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舊 2003-12-03, 07:19 PM   #1
psac
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預設 《從交換式HUB和SWITCH區別的探討來理解LAN中信息傳遞的發展變化》

交換機過去是電信設備的稱謂,比如電話交換機、ATM交換機、FR交換機。

後來乙太網的設備也有了二層的智能,雖然不像電信交換機能交換電路或虛電路,但是各廠商從開拓市場考慮,就把多口的橋稱為交換機。

HUB工作在第一層;而SWITCH從區域網路的發展來看,為了便於管理,把比較大的網路從物理上分隔,成為不同的網段,為了邏輯上連接這些不同的網段,使之可以相互通信,產生了網路橋接,連接多個網段需要多口的網路橋接,多口的網路橋接採用硬體來實現,就成為第二層交換機,隨著LAN規模的進一步擴大,第二層交換機採用了專用軟體來在邏輯上把同一個LAN劃分為不同的子網,即虛擬的子網(VLAN)。

而這不同VLAN間的通信,早期由交換機上一級的專用路由器負責,但VLAN一多的話,轉發速度就比較慢,所以後來將路由模組簡化並採用硬體實現後集成到二層交換機中,成為第三層交換機。

其實對於三層交換,每個廠商的實現都是不太一樣的。


但關鍵的就是盡量不查路由表;減輕核心CPU負擔(增加ASIC,每個模組都放CPU等措施)。

簡單的說三層交換就是switch通過硬體來實現ip的路由,而傳統的router主要是通過軟體實現的,所以轉發速率沒有switch高。

各個廠家對三層交換的解釋也不同,但有一點是一致的,三層交換就是能路由。
簡要介紹一下:

Hub:
是所有連接埠共享一個通道,既同一網段的主機共享固有的帶寬,傳輸通過碰撞檢測進行,同一網段電腦越多,傳輸碰撞也越多,傳輸速率會變慢;本意是樞紐,就是好多線都連在這個東西上,因為最早的乙太網拓撲結構是總線型的,後來,以AT&T為首的幾家公司開發了在雙絞線上跑的星型乙太網,所有的網線都匯聚在一台設備上,這台設備就是網路樞紐---HUB,不管是共享式集線器還是交換機,都是HUB。

在星型結構中,它是連接的中間結點,它起放大信號的作用;所有設備共享Hub的帶寬,也就是說,如果hub的帶寬是10M,連結了10個設備,每個設備就是1M;Hub所有連接埠共享一個MAC位址。
交換機(SWITCH):

是2個相互通訊的連接埠獨佔一個連接埠!每個連接埠為類BIOS帶寬,有獨特的傳輸方式,傳輸速率不受電腦增加影響,其獨特的NWAY、全雙工功能增加了交換機的使用範圍和傳輸速度。

實質就是多連接埠網路橋接,只不過傳統網路橋接的實現以軟體為主,而交換機則一硬體為主來實現,所以速度才夠快,如果這麼多連接埠全靠軟體也不會有這麼好的效能了.這兩種設備的設計出發點不同:

網路橋接是用來連接兩個LAN的,目的是連通,而交換機則是為了提高網路效能而設計的,著眼點在效能。


用於星型結構時,它作為中心結點起放大信號的作用;連接埠不共享帶寬,如果是一個10M的switch,那麼每個連接埠的帶寬就是10M;每個連接埠擁有自己的MAC位址。

它是一個網路設備,擁有路由器的一部分功能,它可以決定接收到的資料向什麼地方傳送,它的速度比路由器要快。交換機根據工作的ISO模型不同,分為三層交換機和二層交換機,即有無路由功能來區分。

而交換式HUB是二層交換機的一種通俗叫法。

SWITCH是每個連接埠都是交換式的,每個連接埠都有MAC位址表,通過學習形成一張轉發對應表,根據各公司的技術不同,有些是每連接埠都有BUFFER和ASIC,有些是所有連接埠共用一個BUFFER和ASIC(CPU),一般說來,前者用在高端交換機上,後者用在低端或桌面型交換機上。

