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迈森关于工业交换机常识的简介

供稿:北京迈森科技有限公司 2018/1/2 13:50:17
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工业交换机定义:

交换机英文名称为Switch,也称为交换式集线器,交换机是构建网络平台的“基石”,又称网络开关它是一种基于MAC地址(网卡的硬件标志)识别,能够在通信系统中完成信息交换功能的设备。其工作原理可以简单地描述为“存储转发”四个字。因为交换机支持“全双工”模式,所以B在接收A发送数据的同时,还可以向A或其他的计算机发送数据。如果在MAC地址中没有B的地址信息,那么交换机可以通过“MAC地址学习”功能将连接到自身的B计算机MAC地址记住,形成一个节点与MAC地址的对应表。

交换机的类型

交换机类型的了解是交换机的基本知识,必须掌握。

交换机有多种分类方式:

从网络覆盖范围划分交换机可以分为以下两类:广域网交换机和局域网交换机

   根据传输介质和传输速度分:以太网交换机、快速以太网交换机、千兆以太网交换机、10千兆以太网交换机、ATM交换机、FDDI交换机和令牌环交换机。

   根据交换机端口结构划分固定端口交换机和模块化交换机。

  根据工作协议层划分第二层交换机、第三层交换机和第四层交换机

   根据是否支持网管功能划分网管型交换机和非网管理型交换机

交换机的应用

作为局域网的主要连接设备,交换机成为应用普及最快的网络设备之一。随着交换技术的不断发展,交换机的价格急剧下降,交换机的普及度进一步增加。

如果你的以太网络上拥有大量的用户、繁忙的应用程序和各式各样的服务器,而且你还未对网络结构做出任何调整,那么整个网络的性能可能会非常低。解决方法之一是在以太网上添加一个100Mbps/1000Mbps的交换机。

如果网络的利用率超过了40%,并且碰撞率大于10%,交换机可以帮你解决一点问题。带有100Mbps快速以太网的交换机可以全双工方式运行,可以建立起专用的200Mbps连接。

不仅不同网络环境下交换机的作用各不相同,在同一网络环境下添加新的交换机和增加现有交换机的交换端口对网络的影响也不尽相同。充分了解和掌握网络的流量模式是能否发挥交换机作用的一个非常重要的因素。因为使用交换机的目的就是尽可能的减少和过滤网络中的数据流量,所以如果网络中的某台交换机由于安装位置设置不当,几乎需要转发接收到的所有数据包的话,交换机就无法发挥其优化网络性能的作用,反而降低了数据的传输速度,增加了网络延迟。

除安装位置之外,如果在那些负载较小,信息量较低的网络中也盲目添加交换机的话,同样也可能起到负面影响。受数据包的处理时间、交换机的缓冲区大小以及需要重新生成新数据包等因素的影响,在这种情况下使用简单的HUB要比交换机更为理想。因此,我们不能一概认为交换机就比HUB有优势,尤其当用户的网络并不拥挤,尚有很大的可利用空间时,使用HUB更能够充分利用网络的现有资源。

交换机的交换方式

交换机有3种交换方式:

1. 直通式(Cut Through)

直通式的交换机可以理解为在各端口间是纵横交叉的线路矩阵电话交换机。它在输入端口检测到一个数据包时,检查该包的包头,获取包的目的地址,启动内部的动态查找表转换成相应的输出端口,在输入与输出交叉处接通,把数据包直通到相应的端口,实现交换功能。由于不需要存储,延迟非常小、交换非常快,这是它的优点。它的缺点是,因为数据包内容并没有被以太网交换机保存下来,所以无法检查所传送的数据包是否有误,不能提供错误检测能力。由于没有缓存,不能将具有不同速率的输入/输出端口直接接通,而且容易丢包。

2.存储转发(Store & Forward)

存储转发方式是计算机网络领域应用最为广泛的方式。它把输入端口的数据包先存储起来,然后进行CRC(循环冗余码校验)检查,在对错误包处理后才取出数据包的目的地址,通过查找表转换成输出端口送出包。正因如此,交换机存储转发方式在数据处理时延时大,这是它的不足,但是它可以对进入交换机的数据包进行错误检测,有效地改善网络性能。尤其重要的是它可以支持不同速度的端口间的转换,保持高速端口与低速端口间的协同工作。

3.碎片隔离(Fragment Free)

