以太网交换机演进史
以太网交换机原理动画演示
以太网交换机原理动画演示以太网交换机是计算机网络中非常重要的设备，它起到了连接各种网络设备的关键作用。
为了更好地理解以太网交换机的工作原理，下面我将通过动画演示的方式来详细介绍。
1. 动画开始进入动画演示，我们首先看到一个以太网交换机的示意图。
交换机由多个端口组成，每个端口都可以连接一个网络设备，如计算机、服务器等。
2. 帧的传输在动画中，我们可以看到有多个设备同时向交换机发送数据帧。
数据帧是网络通信中最基本的单位，它包含了源MAC地址、目的MAC 地址、数据等信息。
3. MAC地址和端口的映射交换机接收到一个数据帧后，会先读取其中的目的MAC地址。
它会查找自己的转发表，判断目的MAC地址所对应的端口。
如果表中有对应的记录，交换机会将数据帧直接转发到目标端口；如果表中没有对应的记录，交换机则会进行广播操作。
4. 广播和学习过程在动画中，当交换机发现没有对应的记录时，它会将数据帧广播到所有的端口上，这样所有连接在交换机上的设备都能收到该数据帧。
同时，交换机还会将源MAC地址和接收到该帧的端口记录在转发表中，这样下次如果有数据要发送给该MAC地址，交换机就能够根据表中的记录直接转发，而无需进行广播操作。
5. 学习和转发表的更新在动画的演示中，我们可以看到转发表会不断地更新。
当交换机接收到一个数据帧时，它会查找源MAC地址在转发表中的记录。
如果有对应的记录，则更新记录中的端口信息；如果没有对应的记录，则添加一条新的记录。
这样，交换机能够根据最新的转发表信息来决定如何转发数据帧。
6. 数据的转发根据转发表的信息，交换机会将数据帧直接转发到目标端口，而无需广播到所有的端口上。
这样，交换机提供了高效的数据转发，避免了数据在网络中的冲突和碰撞。
7. 动画结束通过动画演示，我们对以太网交换机的工作原理有了更深入的了解。
交换机的核心功能是通过学习和转发表的维护，实现了有效的数据转发。
它使得网络通信更加高效可靠，成为了现代计算机网络中不可或缺的设备。
以太网技术演变推动交换机大规模升级
新 的 高 带 宽应 用 ，以及 稳 步上 升 的 网络 业 务 交 易规模 及 数量 。本 文 将对 推 动 千 兆 以太 网交换 机 密度 和 性 能提 高 的 应 用 及趋 势作 一 个 全 面的 评 述 。
对 网络 容 量 及 处 理 能 力 不 断 提 出 更 高 支 持 巨型 帧 。
率 ，这就对端 口需 求提 出了更高的要
求 。 下 列 将 对 推 动 千 兆 以 太 网 向 更 高
要求。但是 ， 使用巨型帧支持这些服务 会增加 以太网链接 的使用 ，并减轻 必
长 所 面 临 的 难 度太 网 能 力 没 有 得
但是 ， 相关行业也正在努 随着对更多端 口的需求 日益 到充分利用 。 Ｕ。我们将在下文分析推动 增长 ， 更高 密度交换机的市 力增加 ＭＴ
场价 格却在下 降， 因而促成 数 据 包 容 量 不断 增大 的 各 种应 用 。
０ １３ 美元 负 担 减 少 ５ ％。 即 使 如 当今 的 办 公 计 算 机 都 拥 有 千 兆 以 太 网 １ 此 ，大 多数 此 类 应 用 仍 然 的 网 络 接 口。 此 同 时 ， 网络 设 备 的 与 跨
７ １美 元
在 使 用 更 小 容 量 的 数 据 千兆以太 网端 口价格 显著下 降。各种 包 ，因为 网络 设备 通 常 不 新 型 应 用 目前 可 充分 利用 高 达 Ｇ Ｂ的 速
在对高密 度以太 网交换 机的需求 而 持 续 的 部 署 ， 求更 全 面 、 要 更快 的处 （ Ｕ， 定 义 数 据 包 大 小 时 被广 泛 采 ＭＴ 在 理有效负载以及可处理这些 用的衡量单位 ）的平均值相 对稳定在 负载 的多端 口交换机 。此 １ ０ ５ ０字节上 ，但以 太网交换机 的链接 外， 网络管理 员预测端 口增 速度与处理 能力 已经显 著提 高 ，结果
ZXR10 中兴交换机产品介绍
+4*10GE(光/电-插槽)
；
5952/5252
链路聚合（802.3a设d）备，定组位播：（IGMP /PIM/DVMRP）
▪ 丰富的QoS策略：4K/2K（5200）流分类规则，8
个优先级，限速粒大度容64量Kbp全s，千W兆RE端D等口多汇种聚排/队接机入
制
作用。非常适 合作为城域接
交换容量：320Gbps 包转发率：132Mpps
体；
；
6908
6905
6902
内部公开▲
ZXR10 6902/6905/6908 万兆路由交换机
型号:6900系列分为6902、6905、6908三种型号。
规格:先进分布式体系架构、模块化设计，无阻塞交换网，大容量MAC地址表和路由表
增强型以太网技术:
支持灵活QinQ技术
支持智能的多域ZESR+的以太网环技术。
本技术特征，
将持续发展
免维护 跟随技术演进， 使降低维护成 本甚至免维护
成为可能。
绿色以太网 顺应时代潮流, 绿色环保，节
能减排
、
；
ZXR10 28系列 二层千兆交换机
ZXR10 29系列 二层智能交换机
超大规模的处理性能 超高密度的万兆端口 超强的多业务处理能力 高可靠性 最少的投资成本
内部公开▲
