以太网――使用交换机

 在过去几年中，交换机迅速成为大多数网络的基本组成部分。交换机可以将 LAN 细分为多个单独的冲突域，其每个端口都代表一个单独的冲突域，为该端口连接的节点提供完全的介质带宽。由于每个冲突域中的节点减少了，各个节点可用的平均带宽就增多了，冲突也随之减少。

 

LAN 可以用一台中心交换机连接到仍然为节点提供连通性的集线器，也可以直接将所有节点连接到交换机。这些拓扑如图所示。

 

在连接到交换机端口的集线器 LAN 中，仍会共享带宽，这可能在集线器的共享环境中造成冲突。但交换机将会隔离网段，将冲突限于集线器端口之间的通信。 

直接连接节点

 

在所有节点直接连接到交换机的 LAN 中，网络的吞吐量大幅增加。这种增加主要缘于三个原因：

每个端口有专用的带宽

没有冲突的环境

全双工操作

 

这些物理星型拓扑实质上是点到点链路。

 

 

专用带宽

 

每个节点在节点与交换机的连接中都有全部介质带宽可供使用。由于集线器会复制收到的信号并发送到所有其它端口，因此传统的以太网集线器将形成逻辑总线。这意味着所有节点都必须共享此总线的带宽。而使用交换机时，每台设备在其与交换机的连接中都能有效地建立专用的点到点连接，不必竞争介质。

 

例如，比较一下各有 10 个节点的两个 100 Mbps LAN。在网段 A 中，10 个节点连接到一台集线器，所有节点共享可用的 100 Mbps 带宽，因此每个节点的平均带宽为 10 Mbps。在网段 B 中，10 个节点连接到一台交换机，所有 10 个节点都能使用全部 100 Mbps 带宽。

 

由此可见，即使是在这样的小型网络中，带宽的增加也非常可观。当节点数量增加时，两种以太网中可用带宽的差距将会形成天壤之别。

 

没有冲突的环境

 

与交换机之间的专用点到点连接同时也消除了设备之间的介质竞争，使节点很少甚至不会发生冲突。在使用集线器的传统网络中，一个中等规模的网络大约有 40% 到 50% 的带宽用于冲突恢复；而在几乎没有冲突的交换以太网中，基本上没有任何开销用于冲突恢复。因此，交换网络的吞吐量速率远远优于传统网络。

 

全双工操作

 

交换还使网络在全双工以太网环境中运行。在引入交换之前，以太网只支持半双工模式。这意味着，在任何指定时间，某个点要么发送，要么接收。而交换以太网中启用全双工之后，直接连接到交换机端口的设备可以使用全部介质带宽同时发送和接收。

设备与交换机之间的连接没有冲突。与半双工相比，这种配置将发送速度有效地提高了一倍。例如，如果网络速度为 100 Mbps，则每个节点在以 100 Mbps 的速度发送帧的同时，又能以 100 Mbps 的速度接收帧。

 

用交换机取代集线器

 

大多数现代以太网都使用交换机来连接终端设备，同时以全双工模式运行。既然交换机提供的吞吐量远胜集线器，性能也强得多，那么您可能要问：为什么不在每个以太网 LAN 中都使用交换机？集线器仍在应用的原因有三个：

可用性 - LAN 交换机在 90 年代初期才开发出来，90 年代中期才开始推广。早期的以太网使用 UTP 集线器，时至今天，其中许多网络还在运行。

经济 - 交换机刚推出时非常昂贵。随着交换机价格的下降，集线器的使用逐渐减少，成本不再是部署决策要考虑的重要因素了。

要求 - 早期的 LAN 网络只是用来交换文件和共享打印机的简单网络。如今，许多地方的早期网络已演变到融合网络，导致个别用户对高带宽的需求急剧增加。但在有些环境中，共享介质集线器仍然能满足要求，所以这些产品还有市场。