这是介于前两者之间的一种解决方案。交换机检查数据包的长度是否够64个字节,如果小于64字节,说明是假包,则丢弃该包;如果大于64字节,则发送该包。这种方式也不提供数据校验。它的数据处理速度比存储转发方式快,但比直通式慢。

交换机相关术语

1. 交换机

交换机是用来实现交换式网络的设备,在ISO的OSI模型中,它是位于第二层——数据链路层的设备,能对帧进行操作,是一种智能型设备。

2. IEEE 802.3

以太网标准

3. IEEE 802.3u

快速以太网标准

4. IEEE 802.3ab

千兆以太网(非屏蔽双绞线)标准

5. IEEE 802.3z

千兆以太网(光纤、铜缆)标准

6. IEEE 802.3x

流量控制标准

7. IEEE 802.1X

基于端口的访问控制标准

8. IEEE 802.1q

VLAN标准

9. IEEE 802.1p

流量优先权控制标准

10. IEEE 802.1d

生成树协议

11. 数据链路层

位于ISO/OSI参考模型第二层,负责在节点间的线路上通过检测、流量控制和重发等一系列手段无差错的传送一帧为单位的数据,使得从它的上一层(网络层)看起来是一条无差错的链路。

12. 全、半双工

在网络中,全双工是指接收与发送采用两个相互独立的通道,可同时进行,互不干扰。而半双工则是接收与发送共用一个通道,同一时刻只能发送或只能接收,所以半双工可能会产生冲突。我们所说的交换机是个全双工设备,而集线器是半双工设备。

13. MAC地址

MAC地址就是在媒体接入层使用的地址,通俗点说就是网卡(局域网节点)的物理地址。在网络底层的物理传输过程中,是通过物理地址来识别主机(局域网节点)的,它一般也是全球唯一的。现在的MAC地址一般都采用6字节48位。

14. IP地址

IP地址就是给每个连接在Internet上的主机分配的一个32bit地址。通过IP地址就可以访问到每一台主机。

15. 自适应/自协商(Auto-Negotiation)

Auto-Negotiation标准使交换器按照以下顺序适应工作速率和工作模式:100M 全双工,100M半双工,10M全双工,10M半双工。

16. 全双工流量控制

遵循IEEE 802.3x标准,当网络拥塞时,网络设备利用预定义的Pause帧进行流控。

17. 半双工流量控制(背压技术Backpressure)

基于IEEE802.3x标准,当处理器发现缓冲器将要填满时,就向源发站发出一个假冲突信号,使之延迟一个随机时间,然后继续发送。能够缓解和消除拥塞。

18. 线速

交换机转发数据的理论最大值。

19. 广播风暴控制

网络上的广播帧(由于被转发)数量急剧增加而影响正常的网络通讯的反常现象,广播风暴会占用相当客观的网络带宽,造成整个网络无法正常工作。广播风暴控制是允许端口对网络上出现的广播风暴进行过滤。开启广播风暴控制后,当端口收到的广播帧累计到预定门限值时,端口将自动丢弃收到的广播帧。当未启用该功能或广播帧未累计到门限时,广播帧将被正常广播到交换机的其它端口。

20. TRUNK(端口汇聚)

通常被用于将多个端口聚合在一起,从而形成一个高带宽的数据传输通道。交换机把聚集在一起的所有端口看作一个逻辑端口。

21. VLAN(Virtual Local Area Network,虚拟局域网)

是由一组终端工作站组成的广播域,处于同一VLAN的主机(交换机端口)才能互相通信,它不需要考虑具体布线结构就可以建立逻辑工作组。配置灵活,增加系统的安全性。

22. Port VLAN

基于端口的VLAN,处于同一VLAN端口之间才能相互通信。

23. Tag VLAN

基于IEEE 802.1Q,用VID来划分不同的VLAN。

24. VID(VLAN ID)

VLAN的标识符,用于表示某个Tag VLAN。

25. MTU VLAN

在交换机的VLAN设置时,将每个用户所占用的端口与上行端口划分为一个单独的VLAN。

26. MAC地址老化时间

交换机中各端口具有自动学习地址的功能,通过端口发送和接收的帧的源地址(源MAC地址、交换机端口号)将存储到地址表中。老化时间是一个影响交换机学习进程的参数。从一个地址记录加入地址表以后开始计时,如果在老化时间内各端口未收到源地址为该MAC地址的帧,那么,这些地址将从动态转发地址表(由源MAC地址、目的MAC地址和它们相对应的交换机的端口号)中被删除。静态MAC地址表不受地址老化时间影响。