灵活定制的业务管理，网络性能监控
绿色环保，功耗低、智能风扇监控，低噪
中兴交换机与您共建未来
体； ；
ZXR10
6900系列万兆路由交换机
内部公开▲
6908： 10个插槽 可插8个业务单板 可冗余配置
6905： 7个插槽 可插5个业务单板 可冗余配置
背板带宽
HPC发展演进及集群化、分布式计算结构
峰值＝主频(GHz)*总核心数*4 (4代表每个时钟周期做4次浮点运算) 例如：10个AMD双路12核刀片（CPU6174，主频2.2） 总核心数＝10×2×12＝240 峰值＝2.2×240×4＝2112GFLOPS＝2.1TFLOPS=2.1万亿次。 GPU峰值： 每C2050卡 双精度峰值＝0.515TFLOPS 单精度峰值＝1.03TFOPS 双精度峰值＝0.515* GPGPU卡数目（TFLOPS） 单精度峰值＝1.03* GPGPU卡数目（TFLOPS）
• 多பைடு நூலகம்动力学
– ADAMS
• 计算流体力学
– FLUENT – STAR-CD/HPC – PowerFLOW – CFX – CFD-Fastran
• 计算电磁学
– FEKO – ANSOFT
• 声学分析
– SYSNOISE
高性能计算—石油勘探
油气勘探背景
激发地震波
接收反射波
采集获得地面单炮记录
为什么要做高性能计算？
人类对计算及性能的要求是无止境的 从系统的角度：集成系统资源，以满足不断增长的对性能和功能 的要求 从应用的角度：适当分解应用，以实现更大规模或更细致的计算
问题: 科学和工程问题的数值模拟与仿真 计算密集 数据密集 网络密集 三种混合
高性能集群操作系统
高性能集群性能衡量指标
ATM
Fast Ethernet
SAN
存储器 PCI总线 Myrinet
集群
一个无奈的需求： Goddard 航天中心 的地球与空间科学（
Earth and Space Sciences，ESS）项 目需要一台能够处理 大数据的高性能计算 机，要求其具备 1GFLOPS 的峰值和 10G 的存储能力，而 价格却不能高于用于 高端科学计算的工作 站的价格。
以太网交换机
第三章 数据链路层 3.4.2 在数据链路层
以太网交换扩展机以太的网 特点
以太网交换机具有幵行性，即能同时连通多对接口，使多对主机能同时通 信（而网桥一次只能分析和转发一个帧）。相互通信的多对主机都是独占 传输媒体，无碰撞地传输数据。
以太网交换机是一种即揑即用设备，其内部的帧交换表（又称为地址表）是 通过逆向学习（backward learning，或称自学习）算法自动地逐渐建立起 来的。
这种方式提高了帧的转发速度，交换时延小；但缺乏智能性和安全性，也无 法支持具有不同速率的端口的交换。
存储转发式：交换机先将接收到的帧存储在高速缓存里，幵检查数据是否正确， 确认无误后通过查找转发表将该帧发送出去。如果发现帧有错，就将其抛弃。
优点是可靠性高，能支持不同速率端口间的转换，缺点是延迟较大。
以太网交换机的工作原理 第三章 数据链路层
3.4.2 在数据链路层 扩展以太网
如图给出了一台以太网交换机的内部结构，以太网交换机包含一组十几个端口，每 个端口拥有高速缓冲区暂存接收的帧，内部的帧交换表建立存储维护一组端口号 /MAC地址映射。通过转发机构实现多对不同端口之间的交换转发。
如图，交换机端口1上的结点A向D发送帧，其MAC帧的目的地址是站点D的MAC地 址，即DA=0E1002000013，交换机从端口1收到此帧，通过查找端口/MAC地址映 射表，找到目的地址D转发的端口号是5，则将此帧转发到5号端口上。
第三章以太数据网链路交层 换3.机4.2的工在数作据链原路层理举例 扩展以太网
Switch
交换机
ห้องสมุดไป่ตู้
端口号/MAC地址映射表
转发机构 缓冲区 端口
端口号/MAC地址映射表
端口号
交换机的发展历程
交换机的发展历程交换机是一种用于网络通信的设备，它可以根据一定的网络规则，将数据包从一个端口转发到另一个端口。
随着网络技术的不断发展，交换机也经历了多个演进阶段。
交换机的发展可以追溯到20世纪70年代早期，那时候交换机还被称为“分组交换机”。
它最早用于传统电话网络，用于在电话线路上进行电路交换。
这样的交换机主要通过物理连接的方式，将电话线路连接到交换机上，再通过电路交换的方式进行通信。
随着计算机网络的普及和互联网的发展，传统电话领域的交换机逐渐演化为局域网交换机。
1983年，IEEE（电气与电子工程师学会）提出了第一个以太网标准，定义了以太网交换机的工作原理。
以太网交换机通过学习和转发技术，可以将数据包从一个端口转发到另一个端口，以实现计算机之间的通信。
1990年代初，随着互联网的普及和数据通信的需求增加，交换机开始进入高速发展阶段。
交换机的处理能力和转发速度大幅提升，出现了支持千兆以太网和万兆以太网的交换机。
此时的交换机不仅可以用于局域网，还可以用于构建广域网，实现不同地点之间的远程通信。
2000年代初，交换机融入了更多的功能和技术，进一步提高了网络的性能和可靠性。
虚拟局域网（VLAN）技术的引入，使得交换机可以将不同的端口划分为不同的虚拟网络，增强了网络的隔离性和安全性。
