE-FX。
3、緩沖能力和擁塞控制
一般說來,大的緩沖區(qū)意味著較好的性能,但同時價格也就高。許多交換式集
線器廠商選擇擁塞控制機制來防止緩沖區(qū)溢出的情況發(fā)生。擁塞控制可以采用這種方法
實現(xiàn):向高速結(jié)點發(fā)送“假”沖突,迫使它進入后退狀態(tài),暫停數(shù)據(jù)發(fā)送,從而使得集
線器得以騰空緩沖區(qū)。如圖2所示,如果端口B識別出它的緩沖區(qū)快滿時,即發(fā)送擁塞模
式信號給發(fā)送結(jié)點。發(fā)送結(jié)點則按沖突原則中斷發(fā)送,進入標準后退狀態(tài)。發(fā)送結(jié)點將
保持此狀態(tài),直至端口B騰空內(nèi)部緩沖區(qū)。這種類型的擁塞控制適用于半雙工端口。
4、轉(zhuǎn)發(fā)機構(gòu)
交換式集線器具有網(wǎng)橋的功能,它必須知道要轉(zhuǎn)發(fā)的信息禎的類型。信息禎的
轉(zhuǎn)發(fā)方法可以是存儲轉(zhuǎn)發(fā)式、切入式或改進的切入式。交換式集線器中,禎轉(zhuǎn)發(fā)機構(gòu)將
在禎的延遲等待和錯誤檢驗的可靠性之間作出折衷選擇。三種轉(zhuǎn)發(fā)機構(gòu)分別如下:
存儲轉(zhuǎn)發(fā)式(store and forword):
將發(fā)來的禎在發(fā)送到一個端口之前先全部存儲在內(nèi)部存儲器中。此時,交換式
集線器的延遲等待時間至少等于整個禎的傳輸時間。這樣一來,如果集線器的級聯(lián)數(shù)較
大時,可能導致性能惡化。但是,此種方式可以對禎進行CRC校驗,從而濾掉不正確的或
有沖突的禎。
切入式(cut_through):
只查看信息禎的目的地址(位于禎頭部分),然后立即進行信息禎的轉(zhuǎn)發(fā),從
而使得禎的延遲大為降低。此種方法實際上將目的地址有效的所有信息禎全部進行轉(zhuǎn)發(fā)
,就有可能將有錯誤的禎、有沖突的禎也轉(zhuǎn)發(fā)了出去。相對主干網(wǎng)而言,切入式的方法
適合于工作組級別的集線器。
改進型切入式:
這種方式綜合了以上兩種方式的優(yōu)點。其方法是先保存禎頭的64個字節(jié),如果
禎不正確,則立即丟棄,因為通過禎的頭64個字節(jié)就可以判斷出包的好壞,所以這種方
式是以上兩種方式的折衷。不過,改進型切入式在短禎(一般是控制禎)時與存儲轉(zhuǎn)發(fā)
式相似,在長禎(一般是數(shù)據(jù)禎)時與切入式相似。這是改進型切入式的一個缺點,因
為控制禎一般要求短的延遲,而數(shù)據(jù)禎一般需要好的錯誤校驗。這是一對矛盾。
5、背板體系結(jié)構(gòu)
交換式集線器的背板體系結(jié)構(gòu)定義了如何通過其內(nèi)部的電子線路完成從一個端
口向另一個端口轉(zhuǎn)發(fā)信息禎。背板體系結(jié)構(gòu)對交換式集線器來說至關重要,大多數(shù)情況
下,交換式集線器受到它的背板體系結(jié)構(gòu)的限制。交換式集線器通常有兩種工作方式:
循環(huán)法和優(yōu)先端口服務模式,這兩種方法對應著兩種不同的背板體系結(jié)構(gòu)。
循環(huán)法(或先來先服務)開關體系結(jié)構(gòu)一次服務一對端口。如果端口沒有活
動,則跳過它。此體系結(jié)構(gòu)適用于每個端口的通信量基本相等,而且頻繁使用的交換式
集線器。優(yōu)先端口服務模式引入一種各活動端口爭用總線的原則,這種類型的體系結(jié)構(gòu)
適合于能處理突發(fā)性(burst)通信量的10/100Mbps型交換式集線器,而且一般比循環(huán)
法的體系結(jié)構(gòu)靈活性強。較高檔的交換式集線器可以按照這兩種體系結(jié)構(gòu)進行配制。
6、網(wǎng)絡管理
共享介質(zhì)網(wǎng)絡中,所有網(wǎng)絡端口都可以監(jiān)聽該網(wǎng)絡段上的所有通信,網(wǎng)絡管理
較易實現(xiàn)。而對于交換式以太網(wǎng),由于各網(wǎng)絡交換式集線器要對通信流進行交換,因此
管理就相當復雜。對于交換式集線器的管理方案主要有兩種。一種是將管理的功能納入
