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一、局域網(wǎng)交換機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)
局域網(wǎng)交換機(jī)卓越的性能表現(xiàn)，來(lái)源于其內(nèi)部獨(dú)特的技術(shù)結(jié)構(gòu)。而不同的交換模式或不同的交換類型，也跟局域網(wǎng)交換機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)密不可分。所以說(shuō)，了解了局域網(wǎng)交換機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，就等于了解了局域網(wǎng)交換機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)和工作原理。目前局域網(wǎng)交換機(jī)采用的內(nèi)部技術(shù)結(jié)構(gòu)主要有以下幾種。
1．共享內(nèi)存式結(jié)構(gòu)　　
該結(jié)構(gòu)依賴于中心局域網(wǎng)交換機(jī)引擎所提供的全端口的高性能連接，并由核心引擎完成檢查每個(gè)輸入包來(lái)決定連接路由。這種方式需要很大的內(nèi)存帶寬和很高的管理費(fèi)用，尤其是隨著局域網(wǎng)交換機(jī)端口的增加，需要內(nèi)存容量更大，速度也更快，中央內(nèi)存的價(jià)格就變得很高，從而使得局域網(wǎng)交換機(jī)內(nèi)存成為性能實(shí)現(xiàn)的主要瓶頸。
2．交叉總線式結(jié)構(gòu)　　
交叉總線式結(jié)構(gòu)可在端口間建立直接的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接，這種結(jié)構(gòu)對(duì)于簡(jiǎn)單的單點(diǎn)式（Unicast）信息傳輸來(lái)講性能很好，但并不適合點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的廣播式傳輸。由于實(shí)際網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用環(huán)境中，廣播和多播傳輸方式很常見(jiàn)，所以這種標(biāo)準(zhǔn)的交叉總線方式會(huì)帶來(lái)一些傳輸問(wèn)題。例如，當(dāng)端口A向端口D傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，端口B和端口C就只能等待。而當(dāng)端口A向所有端口廣播消息時(shí)，就可能會(huì)引起目標(biāo)端口的排隊(duì)等候。這樣將會(huì)消耗掉系統(tǒng)大量帶寬，從而影響局域網(wǎng)交換機(jī)傳輸性能。而且要連接N個(gè)端口，就需要N×（N+1）條交叉總線，因而實(shí)現(xiàn)成本也會(huì)隨著端口數(shù)量的增加而急劇上升。
3．混合交叉總線式結(jié)構(gòu)
鑒于標(biāo)準(zhǔn)交叉總線存在的缺陷，一種混合交叉總線實(shí)現(xiàn)方式被提了出來(lái)。該方式的設(shè)計(jì)思路是將一體的交叉總線矩陣劃分成小的交叉矩陣，中間通過(guò)一條高性能總線連接。該結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是減少了交叉總線數(shù)，降低了成本，還減少了總線爭(zhēng)用。但連接交叉矩陣的總線成為新的性能瓶頸。
4．環(huán)形總線式結(jié)構(gòu)