此外，交换机还支持各种网络协议和特性，如OSPF、BGP、QoS等，以满足不同应用场景的需求。
近年来，随着云计算和大数据的兴起，交换机的功能和性能需求更加多样化和复杂化。
高密度交换机、软件定义网络（SDN）、数据中心互联网等新兴技术相继出现。
高密度交换机可以支持大量的网络设备连接，满足数据中心和企业网络的需求。
软件定义网络则提供了灵活、可编程的网络控制平面，使得网络的管理和操作更加简单和高效。
数据中心互联网则通过高带宽、低延迟的网络连接，实现分布式计算和大数据处理的高效运行。
总结起来，交换机作为网络通信的核心设备，经历了从电路交换到包交换的变革，从以太网到高速网络的升级，从简单转发到复杂功能的演进。
以太网PHY和交换机的应用设计
设计文档
数据手册 参考设计电路 推荐的变压器 原理图/器件放置/布线的检查清单 PCB设计准则 驱动程序源代码 驱动程序移植指导
25
以太网设计检查服务
原理图 放置和走线 布线 Gerber EMI故障排除
https:///mkt/web_lancheck.nsf /main/lancheck.pdf
30
模式引脚
可以通过模式引脚将PHY配置在某一模式下工作 通常配置Mode[2:0]=111以使能自动协商 LAN8720模式引脚：RXD0/MODE0、RXD1/MODE1和CRS_DV/MODE2 请注意，即使存在外部上拉/下拉电阻，SOC也可能会拉低/高配置引脚
31
MII/RMII选择
34
分立变压器和RJ45放置
>= 25 mm，有助于EMI
<= 25 mm
35
端接电阻和EMI电容放置
49.9Ω电阻靠近PHY
PHY
变压器
10 pF电容靠近磁件
36
差分对
TXP/TXN和RXP/RXN是差分对，需要设计为100Ω差分阻抗。 TXP与TXN必须等长，形状、长度和过孔数对称，RXP与RXN亦是如此。 将TX/RX走线与邻近的电路和信号隔离，距离大于或等于5倍差分走线间 距。
LAN8710支持MII和RMII接口，由RXD2/RMIISEL引脚配置 如果使用RMII，推荐使用LAN8720
32
连接到变压器
49.9Ω端接电阻要上拉至VDD33A 变压器中心抽头接到VDD3ห้องสมุดไป่ตู้A，旁边要0.022 uF电容接地
(计算机网络技术)04以太网基础
以太网发展历程
总结词
以太网的发展经历了从10Mbps到100Gbps的多个阶 段，以太网技术不断演进，以满足更高的网络性能需 求。
详细描述
以太网的发展历程可以分为多个阶段。最初是以太网 的原始版本，数据传输速率仅为2.94Mbps。随后， 以太网技术不断演进，出现了10Mbps的以太网、快 速以太网、千兆以太网、万兆以太网等不同版本，数 据传输速率逐渐提升。近年来，随着云计算、大数据 等技术的快速发展，以太网技术又迎来了新的挑战和 机遇，出现了40Gbps、100Gbps甚至更高速率的以 太网。
03
以太网网卡支持 10Mbps和100Mbps的 传输速率，以及全双工 和半双工模式。
04
常见的以太网网卡接口 类型包括RJ-45和BNC。
以太网集线器
01
02
03
04
以太网集线器是网络中的基础 设备，用于连接多个以太网设
备。
它采用共享带宽的方式工作， 所有端口共享总带宽。
以太网集线器不具备交换功能 ，无法实现端口之间的快速数
(计算机网络技术)04 以太网基础
目录
• 以太网概述 • 以太网协议 • 以太网硬件 • 以太网技术 • 以太网安全性 • 以太网未来发展
01
以太网概述
以太网定义
总结词
以太网是一种局域网技术，采用CSMA/CD协议，以共享介质的方式实现计算机之间的 通信。
详细描述
以太网是一种基于总线型的局域网技术，通过使用双绞线或光纤等传输介质，将多台计 算机连接在一起，形成一个网络。在网络中，计算机之间通过以太网交换机或集线器进
防火墙
通过设置访问控制列表，限制特定IP 地址或MAC地址的设备访问网络资源。
以太网自协商机制
以太网自协商机制11以太网技术基础1.1以太网的历史最初的以太网模型是1972年的AltoAlohaNetwork，以太网使用的共享媒体技术是从纯aloha、分时隙aloha一直演进到csma/cd。
最初的以太网是真正共享媒体的技术，包括10base2和10base5。
由于这两种技术存在工程安装的困难，出现了采用集线器（HUB）互连的以太网10BASET。
这几种以太网的技术都是半双工的，因此网络上都可能存在冲突，每一个网络都是一个冲突域，因此冲突检测机制是必须的组件。
后来出现了网桥或二层交换机，它是在MAC层互连不同的网络，不同端口所连接的网络是不同的冲突域，因此在不同的端口之间不需要CSMA/CD，而且每个网桥端口都支持全双工，理论上，在全双工的方式下，网桥各端口所互连的网络都不需要冲突检测机制。
1.2以太网的帧结构以太网的帧结构分为两种：EthernetII格式和802.3格式。
这二者的不同在于以太网帧承载的载荷前面究竟是长度（802.3格式）还是帧类型（EthernetII格式）。
所有的EthernetII 的类型域的值必须大于1536，而所有的802.3的长度域的值必须小于或等于1536。
