思科認證輔導：三種網(wǎng)絡交換技術全面對比
網(wǎng)絡交換技術還是比較常用的，于是我研究了一下三種網(wǎng)絡交換技術全面對比，在這里拿出來和大家分享一下，希望對大家有用。網(wǎng)絡交換技術允許共享型和專用型的局域網(wǎng)段進行帶寬調(diào)整，以減輕局域網(wǎng)之間信息流通出現(xiàn)的瓶頸問題�，F(xiàn)在已有以太網(wǎng)、快速以太網(wǎng)、FDDI和ATM技術的交換產(chǎn)品。
類似傳統(tǒng)的橋接器，交換機提供了許多網(wǎng)絡互聯(lián)功能。交換機能經(jīng)濟地將網(wǎng)絡分成小的沖突網(wǎng)域，為每個工作站提供更高的帶寬。協(xié)議的透明性使得交換機在軟件配置簡單的情況下直接安裝在多協(xié)議網(wǎng)絡中;交換機使用現(xiàn)有的電纜、中繼器、集線器和工作站的網(wǎng)卡，不必作高層的硬件升級;交換機對工作站是透明的，這樣管理開銷低廉，簡化了網(wǎng)絡節(jié)點的增加、移動和網(wǎng)絡變化的操作。
三種網(wǎng)絡交換技術
由網(wǎng)絡交換技術出現(xiàn)先后和采用的技術，網(wǎng)絡交換技術主要分為三種：端口交換、幀交換和信元交換。
端口交換
端口交換技術最早出現(xiàn)在插槽式的集線器中，這類集線器的背板通常劃分有多條以太網(wǎng)段(每條網(wǎng)段為一個廣播域)，不用網(wǎng)橋或路由連接，網(wǎng)絡之間是互不相通的。以大主模塊插入后通常被分配到某個背板的網(wǎng)段上，端口交換用于將以太模塊的端口在背板的多個網(wǎng)段之間進行分配、平衡。根據(jù)支持的程度，端口交換還可細分為：
(1)模塊交換：將整個模塊進行網(wǎng)段遷移。
(2)端口組交換：通常模塊上的端口被劃分為若干組，每組端口允許進行網(wǎng)段遷移。
(3)端口級交換：支持每個端口在不同網(wǎng)段之間進行遷移。這種網(wǎng)絡交換技術是基于OSI第一層上完成的，具有靈活性和負載平衡能力等優(yōu)點。如果配置得當，那么還可以在一定程度進行客錯，但沒有改變共享傳輸介質(zhì)的特點，自而未能稱之為真正的交換。
幀交換
幀交換是目前應用最廣的局域網(wǎng)網(wǎng)絡交換技術，它通過對傳統(tǒng)傳輸媒介進行微分段，提供并行傳送的機制，以減小沖突域，獲得高的帶寬。一般來講每個公司的產(chǎn)品的實現(xiàn)技術均會有差異，但對網(wǎng)絡幀的處理方式一般有以下幾種：
(1)直通交換：提供線速處理能力，交換機只讀出網(wǎng)絡幀的前14個字節(jié)，便將網(wǎng)絡幀傳送到相應的端口上。
(2)存儲轉(zhuǎn)發(fā)：通過對網(wǎng)絡幀的讀取進行驗錯和控制，前一種方法的交換速度非�？欤狈W(wǎng)絡幀進行更高級的控制，缺乏智能性和安全性，同時也無法支持具有不同速率的端口的交換。因此，各廠商把后一種技術作為重點。有的廠商甚至對網(wǎng)絡幀進行分解，將幀分解成固定大小的信元，該信元處理極易用硬件實現(xiàn)，處理速度快，同時能夠完成高級控制功能，如優(yōu)先級控制。
信元交換
ATM技術代表了網(wǎng)絡和通訊技術發(fā)展的未來方向，也是解決目前網(wǎng)絡通信中眾多難題的一劑“良藥”，ATM采用固定長度53個字節(jié)的信元交換。由于長度固定，因而便于用硬件實現(xiàn)。ATM采用專用的非差別連接，并行運行，可以通過一個交換機同時建立多個節(jié)點，但并不會影響每個節(jié)點之間的通信能力。 ATM還容許在源節(jié)點和目標、節(jié)點建立多個虛擬鏈接，以保障足夠的帶寬和容錯能力。ATM采用了統(tǒng)計時分電路進行復用，因而能大大提高通道的利用率。 ATM帶寬可以達到25M、155M、622M甚至數(shù)Gb的傳輸能力。
交換機的分類和產(chǎn)品