這種結(jié)構(gòu)方式在一個(gè)環(huán)內(nèi)最多可支持四個(gè)交換引擎，并且允許不同速度的交換矩陣互連，以及環(huán)與環(huán)間通過(guò)交換引擎連接。由于采用環(huán)形結(jié)構(gòu)，所以很容易聚集帶寬。當(dāng)端口數(shù)增加的時(shí)候，帶寬就相應(yīng)增加了。與前述幾種結(jié)構(gòu)不同的是，該結(jié)構(gòu)方式有獨(dú)立的一條控制總線，用于搜集總線狀態(tài)、處理路由、流量控制和清理數(shù)據(jù)總線。另外，在環(huán)形總線上可以加入管理模塊，提供完整的SNMP管理特性。同時(shí)還可以根據(jù)需要選用第三層交換功能。這種結(jié)構(gòu)的最大優(yōu)點(diǎn)就是擴(kuò)展能力強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)成本低，而且有效地避免了系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)造成的總線瓶頸。

二、局域網(wǎng)交換機(jī)的主要技術(shù)　　
局域網(wǎng)交換機(jī)由于使用了虛擬線路交換方式，技術(shù)上可在各輸入、輸出端口之間互不爭(zhēng)用帶寬，或在不產(chǎn)生傳輸瓶頸的情況下，完成各端口間數(shù)據(jù)的高速傳輸，從而大大提高了網(wǎng)絡(luò)信息點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸，優(yōu)化了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。局域網(wǎng)交換機(jī)與HUB在硬件上的主要區(qū)別是多出了背板總線和交換引擎兩大部分，這說(shuō)明局域網(wǎng)交換機(jī)的技術(shù)含量普遍較高。所以要全面了解局域網(wǎng)交換機(jī)，就必須清楚局域網(wǎng)交換機(jī)的主要技術(shù)特點(diǎn)。 下面介紹了各類用于局域網(wǎng)交換機(jī)中的主要技術(shù)。
1． 可編程ASIC（特定用途集成電路） 　　
這是一種專門用于優(yōu)化第二層交換處理的專用集成電路芯片，也是當(dāng)前聯(lián)網(wǎng)解決方案的核心集成技術(shù)，它可將多項(xiàng)功能集成在同一個(gè)芯片上，使之具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、高可靠性、低電源消耗、更高的性能和成本更低的優(yōu)點(diǎn)。在局域網(wǎng)交換機(jī)上普遍采用的可編程ASIC芯片，是一種可以由廠家，甚至是用戶根據(jù)應(yīng)用需要，編輯專用程度的ASIC芯片，是局域網(wǎng)交換機(jī)應(yīng)用中的重要應(yīng)用技術(shù)之一。
2． 分布式流水線
有了分布式流水線，多個(gè)分布式轉(zhuǎn)發(fā)引擎就能快速、獨(dú)立地傳送各自的數(shù)據(jù)包。而在單個(gè)流水線中，多個(gè)ASIC芯片可同時(shí)處理多個(gè)幀。這種并發(fā)性和流水線可將轉(zhuǎn)發(fā)性能提高到一個(gè)新高度。在所有端口上實(shí)現(xiàn)點(diǎn)播（Unicast）、廣播（Broadcast）和組播（Multicast）的線速性能。所以說(shuō)，分布式流水線的采用是局域網(wǎng)交換機(jī)交換速度提高的重要原因。
3． 動(dòng)態(tài)可擴(kuò)展內(nèi)存
對(duì)于先進(jìn)的局域網(wǎng)交換產(chǎn)品，高性能和高品質(zhì)功能往往建立在智能化的存儲(chǔ)器系統(tǒng)之上。動(dòng)態(tài)可擴(kuò)展內(nèi)存技術(shù)可以使局域網(wǎng)交換機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，根據(jù)數(shù)據(jù)流的需要?jiǎng)討B(tài)地?cái)U(kuò)展內(nèi)存容量。為此，在第三層局域網(wǎng)交換機(jī)模式中，已將存儲(chǔ)器的一部分直接與轉(zhuǎn)發(fā)引擎關(guān)聯(lián)起來(lái)，從而使其具有增加更多接口模塊的能力。這樣，包括各自的轉(zhuǎn)發(fā)引擎，存儲(chǔ)器也就相應(yīng)地得到了擴(kuò)展。同時(shí)，還可通過(guò)流水線式的ASIC處理，動(dòng)態(tài)地構(gòu)造緩存，增加內(nèi)存的使用率，也可使系統(tǒng)在處理較大的突發(fā)數(shù)據(jù)流時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生丟包現(xiàn)象。