以太网的MAC地址分为全球独一无二的地址和试验性地址（体现在MAC地址的U/L比特），以及每种地址的单播、广播、组播地址（体现在MAC地址的G/I比特）。
MTU是各种网络的数据帧所承载的载荷长度，例如以太网最大帧长可以为1518或1522（在加上VLANTAG时），而最大MTU始终是1500字节。
以太网的MTU最小是46字节的原因是由于共享媒体的以太网的冲突检测机制造成的，如果一帧过短，则共享媒体的另一台机器很有可能检测不到该帧的发送，故也发送了一帧，结果双方都不能检测到冲突，所以要有最小帧长。
但是该种限制只是在共享媒体（半双工）的网络上会存在，对于交换式网络（全双工），理论上是不存在的。
1.3以太网的常见媒体在使用铜缆搭建的以太网中最常见的媒体是双绞线，双绞线内有4对线，遵循TIA/EIA-568-A标准。
以太网交换机工作原理
• 避免环路
通过阻塞某些冗余连接，可以避免网 络环路的产生，从而防止广播风暴。
• 自动发现
STP能够自动发现和配置网络中的冗 余连接。
• 灵活性
可以根据网络规模和拓扑结构调整 STP配置。
端口镜像技术
定义
端口镜像技术是一种将一个 或多个端口的数据流量复制 到一个监视端口，以便于分 析和故障排除的技术。
MAC地址表大小
MAC地址表大小是指交换机能够记录的MAC地址的数量 ，是衡量交换机扩展能力的重要指标。MAC地址表大小 越大，交换机的扩展能力越强。
03
以太网交换机的关键技术
VLAN技术
定义
VLAN（Virtual Local Area Network）技术是一种将局域网设备从 逻辑上划分成一个个独立的网段，从而实现虚拟工作组的技术。
以太网交换机工作原理
• 引言 • 以太网交换机的基本原理 • 以太网交换机的关键技术 • 以太网交换机的应用场景 • 以太网交换机的未来发展
01
引言
交换机的定义和作用
01
交换机是一种网络设备，用于连 接多个网络节点，实现数据交换 和传输。
02
交换机的作用是提供快速、可靠 的数据传输服务，提高网络性能 和稳定性。
• 数据监控
通过镜像技术，可以对网络 中的数据流量进行实时监控 和分析。
• 故障排除
当网络出现故障时，可以通 过镜像端口快速定位问题。
• 安全审计
可以用于安全审计和日志记 录等目的，提高网络安全性 和可追溯性。
04
以太网交换机的应用场景
企业网络中的应用
企业网络中，以太网交换机主要用于 连接各个终端设备，如计算机、打印 机、服务器等，实现快速、可靠的数 据传输。
从 1Gb 向 10Gb 以太网的演进 – 不仅仅是速度更快!
19
解决管理所面临的挑战
新管理标准的目标
– 向管理控制器提供一致的连接类型 – 扩展服务器的管理能力,而不仅仅提供传统的温度和风扇速度监控 – 增加管理控制器的能力,使它能够采集系统中其它设备如外插卡的信息 – 为更多的设备和软件提供基于标准的管理支持 – 降低管理软件和驱动的开发复杂度
20
基板管理控制器 (BMC)回顾
10GBASE-T 生态系统在快速成长
Cisco* Catalyst* 4900: 8 10GBASE-T Port Module
Shipping Now!
Cisco* Catalyst* 6500: 16 10GBASE-T Port Module
Shipping Now!
Arista* 7124T: 24 10GBASE-T Ports Arista* 7148T: 48 10GBASE-T Ports
网络I/O控制 –不同业务类型的限度和份额
vMotion FT Mgmt NFS ISCSI
限度 指定一个组当中一条流能使用的最大带宽
– 以 Mbps为单位 – 给定流的业务不会超过指定的限度 – 针对ESX主机的发送端
Teaming Policy
份额 指定在一虚拟网卡发送端流的相对重要性 例如. 保证的最小带宽
MCTP Envelope Message
SMBus PCIe
BMC
SMBus on PCIe
服务器板
28
PCIe = PCI Express*
MCTP 通过 SMBus
25
管理部件传输协议
(MCTP)
• 提供平台管理子系统中如下部件之间的通信: – 管理控制器和智能管理设备 – 管理控制器和其它管理控制器 – 管理控制器和系统固件 (如BIOS) – 管理控制器和网络控制器 • 支持通过各种物理媒体传送管理包 – SMBus – Serial – PCIe – KCS /standards/pmci – USB • 消息内容是一样的, 但包的封装格式是不一样的
从STP到DT
从STP到DT-ring的演进不启动任何协议的以太网交换机而言，网络上的以太网交换机是不能形成环行结构的，若形成环行结构，网络中会产生广播风暴。
但工业过程要求保证网络的冗余，如何解决环网中的网络风暴，是工业交换机所要面临的问题，IEEE802.1d\W等网络协议提供了该问题的解决办法，但网络的自愈时间远远不能满足工业系统的可靠性的保障，东土电信公司根据网络通信的特点，创造了DT-ring的环网冗余技术。
使工业交换机构成环型网络成为现实。
1、IEEE802.1D生成树协议（Spanning Tree）生成树协议（Spanning Tree）定义在 IEEE 802.1D 中，是一种链路管理协议，它为网络提供路径冗余同时防止产生环路。