至於是否可網管,不是HUB和SWITCH之間的區別,CISCO的一些型號的HUB也是可網管的。


交換式HUB,D-LINK有這樣稱呼的產品,是10/100M的,HUB的原理是廣播和信號放大,所謂交換,實際上是當連接埠是100M的狀態時,資料從100M的連接埠到10M連接埠去,或者從10M連接埠到100M的連接埠去,因為速率不同,因此需要有一個交換模組起存儲轉發作用,避免丟包太多,作用類似於CPU加緩衝,但在10M連接埠或100M連接埠之間採用的還是廣播的形式,這樣可以降低成本。

switch hub是一個過渡性的名詞,現在很少用了,大家能清楚搞明白swtich和hub的區別也就可以了。

交換式HUB和SWITCH間,其實倒很難說有什麼特別明顯的界限。

一些介紹乙太網等相關知識的資料裡,大多建議把中便宜機種桌面式的稱為「交換式集線器」 SWITCH-HUB,而把背板帶寬較大、轉發速率較高、帶網管的中高階的稱「交換機」 SWITCH,這是根據兩者在一個網路中所處的不同地位來劃分的。

前者僅起一個彙集作用,後者則網管,並不是狹義的網管,而是指劃VLAN、綁MAC等管理功能都在其上實現。FTTB+LAN的三層模式是彙集、轉發、路由。

就「交換機」本身的涵義而言,合理的劃分似乎應是這樣:

早期LAN:客戶端機——HUB——SWITCH(二層)——路由器(網關)

現在LAN:客戶端機——HUB/SWITCH(二層)——SWITCH(三層)(網關)——路由器

早期劃分:HUB(集線器)/SWITCH(交換機)(二層)

現在劃分:HUB(集線器)/SWITCH HUB(交換式集線器)

(即原先的中便宜機種二層交換機)/SWITCH(交換機)(三層)

但由於歷史的原因,加上個別廠商出於商業考慮的不負責任的宣傳,交換式HUB其實可能是以下幾種情況:

1 SWITCH---交換機、交換器、網路開關(不同的譯法,同一種東西)

2 帶交換模組內含兩個中繼器的共享式HUB(10/100M自適應)

3 可附加交換模組的共享式HUB 具體情況可以看看產品說明書。

若一定要在概念上劃分,那SWITCH HUB和SWITCH的區別可以理解為SWITCH HUB是把連接埠分組,組與組之間進行交換,組內部通信通過競爭來實現通信,而SWITCH就是能夠實現所有連接埠之間的交換。

這樣L2 SWITCH就能很方便的劃分VLAN,而SWITCH HUB就只能簡單的劃分網段了。


通俗的講,交換式集線器是連接埠分組交換,交換機是MAC交換,我的意思是前者是對所有連接埠進行分組,同一組中採用HUB式的第一層共享,不同組間採用第二層交換,但可能採用了特殊算法,使實際套用中,每一連接埠在通訊時,並不向其它連接埠廣播),後者則所有連接埠完全是第二層以上的交換,以此來劃分。

(前者1~2層,後者2~3層)

第二層交換機應該是客戶端機自己通過ARP去獲得IP->MAC的對應,如果是同一個switch下的其它host,它就「安排」了,如果需要通過路由器出去的話(比如IP是www.online.sh.cn的IP 218.1.64.50),上層路由器會回答說:
218.1.64.50的MAC是……(路由器自己的連接埠的MAC),然後交換機就把包送到上層的路由器那裡去了,這是發生在proxy ARP時。

GW會冒充另一網段的主機的MAC位址。這種方法有一定容錯能力,但scalability較差。

應該是:

node(節點)通過mask判斷目標是否同一個網段。如果不是,就試突與gateway通訊,如果ARP(位址解析傳輸協定) cache(緩衝)裡沒有gateway(網關)的MAC位址,就ARP廣播,得到GW的MAC位址,轉發給GW。


早期的「交換機」是指第二層的設備,但隨著網路的發展,第三層交換機(SWITCH)才能在整個網路中,真正起到了「交換」的作用,交換通訊錄、交換IP包;而原先的第二層交換機,除了自己下屬連接埠可以直接交換外,其它的,都不管三七二十一,全部轉手給上層交換機或路由器做,自身只起到了一個彙集用戶的作用。

所以我覺得照現在的套用,倒是稱前者為交換機,而稱後者為交換式集線器SWITCH-HUB更貼切一些。

SWICH通過MAC位址交換,當然是在2層,MAC(硬體位址)是資料連路層標準,因此SWICH是2層硬體,HUB是物理層硬體,嚴格意義上不存在第3層的概念,7層模型只是邏輯概念的劃分。

廠商設計產品時可以根據需要按照ISO標準來進行分類,這是7層模型帶來的好處。

以前認為3層交換機不能替代路由器,但從目前的發展來看,這種看法有值得商榷之處。

把IP理解為一個人的姓名(例:張三),MAC理解為其住址。

訪問程序應如下:

「客戶端機向上級交換機發出ARP請求「我要給張三寄東西」,交換機看通訊錄「張三歸哪個郵局管?」,有,則通知客戶端機可發,客戶端機在IP包內封裝己方IP和MAC、目標IP和自己網關(可能是承擔路由功能的普通伺服器,也可能是第三層交換機或者專用的路由器)MAC、內容,發往路由交換機(第一個路由),再通過一個個路由(每到一個路由,此路由器就將己方MAC改為自己的,目標MAC改為下一個路由器的MAC,這樣才能不斷的傳送),最終到達張三處;若無,交換機向上一層交換機/路由器發出ARP請求,要求查詢,查到所屬郵局後反饋。

為了下次使用方便,交換機(路由)同時將其記錄在自己的通訊錄上。

路由器根據內部的動態路由表或利用預設的類BIOS路由規則產生動態路由表,以此決定IP包的最終去向(在多條可達路由中挑選一條捷徑)。

整個傳送程序中,源IP和目標IP是不變的,但MAC則由路由器「蓋上自己的郵戳」。對於外網,本機只知道IP(通過DNS),而MAC是交由路由器處理的——本機傳送的IP包中的目標MAC是路由器的。


進一步理解三層交換: 三層就是IP層了。三層交換機應該功能和路由器相似,不過前者是由硬體實現路由後者是主要由軟體來做。


三層路由和三層交換的區別:後者簡化查表的動作,最簡單的模型是所謂route cache,複雜的,比如netflow, CEF or deCEF
簡單介紹netflow, CEF or deCEF:比較Process Switching,Fast Switching和CEF。

Process Switching

In process switching the first packet is copied to the system buffer. The router looks up the Layer 3 network address in the routing table and initializes the fast-switch cache. The frame is rewritten with the destination address and sent to the outgoing interface that services that destination. Subsequent packets for that destination are sent by the same switching path. The route processor computes the cyclical redundancy check (CRC).

翻譯:在Process Switching,第一包被複製到系統buffer,然後查路由表並啟始化fast-switch cache。

畫格(是第2層的哦)的目標位址(比如MAC位址)被改寫,發到出口interface。

後續的同一目標的包按照同樣的switching path傳送。路由處理器計算CRC。

Fast Switching
When packets are fast switched, the first packet is copied to packet memory and the destination network or host is found in the fast-switching cache. The frame is rewritten and sent to the outgoing interface that services the destination. Subsequent packets for the same destination use the same switching path. The interface processor computes the CRC.
翻譯:當包被fast switching,第一包複製到記憶體,發現與fast-switching cache的某一表項吻合。畫格被重寫二層位址,發到出口interface。後續的同一目標的包按照同樣的switching path傳送。

interface處理器計算CRC。

CEF Switching
When CEF mode is enabled, the CEF FIB and adjacency tables reside on the route processor, and the route processor performs the express forwarding. You can use CEF mode when line cards are not available for CEF switching or when you need to use features not compatible with distributed CEF switching. 當開啟CEF模式,CEF FIB(轉發信息庫)和鄰居表位於路由處理器,如果模組不支持分佈式處理,就由路由處理器執行快速轉發。


其實現在的技術發展的那麼快, 底層的設備都在向上層發展, HUB從物理層向資料鏈路層發展, SWITCH向網路層發展, 目前三層SWITCH有完整的路由功能, 但是做的主要工作還是VLAN之間的路由, 做外網IP的路由還是靠路由器。

然而隨著千兆乙太網的迅速發展我想傳統的共享式HUB和傳統的路由器可能在市場上的佔有率會越來越少的。

可以這樣理解,就是三層交換機的交換表中多了一個IP的條列或者乾脆多了一個路由表,這樣它在將包交付路由器之前就已經知道了到達遠端IP所需經過路線的下一個路由的MAC位址了。

無論是hub,switch,在傳送正是資料前會偵測線路,如果發現線路繁忙,它會暫時不送資料到總線上,而是隨機等待一個時延後再偵測.所以也就不存在丟棄衝突的包的情況。


隨著網路的發展,接入層的switch必然會在控制成本的前提下越來越完善,支持snmp、icmp、甚至簡單的qos。cisco新推出的2950多了什麼,主要就是服務質量(QoS)和組播管理,這是網路套用發展的必然。


單純的路由器逐漸退到網路邊緣,最終會被swtich取代。而所謂交換集線器這個名詞很快會消失——實際上現在有幾個做網路的人還會用這個名詞?現在的新名詞是:桌面式交換機、骨幹交換機、路由交換機……
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