到集線器的背板體系結(jié)構(gòu)中,由背板上的功能部件進行信息統(tǒng)計,并將結(jié)果以唯一的以
太網(wǎng)址存儲在管理部件中。查詢可以通過訪問此管理部件來實現(xiàn)。此種方法的缺點是兼
容性太差,不同的廠商有不同的設計模式,通常僅局限于SNMP統(tǒng)計。第二種方法叫作“
端口別名法”,它允許交換式集線器將任何給定的端口“映射”到專用的管理端口上。
該管理端口配備特別的管理終端或Pc,用于收集各種統(tǒng)計信息。此管理方法無具體標準
可循。
當前,許多廠商已采用新的遠程監(jiān)控(RMON)MIB,它允許對交換進行SNMP型端
口順序管理。
7、交換式集線器的其他特點
交換式集線器的特殊點是每端口支持多少網(wǎng)絡地址,由于每一端口都象一個進
行轉(zhuǎn)發(fā)的網(wǎng)橋,所以集線器要保持一張該端口外的所有結(jié)點地址表。這些表可能很長,
要占用大量的存儲器,因此許多廠商只允許每端口有少量的地址。例如,Grand
Junction的FastSwitch 100(現(xiàn)在由Cisco System公司銷售)只支持每個端口一個地
址,即只允許一個結(jié)點連接到該端口上。而Bay Networks 28115和Cisco Catalyst則支
持每端口1024個地址,它們通常用作大的工作組或主干網(wǎng)集線器。當然后者價格要高得
多。
交換式集線器的另外一個特點是可配置性。由于網(wǎng)絡帶寬愈來愈高,因此集線
器的設計要能適合網(wǎng)絡發(fā)展需要的可升級性。例如,100BASE-TX的交換式集線器允許將
快速以太網(wǎng)推廣到5類UTP的工作組中,但對于需要100BASE-T4、100BASE-FX的工作組則
不能方便地連接。解決這個問題有兩種方法,一個是采用帶有介質(zhì)無關性接口(MII)
的端口,另一種方法是將外部收發(fā)器連接到MII端口上來實現(xiàn)與任何類型以太網(wǎng)或快速
以太網(wǎng)傳輸協(xié)議的轉(zhuǎn)換。
8、全雙工原理
目前許多種交換式集線器都支持全雙工的通信方式。常規(guī)的以太網(wǎng)基于共享介
質(zhì),采用半雙工方式。因為,共享介質(zhì)網(wǎng)絡中,一個站發(fā)送數(shù)據(jù)時,其他站點必須監(jiān)
聽。也就是說,信道任何時候只能有一個方向在傳輸數(shù)據(jù),要么發(fā)送,要么接收,絕不
能兼而有之。全雙工方式要求通信的雙方具有點對點的連接。10BASE-T和以太網(wǎng)交換技
術的結(jié)合使得傳輸信道不是由多個用戶共享,而是以點對點方式實現(xiàn)了通信雙方的連
接。從而使得全雙工以太網(wǎng)的實現(xiàn)成為可能。全雙工以太網(wǎng)的實現(xiàn)基于Kalpana方法;
〈1〉一對UTP(或一根光纖)只用以傳送數(shù)據(jù),而另一對UTP線用作接收數(shù)據(jù);
〈2〉不需要載波監(jiān)聽(CRS),因為電纜只為一個結(jié)點接收和發(fā)送數(shù)據(jù);
〈3〉不需要沖突檢測和二進制指數(shù)方式的后退算法,因為不會發(fā)生沖突。
目前,市場上的10Mbps全雙工設備和100BAST-T交換式集線器(如Bay Networks
28115)多采用Kalpana方法。采用全雙工,可以使速率達到200Mbps,點-點距離采用光
纖時可達2km。
9、第三層交換
交換式集線器端口具有網(wǎng)橋功能,可看成是多端口網(wǎng)橋。網(wǎng)橋工作的基本原則
是具有過濾作用,將進入禎的但目標地址不屬于本端口連接的各工作站MAC地址的禎轉(zhuǎn)
發(fā)到其他端口,如果是非法或錯誤的地址,則集線器各端口都會轉(zhuǎn)發(fā)出去,,形成廣播
風暴,這就是spanning tree的協(xié)議。對于擔任網(wǎng)絡主干的100BASE-FL集線器它會消耗過
多的網(wǎng)絡帶寬。為了避免廣播風暴,在100BASE-FL集線器中引入第三層交換(Layer 3
Switching),該交換式集線器除按第二層MAC地址進行交換外,還工作在第三層及網(wǎng)絡