为使以太网更好地工作，两个工作站之间只能有一条活动路径。
网络环路的发生有多种原因，最常见的一种是有意生成的冗余----一个链路或交换机失败，会有另一个链路或交换机替代。
1.1生成树协议介绍生成树协议基于以下几点：（1）有一个唯一的组地址（01-80-C2-00-00-00）标识一个特定LAN上的所有的交换机。
这个组地址能被所有的交换机识别；（2）每个交换机有一个唯一的标识（Brideg Identifier）；（3）每个交换机的端口有一个唯一的端口标识（Port Identifier）。
对生成树的配置进行管理还需要：对每个交换机调协一个相对的优先级；对每个交换机的每个端口调协一个相对的优先级；对每个端口调协一个路径花费。
具有最高优先级的交换机被称为根（root）交换机。
每个交换机端口都有一个根路径花费，根路径花费是该交换机到根交换机所经过的各个跳段的路径花费的总和。
一个交换机中根路径花费的值为最低的端口称为根端口，若有多个端口具有相同的根路径花费，则具有最高优先级的端口为根端口。
在每个LAN中都有一个交换机被称为选取（designated）交换机，它属于该LAN 中根路径花费最少的交换机。
《数据通信：路由交换技术》课件：交换技术与应用
转发。
PC B回应一个帧给PC D 交换机从端口 E1 学习到
PC B的 MAC 地址
端口号 E0 E2 E3 E1
MAC地址 00d0-d001-1111 00d0-d001-2222 00d0-d001-4444 00d0-d001-3333
1
3
2
MAC1 MAC2
MAC3 MAC4
端口号
1 2 3 3
MAC地址
MAC1 MAC2 MAC3 MAC4
交换机工作原理
（1）地址学习 初始MAC地址表是空表
端ห้องสมุดไป่ตู้号
MAC地址
交换机工作原理
（1）地址学习 PC A 发送一个帧给 PC C 交换机从端口 E0 学习到
PC A 的 MAC 地址 交换机查找MAC地址表 交换机将该帧做 “洪泛”
一个特例，它标识了所有的网卡。
MAC地址用来识别一个以太网上的某个单独的设备或一组设备
以太网MAC地址
3.MAC地址的表示方法
单播MAC地址
组播MAC地址
广播MAC地址
第一种：每两位十六进制数1组（即1个字节)，一共6组，中间使用中划线连接。 第二种：每四位十六进制数1组（即2个字节)，一共3组，中间使用中划线连接。
70年代
80年代
90年代
92年
96年
2002年
共享式以太网工作原理
A
B
C
D
E
①如果中间的线路是共享的， 这条链路在同一时间由谁来 使用呢？如何来保证这些主 机能有序的使用共享线路， 不发生数据的冲突？
CSMA/CD机制
以太网交换机
面临问题
面临问题
以太网交换机作为一种数据传输设备，是局域网中重要的设备之一，内部结构端口均为同主机连接，可以在 连接多个端口的同时，实现数据传输，也不会产生冲突。除此之外，以太网交换机成本较低，可以满足不同层次 的实际需求，在大数据时代背景下，以太网交换机技术不断发展，扩展形成了很多复杂的业务。在这个过程中， 以太网交换机也面临着较为严重的安全问题，主要包括以下几个方面：第一，广播恶意攻击；第二，网络攻击； 第三，MAC地址攻击；第四，MAC恶意欺骗；第五，环路攻击。以广播恶意攻击为例，网络是一个开放的平台，交 换机在接受大流量广播数据时，就会通过广播的形式转发这些数据，如果数据的传输控制功能不够完善，那么网 络宽带就会被这些垃圾数据充满，交换机需要具备面对众多数据的传输控制功能。
应用
应用
以太网交换机应用最为普遍，价格也较便宜，档次齐全。因此，应用领域非常广泛，在大大小小的局域网都 可以见到它们的踪影。以太网交换机通常都有几个到几十个端口，实质上就是一个多端口的网桥。另外，它的端 口速率可以不同，工作方式也可以不同，如可以提供10M、100M的带宽、提供半双工、全双工、自适应的工作方 式等。
以太网交换机
交换机
01 概念
03 应用
目录
02 关键技术 04 特点
05 工作原理
07 转发方式
目录
06 面临问题
基本信息
以太网交换机是基于以太网传输数据的交换机，以太网采用共享总线型传输媒体方式的局域网。以太网交换 机的结构是每个端口都直接与主机相连，并且一般都工作在全双工方式。交换机能同时连通许多对端口，使每一 对相互通信的主机都能像独占通信媒体那样，进行无冲突地传输数据。
以太网传输介质及速率演进分析 (一)
以太网传输介质及速率演进分析 (一)以太网（Ethernet）是一种局域网技术，采用分组交换来传输数据，是最常用的有线通信技术之一。
随着时代的发展，以太网传输介质和速率也进行了演进。
一、10BASE5和10BASE2以太网10BASE5以太网采用的是共享介质，数据传输速率为10Mbps。
每个工作站需要连接到一条粗铜缆（最大长度为500米），同时采用一种“蹦跳式”接口传输数据。
这种接口在连接和拆卸时需要使用特殊的工具，而且连接也非常容易受到干扰。
因此，10BASE5以太网被10BASE2以太网所取代。
