数据交换

数据交换
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   在过去的300多年中，每一段时期都有一种主流的技术。18世纪的机械时代；19世纪的蒸汽机时代；到了20世纪，科技技术飞速发展，造就了IT产业的繁荣，把人类带入一个崭新的信息时代。
传统电信业100多年来一直采用以 “电路交换” 的技术路线，话音业务仍占主导。由于技术发展的历史原因，传统电信网络种类繁多，不同的网络承载不同的业务，话音、数据、图像、传真等业务均有各自的承载通信平台。广义的交换机(Switch) 就是一种在通信系统中完成信息交换功能的设备。交换的概念最早起源于电话通讯系统，我们前面所讲的人工交换就是交换技术的第一代模式。当然现在我们早已普及了程控交换机，交换的过程都是自动完成。在计算机网络系统中，交换概念的提出是对于共享工作模式的改进。
首先我们介绍在数据交换中所需要涉及的设备，再接着分析数据交换与语音交换的共同点与不同点。
在组成一个计算机的局域网中，我们需要一种设备∶首先它能在局域网内交换不同用户终端(电脑) 的数据请求；其次它要求能在不同类型的局域网间进行数据交换。那么集线器(HUB) 、交换机和路由器则当之无愧地成为局域网的连接核心了。下面就让我们来看看它们是怎样来扮演这一核心角色的。
集线器
   集线器(HUB) 是对网络进行集中管理的重要工具，像树的主干一样，它是各分枝的汇集点。网络中的所有计算机通过网线连接到集线器上，从而实现互连。集线器是一个共享设备，其实质是一个中继器，而中继器的主要功能是对收到的信号进行再生放大，以扩大网络的传输距离。在网络中，集线器主要用于共享网络的建设，是解决从服务器直接到桌面的最经济的方案。在交换式网络中，HUB直接与网络交换机相将交换机端口的数据送到桌面。使用HUB组网灵活，它处于网络的一个结点上，对结点相连的工作站(网络的某一台计算机) 进行集中管理，不让出问题的工作站影响到整个网络的正常运行。在早期的局域网中，集线器一直是连接各个工作站的主要设备，由于人们对交换处理速率需求的急剧膨胀，加上网络交换机的价格的迅速下降，集线器的“男一号” 地位正受到交换机有力的冲击。选择一台性能良好的交换机，已经成为建立局域网首要考虑的问题。
交换机
    我们之前介绍的集线器虽然也能共享资源，但它本身不能识别目的地址，当同一局域网内的A主机给B主机传输数据时，数据包在以HUB为架构的网络上以广播的方式传输的，也就是向局域网中的每一台计算机都发送相同的信息，然后由每一台终端通过验证数据包头的地址信息来确定是否接收。就是说，在这种工作方式下，同一时刻网络上只能传输一组数据帧的通讯，如果发生碰撞还得重试。这种方式就是共享网络带宽。网络交换机与之不同的是∶交换机拥有一条很高带宽的背部总线和内部交换矩阵。交换机的所有电脑终端都挂接在这条背部总线上，控制电路收到数据包后，处理端口会查找内存中的地址对照表以确定目的MAC(网卡的硬件地址) ，确定目的地址后，通过内部交换矩阵迅速将数据包传送到目的端口。目的MAC若不存在才广播到所有的端口，按收端口回应后交换机会“学习” 新的地址，并把它添加入内部地址表中。使用交换机也可以把网络“分段” ，通过对照地址表，交换机只允许必要的网络流量通过交换机。通过交换机的过滤和转发，可以有效的隔离广播暴，减少误包和错包的出现，避免共享冲突。
   交换机在同一时刻可进行多个端口对之间的数据传输。每一在其上的网络设备独自享有全部的带宽，无须同其它设备竞争使用。当节点A向节点D发送数据时，节点B可同时向节点C发送数据，而且这两个传输都享有网络的全部带宽，都有着自己的虚拟连接。假使这里使用的是10Mbps的以太网交换机，那么该交换机这时的总流通量就等于2×10Mbps=20Mbps，而使用10Mbps的共享式HUB时，一个HUB的总流通量也不会超出10Mbps。如果在网络中有10台计算机同时发出请求，10Mbps的带宽将被分配给这些计算机，每一台都不可能达到10Mbps，这也正是交换机优于集线器的地方，从而也决定了交换机的价格要高于集线器。
总之，网络交换机是一种基于对网卡内部出厂时设置的固定不变的地址（MAC）识别，能完成封装转发数据包功能的网络设备。交换机可以“学习”MAC地址，并把其存放在内部地址表中。通过在数据帧的始发者和目标接收者之间建立临时的交换路径，使数据帧直接由源地址到达目的地址。交换机的这一特点充分地赢得了局域网的信任，从而得到了“男一号”的殊荣。
路由器
   路由器作为局域网的新贵，与网卡、集线器之类的网络产品相比，就并不为众人所知了，一个大型的局域网为了管理的方便，经常要人为地划分成几个小的网，有时还要把局域网与外部的网络连接。路由器作为一种能连接多个网络的网络设备，能将不同网络或网段之间的数据信息进行“翻译”，以使它们能够相互“读”懂对方的数据，从而构成一个更大的网络。我们常见的集线器和交换机一般都是用于连以太网的，但是如果将两种不同网络类型的网络连接起来,比如以太网与ATM网,集线器和交换机就派不上用场了。路由器能够连接不同类型的局域网和广域网，如以太网、ATM网、FDDI网、令牌环网等。不同类型的网络，其传送的数据单元──帧（Frame）的格式和大小是不同的，就像公路运输是以汽车为单位装载货物，而铁路运输是以车皮为单位装载货物一样，从汽车运输改为铁路运输，必须把货物从汽车上放到火车车皮上，网络中的数据也是如此，数据从一种类型的网络传输至另一种类型的网络，必须进行帧格式转换。路由器就有这种能力，而交换机和集线器就没有。
   实际上，我们所说的“因特网”就是由各种路由器连接起来的，因为因特网上存在各种不同类型的网络，集线器和交换机根本不能胜任这个任务，所以必须由路由器来担当这个角色。

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