4．先進(jìn)的隊(duì)列機(jī)制
事實(shí)上，不管網(wǎng)絡(luò)設(shè)備有多么優(yōu)秀的性能和品質(zhì)，誰(shuí)都會(huì)受到其所聯(lián)接網(wǎng)段上的數(shù)據(jù)擁擠所帶來(lái)的不同損害。傳統(tǒng)的方式是，通過(guò)一個(gè)端口的流量必須在只有一個(gè)輸出隊(duì)列的緩存中保存，不論它的優(yōu)先級(jí)是多大，也必須按照先進(jìn)先出的方式來(lái)處理。當(dāng)隊(duì)列滿時(shí)，任何超出部分都將被丟棄。而當(dāng)隊(duì)列變長(zhǎng)時(shí)，延時(shí)也將會(huì)增加。顯然，該傳統(tǒng)的隊(duì)列機(jī)制使得在運(yùn)行實(shí)時(shí)事務(wù)處理及多媒體應(yīng)用時(shí)，往往變得非常困難。為此，許多網(wǎng)絡(luò)設(shè)備商都在開(kāi)發(fā)先進(jìn)的隊(duì)列新技術(shù)，使其可在一個(gè)以太網(wǎng)段上提供不同的服務(wù)級(jí)別，同時(shí)還可提供對(duì)延時(shí)和抖動(dòng)的控制。先進(jìn)的隊(duì)列機(jī)制可以是每端口具有不同級(jí)別的隊(duì)列機(jī)制，這種隊(duì)列機(jī)制能更好地區(qū)分不同的流量級(jí)別，以便使網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)能與高性能應(yīng)用具有更好的匹配。像多媒體和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流這樣的數(shù)據(jù)包被放進(jìn)高優(yōu)先級(jí)隊(duì)列中，在使用加權(quán)公平排隊(duì)算法后，就可以更頻繁地處理高優(yōu)先級(jí)隊(duì)列，還不會(huì)置低優(yōu)先級(jí)隊(duì)列于不顧。而且，傳統(tǒng)應(yīng)用用戶也不會(huì)察覺(jué)到響應(yīng)時(shí)間和吞吐量的變化，而那些使用緊急應(yīng)用的用戶則可得到及時(shí)的響應(yīng)。
5． 自動(dòng)流量分類
在網(wǎng)絡(luò)傳輸中，有些數(shù)據(jù)流比其它數(shù)據(jù)流更重要，第三層局域網(wǎng)交換機(jī)已經(jīng)開(kāi)始采用自動(dòng)流量分類技術(shù)，使之可以用來(lái)區(qū)分不同類型和不同級(jí)別的數(shù)據(jù)流量。實(shí)踐證明，在使用自動(dòng)流量分類技術(shù)后，第三層局域網(wǎng)交換機(jī)可以指示數(shù)據(jù)包流水線區(qū)分用戶指定的數(shù)據(jù)流，從而實(shí)現(xiàn)了低延時(shí)和高優(yōu)先級(jí)傳輸，不僅為特殊數(shù)據(jù)流量提供了有效的控制和管理途徑，而且還避免了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流的擁塞。
6． 智能許可權(quán)控制
眾所周知，第三層局域網(wǎng)交換機(jī)可以為網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)提供多種安全機(jī)制，如局域網(wǎng)交換機(jī)在使用流量分類器后，管理員就可以限制任何被識(shí)別的數(shù)據(jù)流，包括限制對(duì)服務(wù)器的訪問(wèn)及排除無(wú)用的協(xié)議廣播。這就是所謂的智能許可權(quán)控制技術(shù)，該技術(shù)為網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域里的突破性進(jìn)展技術(shù)-線速防火墻技術(shù)提供了技術(shù)基礎(chǔ)。
7． 動(dòng)態(tài)流量監(jiān)督　　