10BASE2采用的是细铜缆，每个工作站可以采用一种叫做BNC的接口进行连接。
与10BASE5不同的是，10BASE2最大线长达到185米。
每个工作站连接到一条细铜缆上，可以直接进行数据传输。
10BASE2以太网的最大传输速率也为10Mbps。
二、10BASE-T以太网10BASE-T以太网采用了双绞线作为传输介质，最大线长为100米。
采用RJ45接口进行连接。
10BASE-T以太网能够提供10Mbps的传输速率，比10BASE2提高了许多。
虽然双绞线的传输速率并不高，但是其价格非常便宜，配置也非常简单。
因此，10BASE-T以太网也成为了最常用的一种局域网技术。
三、100BASE-TX以太网100BASE-TX以太网是对10BASE-T的升级版，采用同样的双绞线作为传输介质，最大线长也是100米。
不同的是，100BASE-TX以太网能够提供100Mbps的传输速率。
它是10BASE-T以太网速率的10倍。
100BASE-TX以太网通常用于构建大规模局域网或者用于计算机和服务器之间的高速数据传输。
四、1000BASE-T以太网1000BASE-T以太网也采用了双绞线作为传输介质，最大线长为100米。
不同的是，它能够提供1Gbps（千兆位每秒）的传输速率。
这样的速率对于数据中心和云计算非常重要。
此外，1000BASE-T以太网易于部署和升级，因为它采用的是标准RJ-45接口。
交换机的前世今生
交换机的前世今生本文摘要1989年，Kalpana公司推出了首款10M以太网交换机(以下简称交换机)，基于MAC的转发机制，彻底摒弃了集线器全设备广播的弊端，带来有效带宽的大幅提升。
1989年，Kalpana公司推出了首款10M以太网交换机(以下简称交换机)，基于MAC 的转发机制，彻底摒弃了集线器全设备广播的弊端，带来有效带宽的大幅提升。
1995年，100M交换机面世，交换机的发展开始步入快车道。
进入二十一世纪以来，电脑、服务器、打印机、IP电话、无线接入点(AP)等基于以太网的设备越来越多，对交换机的转发能力要求也越来越高。
交换机快速跨越千兆、万兆，目前已经进入单端口4万兆的超高速时代。
快速回顾完交换机的发展史，我们来讨论一个很深入的话题：除了转发能力继续不断提升，交换机未来会朝什么方向发展?在此和大家分享华为公司对交换机技术发展趋势的理解。
我们认为交换机未来的发展方向有三个：一是业务创新，二是可靠性提升，三是绿色环保。
先谈谈业务创新。
业务创新对厂商能力提出了更高的要求，需要厂商对正在出现的各种新业务有深入的理解，并且具备整合网络中涉及的所有设备的能力,以满足各种各样的企业客户个性化需求，这一切从根本上都要依托于对市场走向的敏锐洞察以及强大的研发实力。
作为一家在通信领域有着20多年成功经验的厂商, 华为拥有着敏锐的洞察力以及强大的研发实力，能够也必将致力于开发出适合企业用户的产品和解决方案。
再来谈谈可靠性。
一个可靠的网络系统，能够保证长期的正常运转，在极低的概率情况下才出现故障。
高可靠性的设备和可靠性技术是保证以上可靠性的基础。
高可靠性设备需要双主控、电源冗余、风扇冗余、分布式转发等架构特性作为支撑，以提供快速的数据交换和极高的永续性。
可靠性技术是指端到端故障快速定位、全节点监控、网络流量优化等能力;目前有超过650万台华为交换机在网稳定运行,在可靠性方面，华为Sx700系列交换机具有关键部件冗余设计,硬件3.3ms高精度链路检测,独有的智能以太网保护协议SEP, 宕机留言,智能监控等贴心设计,为用户业务稳定运行提供“多面”保障，真正理解用户需求，并在广泛实践的基础上形成满足用户需要的可靠性解决方案。
交换机发展历程
交换机发展历程
在计算机网络技术领域，交换机是一种常见的网络设备，用于在局域网中转发数据包。
交换机的发展历程可以追溯到20世
纪80年代。
早期的网络中，常使用集线器（Hub）来连接多台计算机，这
种设备能将来自一个接口的数据包广播到所有其他接口，但无法实现对数据包的目标地址进行精确转发。
因此，网络中的每台计算机都会收到所有其他计算机发送的数据包，导致网络带宽的浪费和网络性能的下降。
为了解决这个问题，最早的交换机被引入到网络中。
这些交换机通过建立一个转发表，记录不同计算机的MAC地址和相应
的接口，使得数据包只被发送到目标计算机所连接的接口上。
通过这种方式，交换机能实现数据包的准确转发，提高网络性能和带宽利用率。
随着计算机网络规模的不断扩大，交换机的功能也得到了进一步的发展。
一种常见的交换机类型是三层交换机，它不仅可以根据MAC地址转发数据包，还能根据IP地址进行转发。
这
使得交换机能够在不同的子网之间进行数据包转发，实现不同局域网之间的连接。
三层交换机的应用进一步提高了网络的灵活性和性能。
随着技术的不断演进，交换机的性能和功能得到了进一步提升。
现代交换机支持更高的数据传输速率和更复杂的传输协议，如千兆以太网和万兆以太网。
另外，一些高级交换机还支持虚拟
局域网（VLAN）功能，能够将一个物理网络划分为多个逻辑网络，增加网络的安全性和管理灵活性。
总的来说，交换机经历了从最初的简单转发设备到现代高级网络设备的演进过程。
它的出现和发展极大地推动了计算机网络技术的进步，并在实际应用中发挥着重要的作用。