現(xiàn)在交換機的種類繁多，讓人有眼花繚亂的感覺。不過，根據(jù)交換機的使用環(huán)境和網(wǎng)絡技術的不用，交換機還是可以分出個清晰的大類來的。按交換機應用領域來劃分，可分為：臺式交換機、工作組交換機、主干交換機、企業(yè)交換機、分段交換機、端口交換機和網(wǎng)絡交換機等。根據(jù)局域網(wǎng)交換機根據(jù)使用的網(wǎng)絡技術可以分為：以太網(wǎng)交換機、令牌環(huán)交換機、FDDI交換機、ATM交換機和快速以太網(wǎng)交換機、千兆太網(wǎng)交換機，十千兆以太網(wǎng)交換機等。
以太網(wǎng)網(wǎng)絡交換技術
目前，從以太網(wǎng)交換機當前的主要供貨商方面來看，高端設備廠商主要有Cisco、網(wǎng)捷、Nortel、AVAYA、華為等，其產(chǎn)品包括高端的 WAN、MAN核心交換機及中低端的LAN交換機系列產(chǎn)品。高端產(chǎn)品主要定位于電信行業(yè)用戶及大型企業(yè)用戶。中低端設備廠商主要有Cisco、華為、 3Com、Intel、聯(lián)想、D-Link、Accton、Edimax、Linksys和實達等。中低端交換機面向中小企業(yè)及家庭用戶。可以看出，目前國產(chǎn)以太網(wǎng)交換機則主要集中在中低端市場，其中有兩點原因：一是高端交換機對技術和性能的要求都很高，而國內(nèi)的廠商在研發(fā)上起步時間較晚，很多廠商還在進行技術積累;二是國內(nèi)大量中小型企業(yè)的上網(wǎng)，擴大了對中低端產(chǎn)品的需求。國內(nèi)廠商都抓住時機，推出針對中小型用戶的以太網(wǎng)交換機，并將逐漸在中小型網(wǎng)絡應用中扮演主角。尤其是那些技術已經(jīng)成熟的產(chǎn)品，由于本地化生產(chǎn)，可以提供同等性能但價格極具優(yōu)勢的產(chǎn)品，且品質(zhì)毫不遜色。因此，中小型用戶在建網(wǎng)時，逐漸開始考慮國產(chǎn)品牌的網(wǎng)絡產(chǎn)品。
代表的產(chǎn)品如華為3Com公司的QuidwayS1000系列以太網(wǎng)交換機。QuidwayS1000系列提供了多款機型，同時支持上機架安裝和桌面擺放，用戶可以根據(jù)各自網(wǎng)絡的具體情況進行選擇，最大程度地保護投資。QuidwayS1000系列轉(zhuǎn)發(fā)性能優(yōu)越，設計簡單，使用方便，非常適合于SOHO(Smallofficehomeoffice)、校園網(wǎng)、企業(yè)網(wǎng)等中小型網(wǎng)絡使用。
一、存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換：可靠性優(yōu)先的 “完整校驗者”
存儲轉(zhuǎn)發(fā)是目前企業(yè)級交換機的主流技術，其核心邏輯是 “先完整接收，再校驗轉(zhuǎn)發(fā)”，完全遵循 OSI 第二層的幀處理標準。
從工作流程來看，當數(shù)據(jù)包到達交換機端口時，設備會先將整個幀緩存至內(nèi)存中，這一步驟包含對幀結(jié)構的完整解析 —— 不僅讀取前 14 字節(jié)的 MAC 頭部信息，還會檢查幀尾的 FCS（幀校驗序列）字段。只有當確認數(shù)據(jù)包無傳輸錯誤、長度符合標準（64-1518 字節(jié)）后，交換機才會通過 MAC 地址表查詢目的端口，完成轉(zhuǎn)發(fā)操作。這種 “先校驗后轉(zhuǎn)發(fā)” 的機制，使得它能有效過濾沖突產(chǎn)生的錯誤幀和殘缺幀，從源頭減少網(wǎng)絡垃圾數(shù)據(jù)。
在性能維度，存儲轉(zhuǎn)發(fā)的優(yōu)勢體現(xiàn)在可靠性與兼容性上。它支持不同速率端口間的協(xié)同工作，例如可將 10Mbps 端口接收的數(shù)據(jù)包緩存后，以 100Mbps 速率轉(zhuǎn)發(fā)至高速端口，這一特性使其能靈活適配混合速率網(wǎng)絡環(huán)境。但代價是轉(zhuǎn)發(fā)延遲相對較高，且延遲會隨數(shù)據(jù)包長度變化 —— 長幀的緩存與校驗耗時更長。