雖然局域網(wǎng)交換機(jī)流量分類、優(yōu)先化處理以及資源保留等先進(jìn)技術(shù)，可以極大地減輕網(wǎng)絡(luò)管理員的管理負(fù)擔(dān)，但它們無(wú)法完成網(wǎng)絡(luò)流量監(jiān)督。動(dòng)態(tài)流量監(jiān)督實(shí)際上是一個(gè)保護(hù)機(jī)制，主要監(jiān)視流量和網(wǎng)絡(luò)擁塞情況，并對(duì)這些情況作出動(dòng)態(tài)響應(yīng)，以保證所有網(wǎng)絡(luò)元素（終端用戶和網(wǎng)絡(luò)本身） 都能置身于管理員的控制之下，并能得到最佳運(yùn)行。為了在擁塞局域網(wǎng)上進(jìn)行優(yōu)先化處理，許多第三層局域網(wǎng)交換機(jī)使用了IEEE 802.1p服務(wù)級(jí)別。為了避免擁塞，某些第三層局域網(wǎng)交換機(jī)甚至采用了更先進(jìn)的技術(shù)來(lái)動(dòng)態(tài)地監(jiān)視輸出隊(duì)列的大小，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)一個(gè)端口是否將變得擁擠。通過(guò)控制隊(duì)列大小和擁塞，網(wǎng)絡(luò)可以維持對(duì)延時(shí)敏感的數(shù)據(jù)流所需的極限。
8． 向量處理技術(shù)
向量處理技術(shù)是第三層局域網(wǎng)交換機(jī)技術(shù)之一，主要用來(lái)加速數(shù)據(jù)幀的處理速度。由于第三層局域網(wǎng)交換機(jī)體系結(jié)構(gòu)不僅在第二層之上增加了第三層控制能力，而且還增加了多方位的多種向量控制，從而加強(qiáng)了向量處理功能。第三層局域網(wǎng)交換機(jī)的向量處理優(yōu)點(diǎn)主要有：快速幀處理速度，由于局域網(wǎng)交換機(jī)支持基于 ASIC數(shù)據(jù)包分類、轉(zhuǎn)發(fā)和解釋技術(shù)，由軟件進(jìn)行幀解碼工作被降至最低程度，與純軟件設(shè)計(jì)相比，這種方法可以獲得很高的性能；具有高度適應(yīng)性的功能控制，向量處理與可編程的ASIC配合工作，從而能夠以最小的開(kāi)銷支持未來(lái)新標(biāo)準(zhǔn)。如對(duì) IPv6的支持已經(jīng)是向量邏輯的一部分；增強(qiáng)的管理功能，多方位的向量處理還包括內(nèi)置的網(wǎng)絡(luò)管理代理及RMON等。
9． 多RISC處理機(jī)
在高可靠性局域網(wǎng)交換機(jī)中，內(nèi)置一個(gè)或多個(gè)專門的高性能RISC（Reduced Instruction Set Computer：精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)）處理器是絕對(duì)需要的。事實(shí)上，采用RISC處理器的幀處理機(jī)FP（Frame Processor）與向量邏輯的結(jié)合所提供的性能是無(wú)與倫比的。一個(gè)獨(dú)立的應(yīng)用處理機(jī)AP（Application Processor）可輔助FP。象FP一樣，AP也是一個(gè)高性能的RISC處理器。其中，AP控制器除了進(jìn)行幀轉(zhuǎn)發(fā)以外，還有高層橋接和路由，如生成樹(shù)和OSPF協(xié)議，以及SNMP操作和HTTP操作等。所以，使用AP和FP的好處是顯而易見(jiàn)的，因?yàn)楣芾砗陀?jì)算方面的工作并不影響數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，從而可實(shí)現(xiàn)高吞吐量和低延時(shí)。
總之，通過(guò)以上技術(shù)分析，我們不難看出，高性能、安全性、易用性、可管理性、可堆疊性、服務(wù)質(zhì)量及容錯(cuò)性是當(dāng)前局域網(wǎng)交換機(jī)的主要技術(shù)特點(diǎn)之一。隨著視頻會(huì)議、實(shí)時(shí)組播、網(wǎng)絡(luò)電話、程控交換及自動(dòng)呼叫轉(zhuǎn)發(fā)等多媒體業(yè)務(wù)的開(kāi)展，局域網(wǎng)交換技術(shù)將會(huì)向著高帶寬、安全性、服務(wù)質(zhì)量及智能化技術(shù)方向迅猛發(fā)展。