27. 静态地址表

静态MAC地址区别与一般的由学习得到的动态MAC地址。静态地址一旦被加入,该地址在删除之前将一直有效,不受最大老化时间的限制。静态地址表记录了端口的静态地址。静态地址表中一个MAC地址对应一个端口,如果设置,则所有发给这个地址的数据只会转发给该端口。也成为MAC地址绑定。

28. SNMP

简单网络管理协议(Simple Network Management Protocol,简写为SNMP)是OSI第7层(应用层)的协议,用于远程监视和配置网络设备。SNMP使得网管工作站能够读取并修改网关、路由器、交换机,以及其他网络设备的设置值。

29. IGMP(Internet Group Management Protocol)

IP通过使用交换机、组播路由器、支持IGMP的主机来管理组播通信。一组主机、路由器(或交换机)与属于同一个组播组的成员交流组播数据流。并且在这个组的所有设备使用同一个组播组地址。IGMP Snooping技术针对视频点播等应用,大幅提高网络利用率。在网络中,当为各种各样的多媒体应用进行IP组播通信时,您可以通过在交换机每个端口上设置IGMP来减少不必要的带宽使用。

30. IEEE 802.1D/STP

IEEE 802.1D 生成树协议(Spanning Tree Protocol)检测到网络上存在环路时,自动断开环路连接。当交换机间存在多条连接时,将只启动最主要的一条连接,而将其他连接都阻塞掉,将这些连接变为备用连接。当主连接出现问题时,生成树协议将自动起用备用连接接替主连接的工作,不需要任何人工干预。

31. IEEE 802.1X认证协议

基于端口的访问控制协议(Port Base Network Access Control Protocol)。该协议体系结构分为三部分:客户端、认证系统、认证服务器。我司网管型交换机内置802.1x认证系统和RADIUS客户端,为用户提供先进的计费方案。

32.包转发率

是指交换机转发数据包的速度,单位一般为pps(包每秒),一般交换机的包转发率在几十kpps到几百kpps不等,包转发率越大网速越快。全双工与半双工以及端口不同传输速率的包转发率都是不同的。

33.背板带宽

是指交换机接口处理器和数据总线之间所能吞吐的最大数据量,背板带宽越宽越好,它是衡量交换机数据处理能力的关键指标之一。目前,一般5口和8口交换机的背板带宽在1Gbps~3.2Gbps之间,专业交换机的背板带宽更高,比如一般的千兆交换机背板带宽可以达到8.8Gbps。

34.VLAN

全称Virtual Local Area Network(虚拟局域网),通过交换机的VLAN功能可以将局域网设备从逻辑上划分成一个个网段(或者说是更小的局域网),从而实现虚拟工作组的数据交换技术。通过VLAN还可以防止局域网产生广播效应,加强网段之间的管理和安全性。

35.堆叠

是指通过专用的连接电缆将两台或多台交换机相互连接起来,比如要连接两台交换机,可以从一台堆叠交换机的UP堆叠端口直接连接到另一台堆叠交换机的DOWN堆叠端口,以实现单台交换机端口数的扩充。

北京简介:

北京迈森科技有限公司是一家集自主研发、销售集成业务、服务为一体的高新技术企业,总部及研发基地设立于风景秀丽的北京市海淀区高新技术开发区,“中关村生命科学园”。公司销售网络覆盖全国,技术和研发实力雄厚,被政府认定为“高新技术企业”。

迈森业务涉及工业以太网通信、工业现场总线传输、工业光纤接入、工业电脑及电量管理系统等专业领域,主要产品均具有独立的知识专权,获得CE、FCC、ROHS、IEC61850等多项国际认证和电力行业EMC电磁兼容等各种行业标准认证,并通过国网电力科学研究院A类认证测试等众多国内专业机构组织的技术测试及认证,满足智能电网、煤矿安全、轨道交通等各种行业标准要求。

北京迈森工业交换机产品展示:

MS8M系列百兆网管型导轨式工业级以太网交换机,满足IEC61850-3标准,最多支持8个百兆口(最多支持4个光口)。

MS26AC系列百兆非网管型机架式工业级以太网交换机,最多支持24百兆电口和2个百兆光口,配置简洁。

更多内容请访问 北京迈森科技有限公司(http://c.gongkong.com/?cid=56343)

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