交換機(jī)的交換結(jié)構(gòu)及交換模式

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1、<培訓(xùn)課三>交換機(jī)的交換結(jié)構(gòu)及交換模式一、交換機(jī)的交換結(jié)構(gòu)交換機(jī)的交換結(jié)構(gòu)主要有四種，它們分別是軟件執(zhí)行交換結(jié)構(gòu)、矩陣交換結(jié)構(gòu)、總線交換結(jié)構(gòu)和共享存儲(chǔ)交換結(jié)構(gòu)。1軟件執(zhí)行交換結(jié)構(gòu)交換機(jī)接收到數(shù)據(jù)幀后，先將其由串行代碼轉(zhuǎn)化為并行代碼，暫時(shí)存儲(chǔ)在交換機(jī)的快速緩存RAM中，交換機(jī)的CPU開始根據(jù)數(shù)據(jù)幀中的目的MAC地址進(jìn)行查詢交換表。確定了目的端口后，交換機(jī)在源端口與目的端口之間建立起虛連接，然后將以并行代碼形式存儲(chǔ)在RAM中的數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)化為串行代碼，發(fā)送到目的端口。上述的步驟都是由軟件控制完成的。軟件執(zhí)行交換結(jié)構(gòu)如圖6-10所示。2矩陣交換結(jié)構(gòu)(Crossba

2、r)在矩陣交換結(jié)構(gòu)中，交換機(jī)確定了目的端口后，根據(jù)源端口與目的端口打開交換矩陣中相應(yīng)的開關(guān)，在兩個(gè)端口之間建立連接，通過建立的這個(gè)傳輸通道來完成數(shù)據(jù)幀的傳輸。它的優(yōu)點(diǎn)是交換速率快、時(shí)延小、易于實(shí)現(xiàn)；缺點(diǎn)是擴(kuò)展與可管理性較差。圖6-11為矩陣交換結(jié)構(gòu)圖。圖6-10軟件執(zhí)行結(jié)構(gòu)圖6-11矩陣交換結(jié)構(gòu)3總線交換結(jié)構(gòu)總線交換結(jié)構(gòu)的交換機(jī)擁有一條很高帶寬的背部總線。交換機(jī)的所有的端口都掛接在這條背部總線上，總線按時(shí)隙分為多條邏輯通道，各個(gè)端口都可以往該總線上發(fā)送數(shù)據(jù)幀，這些數(shù)據(jù)幀都按時(shí)隙在總線上傳輸，并從各自的目的端口中輸出數(shù)據(jù)幀。總線交換結(jié)構(gòu)對(duì)總線的帶寬有較高的

3、要求，設(shè)交換機(jī)的端口數(shù)為M，每個(gè)端口的帶寬為N，則總線的帶寬應(yīng)為M×N?？偩€交換結(jié)構(gòu)擴(kuò)展性和管理性好，易實(shí)現(xiàn)幀的廣播和多個(gè)輸入對(duì)一個(gè)輸出的幀傳送。圖6-12為總線交換結(jié)構(gòu)圖。圖6-12總線交換結(jié)構(gòu)4共享存儲(chǔ)交換結(jié)構(gòu)共享存儲(chǔ)交換結(jié)構(gòu)將共享存儲(chǔ)RAM代替了總線交換結(jié)構(gòu)中的總線，數(shù)據(jù)幀通過共享存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)從源端口直接傳送到目的端口，它是總線交換結(jié)構(gòu)的改進(jìn)。圖6-13為共享存儲(chǔ)交換結(jié)構(gòu)圖。圖6-13共享存儲(chǔ)交換結(jié)構(gòu)共享存儲(chǔ)交換結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、易于實(shí)現(xiàn)；它的缺點(diǎn)是當(dāng)交換機(jī)的端口數(shù)量不斷增加，存儲(chǔ)容量不斷擴(kuò)大的同時(shí)，數(shù)據(jù)交換的時(shí)延也會(huì)越來越大。而且共享存儲(chǔ)交換結(jié)