從適用場景來看，該技術完美匹配對數(shù)據(jù)完整性要求極高的場景，如企業(yè)核心層交換機、數(shù)據(jù)庫服務器集群接入、財務系統(tǒng)網(wǎng)絡等，是思科 IOS 中多數(shù)高端交換機的默認配置。
二、直通交換：速度優(yōu)先的 “快速傳遞者”
直通交換是典型的 “效率優(yōu)先” 技術，其設計初衷是最大限度降低轉(zhuǎn)發(fā)延遲，核心特點是 “邊接收邊轉(zhuǎn)發(fā)”，僅依賴幀頭部信息進行決策。
其工作機制極具針對性：當數(shù)據(jù)包到達端口時，交換機只需讀取前 14 字節(jié)的 MAC 頭部（包含源 MAC、目的 MAC 及幀類型字段），便立即停止接收過程，轉(zhuǎn)而查詢 MAC 地址表確定輸出端口并開始轉(zhuǎn)發(fā)。整個過程無需等待數(shù)據(jù)包完整接收，更不進行 FCS 校驗，這種 “淺解析” 模式使轉(zhuǎn)發(fā)延遲降至微秒級，理論上可達到線路速率轉(zhuǎn)發(fā)。
在性能層面，直通交換的最大優(yōu)勢是超低延遲，尤其適合對實時性要求嚴苛的場景。但短板同樣突出：由于缺乏完整校驗，它無法識別傳輸錯誤，會將錯誤幀直接轉(zhuǎn)發(fā)至網(wǎng)絡中，反而增加后續(xù)設備的處理負擔；同時，其不支持速率適配的特性，導致不同速率端口間無法直接互通。此外，對于小于 64 字節(jié)的沖突碎片（殘幀），它也會無差別轉(zhuǎn)發(fā)，可能引發(fā)網(wǎng)絡擁塞。
從適用場景來看，該技術多見于早期低端交換機或?qū)ρ舆t極度敏感的特殊環(huán)境，如工業(yè)控制網(wǎng)絡的實時數(shù)據(jù)傳輸。在現(xiàn)代思科網(wǎng)絡架構中，已較少單獨使用，更多與其他技術結(jié)合優(yōu)化。
三、碎片隔離交換：平衡取舍的 “務實篩選者”
碎片隔離技術又稱 “無碎片轉(zhuǎn)發(fā)”，是介于存儲轉(zhuǎn)發(fā)與直通交換之間的折中方案，核心目標是在控制延遲的同時過濾無效數(shù)據(jù)。
其工作邏輯體現(xiàn)了精準取舍：交換機接收數(shù)據(jù)包時，會緩存前 64 字節(jié)（以太網(wǎng)幀的最小標準長度），重點檢查幀長度是否達到 512 比特（64 字節(jié)）。若小于該閾值，則判定為沖突產(chǎn)生的殘幀，直接丟棄；若長度合格，則立即啟動轉(zhuǎn)發(fā)流程，無需等待完整幀接收與 FCS 校驗。這種設計源于一個關鍵網(wǎng)絡特性 —— 正常數(shù)據(jù)幀極少小于 64 字節(jié)，而多數(shù)錯誤幀均為短碎片。
性能上，碎片隔離實現(xiàn)了 “延遲與可靠性的平衡”：轉(zhuǎn)發(fā)延遲低于存儲轉(zhuǎn)發(fā)，高于直通交換；同時避免了殘幀轉(zhuǎn)發(fā)問題，網(wǎng)絡效率比直通交換提升明顯。但它仍無法檢測 64 字節(jié)以上的錯誤幀，可靠性不及存儲轉(zhuǎn)發(fā)，且同樣不支持速率適配。
在適用場景中，該技術常見于接入層低端交換機，如辦公室桌面接入、臨時網(wǎng)絡部署等對成本敏感且無需極致可靠性的場景，是思科 SOHO 級設備的典型配置選項。
核心差異與認證考點總結(jié)
三種技術的本質(zhì)差異源于 “延遲、可靠性、兼容性” 的取舍：存儲轉(zhuǎn)發(fā)以延遲換可靠性，直通交換以可靠性換速度，碎片隔離則尋求兩者的中間平衡點。從思科認證視角，需重點掌握三大考點：一是轉(zhuǎn)發(fā)時機的核心區(qū)別（完整接收 / 頭部接收 / 64 字節(jié)接收）；二是錯誤處理能力的差異（全校驗 / 無校驗 / 碎片過濾）；三是場景匹配的決策邏輯 —— 核心層選存儲轉(zhuǎn)發(fā)、接入層可選碎片隔離、特殊實時場景可考慮直通交換。理解這些差異，是搭建高效思科網(wǎng)絡架構的基礎。
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