2024-08-27
以太網網絡使用不同的網絡硬件來確保設備的連接性。因此，以太網交換機是其中最重要的設備。此交換機非常有效地使用硬件地址來連接設備，因此它被認為(wei) 是網絡的大腦。目前在計算機網絡或數據中心中，這些交換機的重要性一直在增加，因此這些交換機的設計具有不同的配置和規格。這些交換機根據設計、架構、功能、端口等不同因素進行區分。
一、什麽(me) 是以太網交換機：
用於(yu) 將筆記本電腦、計算機、服務器、打印機和路由器等有線設備連接到 LAN 或局域網的交換機稱為(wei) 以太網交換機。此開關(guan) 允許連接到網絡的各種設備進行數據交換和相互通信。
多個(ge) 以太網交換機端口使各種設備之間的訪問和連接更加順暢。此交換機創建網絡並利用許多端口在局域網內(nei) 的不同設備之間進行通信。
以太網交換機與(yu) 路由器相比有所不同，因為(wei) 它連接網絡並僅(jin) 使用單個(ge) LAN和WAN端口，而集線器則與(yu) 以太網交換機相關(guan) ，其中連接在局域網上的設備將通過多個(ge) 端口連接到它們(men) 。但這兩(liang) 者之間的主要區別在於(yu) ;集線器在端口之間均勻傳(chuan) 輸帶寬，而以太網交換機可以為(wei) 某些端口提供更多帶寬，而不會(hui) 破壞網絡性能。每當網絡上的各種設備處於(yu) 活動狀態時，以太網交換機就會(hui) 提供更強大的性能。
二、以太網交換機的特征：
以太網交換機的功能包括以下內(nei) 容。
1．以太網交換機在 OSI 模型的數據鏈路層/第 2 層運行。
2．它具有更多的端口。
3．該交換機是一種智能網絡設備，可以認為(wei) 是多端口網絡橋。
4．此交換機使用 MAC（介質訪問控製層）將數據包傳(chuan) 輸到首選端口。
5．它利用數據包交換方法將數據包從(cong) 源轉發和獲取到目標設備。
6．它支持單播、多播和廣播通信。
7．此處使用的傳(chuan) 輸方式是全雙工。
8．這些交換機被稱為(wei) 主動設備，因為(wei) 它們(men) 配備了網絡管理和網絡軟件的功能。
9．在將數據發送到目標端口之前，這些開關(guan) 會(hui) 執行一些錯誤檢查。
三、以太網交換機架構：
我們(men) 知道以太網交換機主要用於(yu) 形成計算機的網絡和其他設備。這些交換機主要由網絡工程師用於(yu) 從(cong) 一個(ge) 設備連接到另一個(ge) 設備。以太網交換機架構中的主要組件包括CPU、複製引擎、轉發引擎、交換機結構、控製器和緩衝(chong) 區。
1．中央處理器：
交換機中的 CPU 負責處理設備上的所有基本指令。CPU 類似於(yu) 您的大腦負責通過身體(ti) 傳(chuan) 輸信號以執行不同的事情。同樣，CPU 的工作原理類似於(yu) 以太網交換機的大腦。
2．複製引擎：
以太網交換機內(nei) 的複製引擎的任務是複製數據包並將它們(men) 傳(chuan) 輸到他們(men) 選擇的目的地。在目前的組織中，僅(jin) 將數據包發送到網絡中的多個(ge) 目的地變得越來越普遍。
這通過一次性傳(chuan) 輸重複的數據包來保持數據在整個(ge) 網絡中快速有效地流動，而不是將單個(ge) 獨特的數據包傳(chuan) 輸到單個(ge) 目的地，然後再將其傳(chuan) 輸到下一個(ge) 目的地。
3．轉發引擎：
這個(ge) 交換機的轉發引擎是負責在設備上做出所有路由和切換決(jue) 策的主要組件。為(wei) 此，轉發引擎包括將數據包傳(chuan) 輸到合適目的地的查找表。每個(ge) 數據包都包含如源和目標數據包地址的信息。轉發引擎簡單地讀取數據包上的目的地地址，然後，它相應地在那裏傳(chuan) 輸。
4．交換矩陣：
交換矩陣主概念可能相當困難，因為(wei) 它涉及一些困難的主題。基本上，開關(guan) 布包括硬件和軟件，其中包含在網絡節點中的開關(guan) 單元，而軟件是控製開關(guan) 通道所必需的。交換機結構被用作隱喻來解釋交換路徑和端口之間的關(guan) 係。
5．VOQ：
Virtual Output Queues 是一個(ge) 極高速的內(nei) 存模塊，用於(yu) 在芯片內(nei) 執行幀隊列。在這裏，需要 Queueing 來檢查結構是否在出站方式中未超限。此外，從(cong) 交換矩陣到達的數據包不應使 MAC 接口溢出。