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以太网交换机演进史2013-11-21 18:26 徐霆 字号：T | T近几年来，云计算、BYOD移动办公、SDN、物联网、视频以及大数据等新概念层出不穷，引发了对高密度、高性能、更灵活、更大规模以太网的需求，由此引发了新一轮以太网交换技术的革命性增长。
以太网称霸作为一种原理简单、便于实现同时又价格低廉的局域网链路层技术，以太网正在成为网络领域的基础和垄断承载技术。
40年风雨兼程，以太网逐渐赢得业界普遍认同，成为最有前途的网络技术。
这其中，更高性能的快速以太网和千兆以太网的出现，可以说是以太网飞速发展、迅速称霸局域网并将触角渗透到城域网的翅膀。
1973年，施乐帕洛阿尔托研究中心的罗伯特·梅特卡夫(Robert Metcalfe)给他PARC 的老板写了一篇有关以太网潜力的备忘录，这被认为是以太网的源起点。
1976年，梅特卡夫和他的助手David Boggs发表了一篇名为《以太网：局域计算机网络的分布式包交换技术》的文章。
1977年底，梅特卡夫和他的合作者获得了“具有冲突检测的多点数据通信系统”的专利。
多点传输系统被称为CSMA/CD(带冲突检测的载波侦听多路访问)，从此标志以太网的诞生。
1979年，梅特卡夫离开施乐成立了3Com公司。
3com对迪吉多、英特尔和施乐进行游说，希望与他们一起将以太网标准化、规范化。
这个通用的以太网标准于1980年9月30日出台，当时业界有两个流行的非公有网络标准令牌：环网和ARCNET，在以太网大潮的冲击下，它们很快萎缩并被取代。
今天，3Com已经消失，而以太网却呈现出了万夫莫挡的霸气。
四代交换机演进史从1989年第一台以太网交换机面世至今，经过20多年的快速发展，以太网交换机在转发性能上有了极大提升，端口速率从10M发展到了100G，单台设备的交换容量也由几十Mbps 提升到了几十Tbps。
凭借着“高性能、低成本”等优势，以太网交换机如今已经成为应用最为广泛的网络设备。
随着以太网的发展，以太网交换机也在持续演进。
早期的以太网设备如集线器是物理层设备，不能隔绝冲突扩散，限制了网络性能的提高。
交换机(网桥)作为一种能隔绝冲突的二层网络设备，极大地提高了以太网的性能。
随着技术的发展，如今的交换机早已突破当年桥接设备的框架，不仅能完成二层转发，也能根据IP地址进行三层硬件转发，甚至还出现了工作在四层及更高层的交换机。
根据交换机工作的协议层次，将交换机划分为：二层交换机、三层交换机和多层多业务交换机，简单回顾一下交换机的发展历程。
交换机前身：集线器说到交换机，不得不先说一下和交换机外观非常类似的集线器。
集线器(Hub)工作于OSI(开放系统互联参考模型)参考模型第一层，即“物理层”，其主要功能是对接收到的信号进行再生整形放大，以扩大网络的传输距离，同时把所有节点集中在以它为中心的节点上。
由于集线器收到报文会向所有端口转发，同时只能传输一个数据帧，通过集线器相连的所有主机处于同一个冲突域中，因此，当有多台主机同时发送数据报文时，大量的冲突将导致性能显著下降，这也意味着集线器所有端口都要共享同一带宽，以集线器为核心构建的网络是共享式以太网的典型代表。
严格来说，集线器不属于狭义上的交换机范畴，但由于集线器在网络发展初期具有举足轻重的作用，在很长时间内占据着目前接入交换机的应用位置，因此往往也被看成是(第)一层交换机。
典型产品有：3COM 3C16410集线器、Cisco 1538集线器。
二层交换机交换机是在多端口网桥的基础上逐步发展起来的，Kalpana公司在1989年发明了第一台以太网交换机，EtherSwitch EPS-700，对外提供7个固定端口。
最初的交换机是完全符合OSI定义的层次模型的，也就是说工作在OSI模型的第二层(数据链路层)，因此也被称为二层交换机。
二层交换机识别数据帧中的MAC地址信息，主要根据MAC地址选择转发端口，算法相对简单，便于ASIC实现，因此转发性能极高。
交换机的出现，解决了集线器的冲突域问题，使得以太网从“共享式“步入了“交换式”时代，大大提高了局域网的性能。
典型产品：Cisco 2960系列交换机、Huawei 5700-LI系列交换机。
三层交换机在引入VLAN之前，交换机只能隔离冲突域，而不能分割广播域。
然而在TCP/IP协议栈进行通信时，广播或组播类型的协议报文会被广泛使用，如ARP/RIP/DHCP等。
如果整个网络只有一个广播域，一旦发出广播报文，就会传遍整个网络，这样不仅会影响到网络带宽，而且还会对网络中的主机带来额外的负担。
随着时间的推移，网络由最初的军事、科研用途逐渐融入人们的日常生活，网络用户数急速提升，广播域带来的问题愈发明显。
虽然VLAN在交换机上能够实现广播域的隔离，但VLAN之间的转发还是要通过路由器来完成。
相对于交换机而言，路由器不仅价格昂贵，而且性能较差，无法满足大量用户对大带宽的需求，人们呼唤能工作在ISO模型第三层的交换机，在满足客户需求的同时继续保持“高性能、低成本”的传统优势。
三层交换机的发展经历了一个小插曲。
