第三章 网络设备

第一节 交 换 机

一、发展历程与趋势

(一)发展历程

交换机是一种基于MAC地址识别,可完成封装转发数据包功能的网络设备。
从20世纪60年代末到20世纪90年代中期,交换机经过了从单工到双工、从共享到交换、从低速到高速、从简单到复杂、从昂贵到普及的飞跃。
20世纪80年代中后期,通信量的急剧增加促使局域网性能提高,最早的1Mbps速率已广泛被100Base-T和100CG-ANYLAN替代,但传统的媒体访问方法局限于使大量的站点共享对一个公共传输媒体的访问。20世纪90年代初,随着计算机性能提高、通信量聚增,传统局域网已逐渐超出了自身负荷,交换式以太网技术应运而生。与基于网桥和路由器共享媒体的局域网拓扑结构相比,网络路由交换机可显著增加带宽。交换技术的加入可建立地理位置相对分散的网络,使局域网路由交换机的每个端口可平行、同时传输信息,高度扩充了局域网。
局域网交换技术的发展可追溯到两端口网桥。互联网络结构层面,网桥属于DCE级的端到端连接;协议层次层面,网桥在逻辑链路层对数据帧进行转发;与中继器在第1层、路由器在第3层的功能相似。两端口网桥几乎和以太网同时发展。以太网交换技术在多端口网桥基础上于20世纪90年代初发展,与网桥有着密切关系,因此目前的交换式技术是现有技术的新应用,是改进的局域网桥,可提供更多端口、更好性能和更强管理功能。

(二)发展趋势

随着网络应用全面走向宽带化和融合化,传统实现简单连接和数据传输功能的以太网交换机已不能满足需求,三层交换技术逐渐普及,第3层交换机的应用环境也从网络核心层向汇聚层甚至是边缘层发展。以太网交换机向高速化、智能化、端口密度变大、融入路由功能增多等方向发展。

1.高速化

速度是衡量网络性能的一个重要标准,也成为以太网交换机等设备发展的一个重要方向。从最初百兆到千兆再到万兆,以太网不断满足快速增长的需求,目前对带宽的要求正在迅速提高。千兆为骨干、百兆为接入的主流结构,逐渐被万兆为骨干、千兆为接入的结构取代。

2.智能化

智能化不仅包括交换机设备智能化治理,还包括它们对越来越多的智能业务的支持。随着网络部署新应用和融合多业务的需求日益迫切,单一交换机需要拥有丰富的功能以提供更多的支持。同时复杂的网络环境加剧了网络治理难度,通过智能交换设备进行网络集中治理,简化了治理步骤,而且降低了部署和维护成本。

3.端口高密化

端口密度是指一台交换机可以支持的最小/最大端口数量和端口类型,它体现了交换机制作的集成度。在众多机构中对以太网端口的需求一直在持续增长,随着物联网与云计算的兴起,对端口的需求将更加迫切。

4.交换路由一体化

交换机过去一直被看作基于局域网技术的设备,只有使用路由器才可以与广域网连接。随着ASIC技术的不断发展以及网络逐渐被IP技术统一,以太网交换机在汇聚层和骨干层得到了广泛的应用。同时三层交换机上已经可以实现路由器中所有的接口,路由器中多数路由协议与大容量路由表在三层交换机中也得到大量的实现和应用。