6．10G MAC：
以太網端口中的 10G 媒體(ti) 訪問控製提供高達每秒 100 億(yi) 比特的數據速度。
四、以太網交換機如何工作：
以太網交換機的工作原理是學習(xi) 連接到它的每台設備的地址和 MAC（媒體(ti) 訪問控製）地址。然後，它使用此信息來決(jue) 定應將數據包發送到何處。例如，如果一個(ge) 用戶向同一交換機上的另一個(ge) 用戶發送數據，則交換機將知道他們(men) 的計算機在哪裏，並將數據包直接發送到那裏，而不是沿著環繞建築物的長電纜路徑發送數據包，直到到達目的地。通過減少網絡流量並提高性能，交換機有助於(yu) 保持網絡平穩高效地運行。
它的功能類似於(yu) 集線器，但它比集線器具有更高的智能和更高的性能。與(yu) 使用碰撞來確定何時應發送數據的集線器不同，交換機使用去衝(chong) 突。交換機還具有存儲(chu) 和轉發幀的能力，因此即使網段上沒有空閑端口，它們(men) 也可以發送數據。這意味著，如果一台計算機向同一網段上的另一台計算機發送數據包，並且沒有可用的端口供交換機發送該數據包，則交換機將保留它，直到有可用端口或直到指定的超時期限已過;在任何一種情況下，它都會(hui) 嚐試尋找另一個(ge) 端口來發送數據包。當數據包到達 input 端口（或端口）時，會(hui) 將其與(yu) 存儲(chu) 在內(nei) 存中的查找表進行比較，並相應地將數據發送到相應的端口。
為(wei) 此，它會(hui) 讀取 ethernet 標頭的 EtherType 字段。Ethernet 標頭中的 Ether type 字段用於(yu) 指示負載的協議類型。以太網交換機使用此字段來確定是否應轉發或丟(diu) 棄數據包。例如，IPv4 數據包的 EtherType 字段設置為(wei) 0x0800，因此所有交換機都會(hui) 丟(diu) 棄 EtherType 不是 0x0800 的數據包。
交換機將丟(diu) 棄目標 MAC 地址與(yu) 其自己的 MAC 地址不匹配的所有數據包。交換機還應配置生成樹協議 （STP） 端口優(you) 先級和路徑開銷值，以便它僅(jin) 通過 STP 正確配置的端口轉發幀。
如果交換機收到多個(ge) 發往同一端口的幀，則必須使用某種機製來解決(jue) 衝(chong) 突。為(wei) 了減少衝(chong) 突，大多數以太網交換機在共享媒體(ti) 段上傳(chuan) 輸數據時使用 CSMA/CD 協議。
它使用 CSMA/CD（帶衝(chong) 突檢測的載波偵(zhen) 聽多址訪問）協議來確定何時傳(chuan) 輸數據。
CSMA/CD 是一種協議，用於(yu) 在多個(ge) 站點之間共享單個(ge) 通信通道，以便所有站點都有平等的機會(hui) 傳(chuan) 輸數據。當工作站想要發送數據時，它首先偵(zhen) 聽網線上的任何其他流量。如果沒有其他流量，則 station 會(hui) 發送其數據。如果工作站檢測到另一次傳(chuan) 輸，它將等到另一次傳(chuan) 輸完成，然後再嚐試發送自己的數據。
當兩(liang) 個(ge) 工作站嚐試同時發送數據時，它們(men) 被稱為(wei) 衝(chong) 突。每個(ge) 工作站都會(hui) 收到一條錯誤消息，指示它們(men) 已發生碰撞，應稍後重試發送其數據。
以太網交換機和集線器之間的主要區別在於(yu) ，以太網交換機隻能將數據包發送到預期接收者所在的端口，而集線器會(hui) 將所有數據包轉發到除接收數據包的端口之外的每個(ge) 端口。
五、以太網交換機的類型：
1．被動矩陣網絡交換機：被動矩陣交換機使用矽二極管陣列來確定哪個(ge) 端口應接收每個(ge) 傳(chuan) 入幀。這使得它們(men) 比有源矩陣開關(guan) 更便宜，但對於(yu) 大多數應用來說仍然足夠快。
2．有源矩陣網絡交換機：有源矩陣交換機使用晶體(ti) 管而不是二極管作為(wei) 其開關(guan) 元件。這使它們(men) 更加節能，並且還使它們(men) 能夠處理比無源矩陣開關(guan) 所能支持的速度高得多的速度
六、以太網交換機端口：