由于早期的ASIC芯片无法独立完成三层转发的完整功能，2002年左右出现的“三层交换机”采用了广为流传的“一次路由多次交换”技术，逻辑上可以看成在原有二层交换机之上“扣了一个三层的帽子”，因此对外表现为“弱三层、强二层”的特点。
但随着芯片技术的发展，很快ASIC就支持了硬件路由查找功能，真正实现了全硬件三层转发的交换机，因此最终“三层交换机”只是昙花一现，很快被全硬件三层转发的交换机所取代。
为了避免与前期的“三层交换机”相混淆，支持全硬件三层转发的交换机往往也称为路由交换机。
典型产品：Cisco 3750-X系列交换机、Huawei 5700-EI系列交换机。
多业务交换机近年来，尤其是万兆以太网出现后，语音、视频、游戏等高带宽业务逐步开始普及，这些业务的开展和部署对网络设备的要求已经不仅仅是完成数据的连通性，还提出了一些新的需求，比如安全性、可靠性、QoS等。
同时为了降低组网成本，简化管理维护，网络设备的功能出现了融合的趋势，这就催生了交换机支持多层转发，融合增值业务的能力。
由于ASIC芯片能力的限制，当前的多业务交换机采用了基本二、三层业务“叠加”上层增值业务的混合模型，在组网应用时对外呈现为多台物理设备，本质上是多台设备安装在同一机框内，没有实现真正的融合。
因此，这种混合模型的多业务交换机距离客户心目中期望的真正多业务交换机还有一定差距。
典型产品：Cisco 6500系列交换机、Huawei S9700系列交换机。
其中Huawei S9700交换机采用全分布式硬件转发架构，单机交换容量最大可达18.56Tbps，最大支持12个业务槽位，支持防火墙/NAT、负载均衡、无线AC、IPSec VPN等多种增值业务能力。
为了便于对比，我们把上面几代产品简单列表如下：面向未来网络，第五代交换机呼之欲出近几年来，云计算、BYOD移动办公、SDN、物联网、视频以及大数据等新概念层出不穷，引发了对高密度、高性能、更灵活、更大规模以太网的需求，由此引发了新一轮以太网交换技术的革命性增长。
总体来说，新业务环境对以太网交换机的期望集中在以下几个方面：全可编程能力业务灵活性是当前交换机面临的最大挑战。
为了增加交换机的业务灵活性，厂商往往采用可编程ASIC技术实现多业务能力，但可编程ASIC仅具备部分可编程能力，如自定义报文解析，带来的业务灵活性非常有限，无法完全满足快速多变的业务需求。
因此未来的交换机必须具备完全可编程能力才能满足快速变化的业务需求。
用户通过升级软件的方式即可支持新业务，而无需更换硬件，保护客户的前期投资。
此外，为了达到简化管理、流量优化、快速部署的目的，SDN也正以不可阻挡之势冲击着现有网络架构，除了当前的Openflow1.3标准，各厂商也都在推出自己的SDN标准。
SDN 本身也要求下一代交换机必须具备完全可编程能力，确保网络能够平滑向SDN演进。
高度“一体化”从最早的交换、路由功能融合，到运营商的Triple-Play三网合一(语音、数据、数字电视)，再到数据中心的三网合一(计算、存储、通信)，网络功能的融合一直是个大趋势，而这背后的推动力都是为了降低组网成本，简化管理维护。
以园区应用为例，WLAN及BYOD的快速发展使得无线用户迅猛增加，而目前无线用户的接入和管理分别是由不同的设备来完成的，这给IT管理和维护人员带来了很大负担，因此迫切要求第五代交换机能够实现无线有线的融合，支持有线用户、无线用户的统一接入和统一策略。
另外，随着网络全面步入“以用户为中心”的时代，精细化用户管理也已成为园区网络中不可或缺的一部分。
虽然独立BRAS设备在功能上能满足园区需求，但其不菲的价格阻碍了在园区网的应用，因此交换机融合BRAS功能也将是一个趋势。
超大硬件表项资源到2015年，连接到Internet上的终端将达到33亿，其中70%以上是物联网应用，而随着物联网One M2M标准组织的建立，IPv6应用将进一步在能源、电力、交通等行业扩张。
物联网带来了无限连接需求，要求网络设备必须具备更大的表项规格，以适应网络5-10年的扩张能力。
强大的QoS能力如何保证网络应用端到端的QoS一直是交换机面临的重大挑战。
进入富媒体时代后，网络上承载着大量的实时视频类业务，不仅需要较大的网络带宽，而且对网络的时延和丢包率有着很高的要求。
而IP网络的一个重要特点就是流量的不确定性和突发性，为了避免大量丢包引入的时延和额外带宽开销，要求网络设备具备一定的吸纳突发的能力和精细化的队列调度能力。
此外，网络级QoS检测和呈现一直是IP网络的一个难点。
在新部署业务时，用户要能够准确判断当前网络是否满足需求;由于网络质量是动态的，在业务运行期间，用户还需要及时感知到网络质量的变化情况，并及时做出响应，如切换到备份链路。
在过去的二十多年中，以ASIC芯片为核心的传统交换机凭借着“高性能、低成本”等优势已成为应用最为广泛的网络设备，然而在面对云计算、BYOD移动办公、SDN、物联网以及大数据带来的变化和挑战时，ASIC芯片灵活性差的缺点使得传统交换机难当重任，继续在ASIC平台上采用混合模型修修补补也无法延续交换机昔日的辉煌，只有通过变革与创新才能保持交换机的竞争力。
要实现交换技术在上述几点的突破，就必须对交换机底层架构进行革命性提升，我们将其定义为第五代交换机。