層。對于TCP/IP網(wǎng)絡或INTERNET網(wǎng),應用最為廣泛,第三層交換即為IP交換,即在轉(zhuǎn)發(fā)
信息時對除第二層MAC地址外,還要查看IP地址。對于非法的MAC地址就沒有對應的IP地
址,則不會形成廣播風暴。第三層交換應用于網(wǎng)絡主干的交換式100BASE-FL,對提高
網(wǎng)絡性能有很大好處。但是可以看出,由于IP交換工作在第三層,這樣對100BASE-FL的
交換速度有一些影響,但總體上利大于弊,因此交換式集線器引入第三層交換是一種先
進的思想和技術。Intel公司的Express 100FX Switch具有第三層交換的功能。
三、集線器的類型
1、共享式集線器
1>10Mbps共享式集線器(Ethernet,10BASE-T)
10Mbps共享式集線器是最早出現(xiàn)的,使網(wǎng)絡從扁平方式變?yōu)榻Y(jié)構(gòu)化的系統(tǒng)。它
是連接低速率工作組的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)部件。集線器端口具有中繼放大器的作用,各端口共享
10Mbps,所有端口遵循CSMA/CD(802.3協(xié)議)。10Mbps集線器有獨立式和堆疊式,如12
ports/24ports堆疊式集線器,各模塊之間由擴展電纜相連。
2>100Mbps共享式集線器(Fast Ethernet,100BASE-T)
按照Fast Ethernet的工作原理,此種集線器的端口速率為100Mbps,所有端口
遵循快速以太網(wǎng)協(xié)議即802.3u協(xié)議,網(wǎng)絡端端之間的最長距離為210米。
100Mbps共享式集線器對于輕負荷的高性能工作站是很有用的網(wǎng)絡部件。
2、10Mbps交換式集線器(交換式Ethernet,交換式10BASE-T)
將交換式技術引入10Mbps集線器具有非常深遠的意義,該網(wǎng)絡部件提高了網(wǎng)絡
的整體帶寬。此種集線器每個端口都有專用的10Mbps通道,是過去和現(xiàn)在10Mbps
Ethernet性能遷移(提高到100Mbps)的最經(jīng)濟有效的辦法。
10Mbps交換式集線器經(jīng)常和100Mbps交換式集線器結(jié)合起來使用,以便使多個
集線器能夠級聯(lián)起來而沒有網(wǎng)絡瓶頸。
3、100Mbps交換式集線器及光纖口交換式集線器
100Mbps交換式集線器,是Fast Ethernet和交換技術相結(jié)合,每個端口都提供
專用的100Mbps速率。此種集線器是高性能的網(wǎng)絡部件,經(jīng)常和光纖介質(zhì)結(jié)合起來使用,
作為網(wǎng)絡骨干,典型產(chǎn)品有Bay Model 28115。因為主干網(wǎng)很可能跨越多個子LAN,如果
子LAN的距離大于100米,此時就不能使用UTP。目前FDDI光纖環(huán)網(wǎng)是最常用的技術方案,
不過100 BASE-FX也能提供相似的方案。這兩種技術均可應用于交換式集線器的設計上,
后者形成了100Mbps光纖口交換式集線器,例如Intel Express 510T Switches。
快速以太網(wǎng)光纖集線器含有多個光纖端口,其目標是在校園網(wǎng)級別上優(yōu)化
100Mbps網(wǎng)絡的性能,它適用于地理上較分散的網(wǎng)絡環(huán)境。Intel Express 100FX
Switches就是這種交換式集線器的一個例子。該交換式集線器中具有8個100BASE-FX端
口,它可以使公司或大的企業(yè)的局域網(wǎng)分布更加靈活,運行效率更高。它可以支持八根
光纖同時運行,并且每個連接可達兩公里。此交換式集線器中每個端口采取全雙工的操
作方式。
4、10Mbps/100Mbps自適應交換式集線器
為了解決以太網(wǎng)兩端點速率不匹配的問題,IEEE推出了一個方案——自動協(xié)商
模式(通稱NWay),該模式可以告訴線路一端它的另一端可有的速率,從而使得集線器
或網(wǎng)絡接口卡能夠自動調(diào)節(jié)自己的速率。今天許多10/100Mbps型集線器都有專用的自動