以太網交換機端口用於(yu) 將網絡設備連接到交換機。這些端口具有物理開口，用於(yu) 插入用於(yu) 連接各種設備的數據線。這些端口的分類可以根據不同的因素進行，如下所示。
基於(yu) 架構：以太網交換機端口根據架構進行分類。
1．Access Port：此端口是以太網交換機上的一種連接類型，用於(yu) 從(cong) 確切的 VLAN 傳(chuan) 輸數據或將數據傳(chuan) 輸到確切的 VLAN。此端口有助於(yu) 將交換機連接到不同的主機設備，如打印機、台式機、筆記本電腦等。
2．中繼端口：交換機上的中繼端口用於(yu) 從(cong) 多個(ge) VLAN傳(chuan) 輸數據。此端口在將交換機連接到其他交換機、服務器、路由器等時非常有用。
3混合端口：此交換機中的混合端口用於(yu) 與(yu) 一個(ge) 或多個(ge) VLAN 之間傳(chuan) 輸數據。此端口用於(yu) 連接不同的網絡設備以及用戶設備。這個(ge) 端口簡單地支持來自虛擬局域網的標記和未標記的幀。此端口還同時從(cong) VLAN 獲取幀。
基於(yu) 功能：以太網交換機端口根據功能進行分類。
1．組合端口：組合端口是一個(ge) 複合端口，它通過相似的端口號和交換機結構支持兩(liang) 個(ge) 不同的物理端口，盡管這兩(liang) 個(ge) 端口不能同時使用。此端口對於(yu) 根據應用程序的要求配置交換機非常有用。
2．堆棧端口：這是一種特殊端口，用於(yu) 連接另一個(ge) 相同型號、軟件版本和品牌的可堆疊交換機，通過相當於(yu) 組合交換機數量的端口容量作為(wei) 單個(ge) 可堆疊交換機運行。此端口有助於(yu) 建立非常遠的距離連接。
3．PoE 端口：在 PoE 端口中，術語 PoE 代表以太網供電。這個(ge) 端口隻允許一根網線同時傳(chuan) 輸電源和數據。這個(ge) 端口用於(yu) 不同的設備，如IP安全攝像頭或無線網絡中繼器，這些設備使用單一的以太網電纜進行數據、語音和電源。
以設計為(wei) 基礎：以太網交換機端口進行分類。
1．RJ45 端口：RJ45 或注冊(ce) 插孔 45 端口用於(yu) 在需要以太網聯網的地方通過其他設備進行通信。該端口支持高達 100 Mbps 的速度，用於(yu) LAN、桌麵交換機的上行鏈路、數據中心的服務器交換等。
2．SFP 端口：網絡設備上的 SFP 端口或小型可插拔端口是連接 SFP 收發器的插槽。它允許千兆交換機連接到各種以太網和光纖電纜，以擴展通過網絡切換的功能。此端口支持高達 1 Gbps 的速度。
3．SFP+ 端口：SFP 端口的高級版本是 SFP+ 端口，它以 10 Gbps 的速度保持高數據速率。SFP+ 收發器無法插入 SFP 端口，因為(wei) SFP+ 不支持低於(yu) 1Gbps 的速度。
4．SFP28 端口：SFP+ 端口的增強版是 SFP28 端口，主要用於(yu) 傳(chuan) 輸 25G 信號。該端口還支持高達 25 Gbps 的速度，也用於(yu) 升級網絡。
5．QSFP+ 端口：QSFP+ 端口或四通道小型端口主要包括四個(ge) 通道，用於(yu) 為(wei) 相應的 SFP 提供四倍速度的支持。此端口支持高達 40 Gbps 的速度。此端口包括一個(ge) 4 通道 10 Gbps SFP+ 接口
6．QSFP28 端口：四個(ge) 小型 28 端口（QSFP28 端口）包括四個(ge) 通道，支持速度是相應 SFP 的四倍。此端口支持高達 100 Gbps 的速度。它包括 25 Gbps 4 通道 SFP28 接口。
七、以太網交換機的類型：
以太網交換機有管理型和非管理型交換機兩(liang) 種類型，下麵將討論。
1．管理型交換機：
管理型交換機提供至少 100 到 1000 個(ge) 配置選項，這些選項對於(yu) 公司 LAN 非常有用，範圍從(cong) 中型到大型。這種以太網交換機在網絡上擁有完整的控製權，可以安排以太網的每個(ge) 端口。此外，這有助於(yu) 通過千兆位或 10 Gb 鏈路在網絡上實現最高效率。這些類型的開關(guan) 允許操作員在網絡中包含新設備時安排自定義(yi) 的安全策略進行授權和認證。
2．非管理型交換機：