4、構(gòu)的成本比較高。二、交換機(jī)的交換模式交換機(jī)的交換方式包括靜態(tài)交換和動(dòng)態(tài)交換兩種。靜態(tài)交換是由人工來完成端口之間傳輸通道的建立，如果沒有人工的更改，這些通道是固定不變的；動(dòng)態(tài)交換是通過對(duì)目的MAC地址的查詢而得到的輸出端口來臨時(shí)建立傳輸通道的，這個(gè)傳輸通道在數(shù)據(jù)幀傳送完成后自動(dòng)斷開。目前，交換機(jī)最常采用的交換方式是動(dòng)態(tài)交換方式。動(dòng)態(tài)交換模式主要有：快速轉(zhuǎn)發(fā)、碎片丟棄和存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)三種模式。1快速轉(zhuǎn)發(fā)交換模式(cut-through)快速轉(zhuǎn)發(fā)交換模式是指交換機(jī)在接收數(shù)據(jù)幀時(shí)，一旦檢測到6個(gè)字節(jié)，目的地址就立即進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)操作。由于數(shù)據(jù)幀在進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)處理僅是幀中的MAC

5、地址部被復(fù)制到緩沖區(qū)，這時(shí)它并不是一個(gè)完整的幀，因此這個(gè)數(shù)據(jù)幀將無法經(jīng)過校驗(yàn)、糾錯(cuò)，即被直接轉(zhuǎn)發(fā)，即使是有錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)幀，仍然被轉(zhuǎn)發(fā)到網(wǎng)絡(luò)上。BNT的萬兆交換機(jī)采用的是此種交換模式?？焖俎D(zhuǎn)發(fā)交換模式的優(yōu)點(diǎn)在于端口交換時(shí)延小，交換速度快；缺點(diǎn)是可靠性較差，因此它適合于小型的交換機(jī)。2碎片丟棄交換模式(fragmentfree)碎片丟棄交換模式也被稱為自由分段模式或是碎片隔離交換模式。交換機(jī)接收到數(shù)據(jù)幀時(shí)，先檢測該數(shù)據(jù)幀是不是沖突碎片，如果不是沖突碎片，也不保存整個(gè)數(shù)據(jù)幀，而是在接收了它的目的地址就直接進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)操作；如果該數(shù)據(jù)幀是沖突碎片，則直接將該幀丟棄。沖

6、突碎片是因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)沖突而受損的數(shù)據(jù)幀碎片，其特征是長度小于64字節(jié)，它不是有效的數(shù)據(jù)幀，應(yīng)該被丟棄。因此，交換機(jī)檢測該數(shù)據(jù)幀是否沖突碎片，是通過判斷這個(gè)數(shù)據(jù)幀的長度是否達(dá)到64字節(jié)，小于64字節(jié)的數(shù)據(jù)幀都將被視為沖突碎片，而等于或大于64字節(jié)的數(shù)據(jù)幀都被視為有效幀。碎片丟棄交換模式過濾掉了沖突碎片，提高了網(wǎng)絡(luò)傳速的效率和帶寬的利用率。3存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換模式(storeandforward)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)模式與前兩種轉(zhuǎn)發(fā)模式最大的不同在于：它將接收到的整個(gè)數(shù)據(jù)幀保存在緩沖區(qū)中。它把數(shù)據(jù)幀先存儲(chǔ)起來，然后進(jìn)行循環(huán)冗余碼校驗(yàn)檢查，在對(duì)錯(cuò)誤幀進(jìn)行處理后，才取出數(shù)據(jù)幀的目的地

7、址，進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)操作。存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式的不足之處在于其進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的延時(shí)大。但是它的優(yōu)點(diǎn)是可以對(duì)進(jìn)行交換機(jī)的數(shù)據(jù)幀進(jìn)行錯(cuò)誤檢測，有效地改善網(wǎng)絡(luò)性能，同時(shí)它可以支持不同速度的端口間的轉(zhuǎn)換，保持高速端口與低速端口間的協(xié)同工作。因此，存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的方式，另外現(xiàn)在交換機(jī)的處理能力、緩存已大大改進(jìn)，所以存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換模式應(yīng)用以成為主流模式?！攸c(diǎn)提示：交換機(jī)的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)發(fā)交換模式主要包括：快速轉(zhuǎn)發(fā)交換模式、碎片丟棄交換模式、存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換模式。前兩種交換模式的交換機(jī)在接收到數(shù)據(jù)幀后，僅將數(shù)據(jù)幀中的目的MAC地址復(fù)制到緩沖區(qū)內(nèi)即進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)；存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換模式

8、要求交換機(jī)將整個(gè)數(shù)據(jù)幀保存到緩沖區(qū)中，再進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)處理。BNT的千兆交換機(jī)如G80