監(jiān)聽模式,如Intel Express 10/100就是一種交換式集線器,它可以工作在10或100Mbps
下,并能自動監(jiān)聽與其相連的結(jié)點的速率。它首先查看100Mbps“快速鏈路脈沖(FLP)"
序列,如果沒有找到,則自動選擇10Mbps的操作。自動協(xié)商模式的應用,使得將網(wǎng)絡升
級為交換式或高速以太網(wǎng)時更加方便,只需要換掉集線器即可完成。
5、10Mbps和100Mbps混合交換式集線器
小型網(wǎng)絡設計中,對于桌面PC大多使用專用10Mbps即10Mbps交換式集線器,然
而網(wǎng)絡服務器是各站點訪問的中心,因此10Mbps經(jīng)常成為網(wǎng)絡的瓶頸。另外,10Mbps交
換式集線器之間的級聯(lián)往往也是系統(tǒng)的瓶頸。因此,在一個交換式集線器中,大多數(shù)端
口為10Mbps,有少量的一個或兩個端口為100Mbps的部件就應運而生了。典型產(chǎn)品如3Com
LinkSwitch 1000。
6、交換式集線器和FDDI相結(jié)合
FDDI是100Mbps技術最成熟的主干網(wǎng)。要求10Mbps交換式集線器能被連入FDDI
環(huán)內(nèi)。該集線器有較多的10Mbps端口,又有能連入FDDI的雙鏈站DAS端口(即有FDDI A口
。ㄖ鞲扇,次環(huán)出)和FDDI B口(主環(huán)出,次環(huán)入))。典型產(chǎn)品如3Com LinkSwitch
1200,這是一個具有6個10Mbps端口和FDDI雙鏈端口的網(wǎng)絡部件。此種集線器為將子網(wǎng)
連接到FDDI主干網(wǎng)提供了方便。
7、交換式集線器與ATM結(jié)合
便于集線器所連接的設備和ATM交換機相連。
8、機箱式組合集線器
該部件有一個機箱和背板。機箱內(nèi)有雙份電源和基本的管理系統(tǒng),還有用于插
接各種擴展模塊的擴展插槽,以便按照用戶的要求進行靈活的配置。擴展模塊為集線器
提供了較強的容錯能力,可擴展性和可升級性。許多廠商提供了名目繁多的網(wǎng)絡模塊,
如令牌環(huán)網(wǎng)模塊、FDDI模塊、ATM模塊及快速以太網(wǎng)模塊,還有堆疊模塊、100BASE-FX
模塊和管理模塊等。為了支持這些模塊x行簡要介紹。
1、Cisco公司
Catalyst 1200是Cisco公司的LAN Switching產(chǎn)品,此種交換式集線器的每個
端口支持多個地址選項,用來連接10BASE-T/10BASE-FL。
Cisco公司的集線器產(chǎn)品不多,他的優(yōu)勢在于路由器,例如Cisco7000、
LAN2LAN/MPR ENTERPRISE、LAN2LAN/MPR REMOTE OFFICE(軟件)都是它的路由器產(chǎn)品。
2、3COM公司
3COM公司網(wǎng)絡產(chǎn)品種類比較齊全,從網(wǎng)卡、集線器到交換式集線器方面的產(chǎn)品
都有。 共享式集線器產(chǎn)品主要有:
LinkBuilder FMS II Mixed-Media MSH,這是一種堆疊式集線器,極
適合工作組和遠程辦公點,此集線器是3COM公司SuperStack系統(tǒng)的一部分;
LinkBuilder TP/8和TP/12集線器為不要求綜合管理能力的小型以太網(wǎng)
提供了一種質(zhì)優(yōu)價廉的解決方案;
Linkswitch 500 Ethernet Switch是面向小型工作組設計的24口交換
式集線器,采用切入式交換模式,每端口支持多地址;
Linkswitch 1200可為工作組和小型工作組客戶服務器提供高速的以
太網(wǎng)交換技術,其FDDI端口可將各10M端口所連工作站接入FDDI主干環(huán)網(wǎng);
Linkswitch 2700是優(yōu)化的以太工作組交換器,以ATM方式連入高速主
干及服務器,是工作組和需要增加帶寬的小型局域網(wǎng)的理想解決方案,將來需要一個高
速的ATM downlink連接到一個ATM校園主干上;
Linkbuilder MSH Linkswitch 1200是具有多種可選模塊的箱式集線