無人值守交換機是即插即用設備，需要在以太網電纜之外進行特殊安裝。它的安排主要取決(jue) 於(yu) 以太網設備之間的自動協商，這有助於(yu) 允許它們(men) 之間的通信。
此外，這個(ge) 交換機就像一個(ge) 端口倍增器，可以自動識別適當的數據速率，並在半雙工和全雙工模式之間切換。
這些開關(guan) 可以通過操作員物理更改來訪問，這些開關(guan) 提供了基本的網絡訪問功能，無需定製。但是，這些類型的交換機並不像管理交換機那樣提供安全性和靈活性。
八、以太網交換機與(yu) 路由器的區別：
以太網交換機和路由器之間的區別包括以下內(nei) 容。
此交換機無法實現 NAT（網絡地址轉換）。
1． 以太網交換機：
以太網交換機用於(yu) 連接網絡內(nei) 的多個(ge) 聯網設備。
開關(guan) 適用於(yu) OSI 模型的第二層，即數據鏈路層。
交換機包括不同的端口，如 8、16、24、48 和 64。
它用於(yu) 局域網。
它隻提供端口安全性。
在做出複雜的路由決(jue) 策時，交換機需要更多時間。
這些被稱為(wei) 半智能設備。
它以幀（用於(yu) L2 交換機）和數據包（用於(yu) L3 交換機）的形式將信息從(cong) 一個(ge) 設備發送到另一個(ge) 設備。
這些開關(guan) 可在任何傳(chuan) 輸模式下工作，例如全雙工或半雙工。
交換機通過有線網絡工作。
交換機中使用內(nei) 容可尋址內(nei) 存（CAM）表作為(wei) 源和目標MAC地址。
路由器可以通過有線和無線網絡工作。
2．路由器：
路由器用於(yu) 連接多個(ge) 交換機及其等效網絡。
此路由器可在 3RD層，即網絡層。
路由器包括兩(liang) 個(ge) 端口快速以太網和串行端口。
該路由器可以實現 （Network Address Translation）。
它用於(yu) 局域網或城域網。
它提供安全措施來保護網絡免受安全威脅。
路由器可以比交換機更快地做出路由決(jue) 策。
這些設備稱為(wei) 智能網絡設備。
它以數據包的形式將信息從(cong) 一個(ge) 網絡發送到另一個(ge) 網絡。
路由器隻能在全雙工傳(chuan) 輸模式下工作，但是，以對其進行物理修改以在半雙工模式下工作。
路由器中使用路由表來獲取目標 IP 的最佳路由。
3．優(you) 勢：
以太網交換機的優(you) 點包括以下內(nei) 容。
這些交換機在減少網絡停機時間方麵非常有用。
網絡性能有待提升。
它會(hui) 增加網絡上的可用帶寬。
它通過強大的安全功能保護您的企業(ye) 網絡
通過遠程管理選項和布線費用降低IT成本。
它為(wei) 特定工作站提供獨特的網絡交換機連接，以進行其他自定義(yi) 。
它增加了組織的數據傳(chuan) 輸容量。
它減輕了單獨主機 PC 的負擔。
4．以太網交換機的缺點：
這些開關(guan) 很昂貴。
交換機橋故障可能導致網絡關(guan) 閉。
使用交換機跟蹤網絡連接問題很困難。
需要一個(ge) 適當且最重要的設計來處理多播數據包。
5．應用：
以太網交換機的應用包括以下內(nei) 容。
這些交換機在將有線設備如筆記本電腦、計算機、服務器、打印機和路由器連接到局域網中起著關(guan) 鍵作用。
這個(ge) 交換機是一種網絡硬件，它是互聯網和網絡的基礎。
有許多以太網交換機端口允許在眾(zhong) 多設備之間實現非常順暢的訪問和快速連接。
此交換機使用多個(ge) 端口並創建一個(ge) 網絡以與(yu) 局域網內(nei) 的不同設備進行通信。
這是以太網中最常用的網絡交換機類型，用於(yu) 通過分組交換連接不同的以太網設備，以處理、轉發和接收數據。
此交換機僅(jin) 允許您將一根以太網電纜旋轉為(wei) 多個(ge) 有線連接。
這是一種通常在辦公室網絡或家庭中找到的物理設備。
因此，這就是以太網交換機的概述，與(yu) 應用程序一起使用。這是一種電信設備，用於(yu) 將多個(ge) 設備或計算機連接在一起，以毫無困難地擴展網絡。選擇以太網交換機時需要考慮不同的因素，例如傳(chuan) 輸速度、交換機端口數量、網絡基礎設施、功能、價(jia) 格差異和可靠的供應商。
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