[分享]交換式乙太網路（Switched Ethernet）簡介

robinson · 发表于 2004-11-30 14:12:05

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交換式乙太網路（Switched Ethernet）簡介
前言
Ethernet 是一種分享式（Shared）的網路技術，因為是分享，因此同一時間，僅能有一個裝置傳送資料，其他裝置則負責收聽，並且決定是否要接收資料。若網路上的裝置要傳送資料，裝置必須先監聽網路線上是否有資料傳遞，若沒有，裝置便把資料往網路線上丟，然而由於資料傳遞有延遲問題，可能導致兩個裝置同時監聽到網路上並沒有資料傳遞，因此同時把資料丟上網路，碰撞（Collision）於是發生，當網路區段上的裝置越來越多，每一個裝置分享到網路使用時間也就越來越少，碰撞發生的機率也就越來越高。要解決這樣網路瓶頸，最簡單的方法就是把網路切割成幾個節區（Segments），每一個節區其實就是封包（Packet）碰撞（Collision）有效的區域，然而兩個不同節區，還是有交換資料的必要，因此橋接器（Bridge）便因應而生。簡單的說橋接器便是交換器裝置的雛型，而交換器裝置就像是 Multi-Port-Bridge，它屬於 OSI七層當中的 MAC（Media Access Control）層，也就是用切割網路節區方法，來解決日漸壅塞的網路瓶頸，用交換器所切割出的網路可說是一個Collision Domain多個Collision Domain可以同時作資料傳輸工作而不會互相影響，網路效能因此獲得提昇。
為什麼要使用交換式乙太網路
在網路升級方案中，交換式乙太網路是一個不錯的選擇，因為交換式乙太網路對現有網路架構影響變動最少。它不像高速乙太網路（Fast Ethernet）的解決方案，必須更新線材、網路卡、集線器 …，交換式乙太網路使用同樣的配線（Wiring），同樣的網路卡，以略為增加的花費 -- 交換式乙太網路集線器，即可有效改善網路效能，況且目前高速交換式乙太網路集線器已非常普遍，並且提供了自動偵測 (Auto-Sensing)功能。
網路管理更加容易 -- 透過 VLAN（Virtual LAN）的支援，管理者不必拘泥實質上（Physical）網路的連接方式，而以邏輯方式（Logical）集合網路裝置，例如以 Port 或以 MAC Address 甚至 IP Address 來組成工作群組，如此一來，人員異動，網路架構改變所需要的努力，將可以減少到最低。
基本上，交換式乙太網路具有低延遲（Latency）時間、切割網路區段（Segments）等功能，可以對特定使者或伺服器等設備提供專屬（Dedicated）之頻寬，有效而很彈性地增進網路的效能。
交換式乙太網路特性
全雙工：傳統分享式 Ethernet 使用兩對絞線，一對用來傳遞資料，另一對則用來監聽網路上是否有資料傳遞;至於交換式乙太網路對網路裝置來說是屬於獨佔，因此兩對絞線，一對用來傳遞資料，另一對則用來接收資料，可以同時進行，不會產生碰撞，因而網路頻寬加倍，這就是全雙工。
流量控制（Flow Control）：不同速度與目的之網路傳輸可能會產生傳輸壅塞與超載的情形，例如連接於交換式集線器的不同速度的網路設備10Mbps與100Mbps，10Mbps勢必無法應付100Mbps的資料傳送，因而必須有一套管制機制。在半雙工的流量控制方式是利用製造假碰撞或傳輸偵測（Carrier Sense）機制讓傳送端以為傳輸埠正在忙碌中而停止傳送資料；至於全雙工的流量控制方式，由於傳送接收各自屬於專屬通道，因而無法製造假碰撞或作載波偵測，它是使用 IEEE802.3x 標準來作為流量控制，也就是交換器會送出一個暫停（PAUSE）的訊框讓傳送端暫停資料傳輸。
MAC Address Table：由於交換式乙太網路在作封包傳遞時並不須要對所有連接埠作廣播，而是要將封包送往適當的裝置位址，此一位址就是所謂的 MAC（Media Access Control）Ａddress；要知道那些 MAC Ａddress 是位於那個 Port，這就要透過 MAC Address Table 的記錄，封包也得以送到正確目的地；MAC address Table 從電源開啟即開始收集，電源關閉則 Table 自然消失。
資料處理方式：Store-and-Forward Ethernet是以封包方式來傳遞資料，封包長度可以從64位元組到1518位元組，最前面12位元組指出來源（Source）與目的（Destionation） MAC 位址，最後面4 bytes則是FCS介以核對封包的正確性；store-and-forward會接收整個封包並置於資料緩衝區，再核對其封包的正確性，若封包有誤則整個封包將被拋棄，如此一來可以保持封包的正確性，但相對地將造成較長的延遲時間（Latency）。 Cut-Through 只偵測最前面封包的目的位址，便把封包往目的位址傳送，如此可縮短延遲時間，但是錯誤封包也跟著傳遞過去，未加以檢核。Modified cut-Througt 或者稱為Fragment Free 則是僅接收封包前面64Byte之後開始處理封包，因為大部分封包的正確性從前面64Byte即可正確決定，因而兼顧封包傳遞的速度與正確性。
什麼時候用交換器
一般而言網路交通流量，與客戶使用的資料型態、尖峰流量、使用者數目有關，
若使用在網路上使用大量圖形影像，或者使用者達到某一數量足以影響網路交通
時，適時使用交換器將可以有效改善網路效率。視訊會議也可透過交換器獲得重
大改善，因為交換器專屬式的網路環境，能提供視訊會議須要的即時（Real
Time）大量網路交通，如此才能避免畫面停頓現象。當網路流量增加到無法忍受
時，而企業網路架構又不允許作重大改變，更無法忍受一星期甚至一天的網路停
擺，此時何不考慮交換器，如此對現有網路影響最小，管理也最容易。

應用實例
使用單位的網路環境是高速乙太網路所組成，由於擴充上的需求必須要在現有環境
增加連接埠，且新增使用者分屬於不同樓層，礙於IEEE802.3u 規格限制，集線器與集線器之間串聯距離不可以超過5公尺，此時可以加入交換式集線器作為主幹裝置，下層再串接高速集線器及伺服器，如此即可突破高速乙太網路的距離限制，且有效提昇效能。