器,可以達到很高的性能,它是為大型的、多用戶協(xié)作網(wǎng)絡設計的。
3、Bay公司
Bay公司的網(wǎng)絡產(chǎn)品非常齊全,主要有集線器、ATM/FDDI/交換式產(chǎn)品。
集線器主要有:
System 800 系列,是10BASE-T產(chǎn)品,用于建立小型以太網(wǎng)或工作組,與非屏
蔽雙絞線連接的Ethernet IEEE 802.3i兼容。
System 2000 系列,包含三種類型的集線器:System 2000 Ethernet Hubs
。2000系列以太集線器),支持網(wǎng)絡管理功能,可以通過連接到一個管理單元中,達
到擴展的目的;System 2000 Token Ring Concentrators{2000系列Token Ring集線
器),支持小型或分支Token Ring網(wǎng),可允許屏蔽或非屏蔽雙絞線連接,與IEEE
802.5 Token Ring訪問方法及物理層協(xié)議兼容;System 2000 FDDI集線器,為中小型
100Mbps FDDI網(wǎng)絡提供一種可管理的,可預配置的平臺,在企業(yè)網(wǎng)中可作為獨立單元
支持FDDI操作。
System 3000 系列,是機箱式集線器,提供了多種模塊(Ethernet、Token
Ring、FDDI)及其相應的管理模塊,是面向高密度、大型的網(wǎng)絡設計的。
System 5000 系列,是多局域網(wǎng)的智能型機箱式集線器,提供完整的網(wǎng)管集
成,網(wǎng)絡配置靈活,具有很高的可靠性。
交換式集線器有:
Distributed 5000交換式集線器用于擴展System 5000的功能到小型網(wǎng)絡中心
站,此種交換式集線器可通過背板總線串行堆疊,Distributed 5000交換式集線器網(wǎng)段
可通過網(wǎng)橋互連擴展網(wǎng)絡。
快速以太網(wǎng)集線器Lattice 28115,用軟件設置端口速率(10/100M),具有兩
個支持UTP或光纖轉(zhuǎn)發(fā)器的端口。
Lattice 28104,是網(wǎng)絡中心快速以太網(wǎng)的主干集線器,具有支持多個全雙工
的100BASE-FX光纖端口,具有兩個支持UTP或光纖轉(zhuǎn)發(fā)器的端口。
另外,還有多種交換式集線器的擴展模塊,如EtherSpeed Switch Module、令
牌環(huán)網(wǎng)交換集線器TokenSpeed Switch Module、ATMspeed/155 Switch Module,它們?yōu)?BR>
交換式集線器提供了很好的可擴充性。
總的說來,Bay公司的交換式集線器中ATM等新技術的含量比較高,具有很好的
性能。
4、Intel公司
Intel公司的產(chǎn)品主要有網(wǎng)卡、交換式集線器、100BASE-T快速以太網(wǎng)產(chǎn)品,它
目前還沒有應用ATM技術,這同Intel公司開發(fā)網(wǎng)絡市場的時間還不長有關系(1990年)
。Intel 100 BASE-TX是一種快速以太網(wǎng)集線器,可靠性高;
Intel Express 100BASE-TX是可堆疊式集線器,它適用于服務器和工作組的環(huán)
境,成本底而且使用靈活;
Intel Express 510T Switches把快速以太網(wǎng)性能擴展到整個工作組,它采用
了自適應技術;
Intel Express 10/100是一個用于向快速以太網(wǎng)升級的底價位10/100Mbps交換
式集線器;
Intel Express 100FX Switches是為校園網(wǎng)設計的交換式集線器;Intel
Express 10 Switch+是為優(yōu)化現(xiàn)有10Mbps的性能設計的網(wǎng)段交換機;
Intel Express 10 Switch是為優(yōu)化現(xiàn)有10Mbps的性能設計的桌面臺式交換機
。Intel公司的產(chǎn)品的性能和可靠性較高,當前他們也正在進行ATM網(wǎng)絡產(chǎn)品的開發(fā)。
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