局域網交換機還是比較常用的，于是我研究了一下局域網交換機主要結構及技術，在這里拿出來和大家分享一下，希望對大家有用。局域網交換機卓越的性能表現，來源于其內部獨特的技術結構。而不同的交換模式或不同的交換類型，也跟局域網交換機內部結構密不可分。所以說，了解了局域網交換機的內部結構，就等于了解了局域網交換機的技術特點和工作原理。目前局域網交換機采用的內部技術結構主要有以下幾種。

1．共享內存式結構

該結構依賴于中心局域網交換機引擎所提供的全端口的高性能連接，并由核心引擎完成檢查每個輸入包來決定連接路由。這種方式需要很大的內存帶寬和很高的管理費用，尤其是隨著局域網交換機端口的增加，需要內存容量更大，速度也更快，中央內存的價格就變得很高，從而使得局域網交換機內存成為性能實現的主要瓶頸。

2．交叉總線式結構

交叉總線式結構可在端口間建立直接的點對點連接，這種結構對于簡單的單點式（Unicast）信息傳輸來講性能很好，但并不適合點對多點的廣播式傳輸。由于實際網絡應用環境中，廣播和多播傳輸方式很常見，所以這種標準的交叉總線方式會帶來一些傳輸問題。例如，當端口A向端口D傳輸數據時，端口B和端口C就只能等待。而當端口A向所有端口廣播消息時，就可能會引起目標端口的排隊等候。這樣將會消耗掉系統大量帶寬，從而影響局域網交換機傳輸性能。而且要連接N個端口，就需要N×（N+1）條交叉總線，因而實現成本也會隨著端口數量的增加而急劇上升。

3．混合交叉總線式結構

鑒于標準交叉總線存在的缺陷，一種混合交叉總線實現方式被提了出來。該方式的設計思路是將一體的交叉總線矩陣劃分成小的交叉矩陣，中間通過一條高性能總線連接。該結構的優點是減少了交叉總線數，降低了成本，還減少了總線爭用。但連接交叉矩陣的總線成為新的性能瓶頸。

4．環形總線式結構

這種結構方式在一個環內最多可支持四個交換引擎，并且允許不同速度的交換矩陣互連，以及環與環間通過交換引擎連接。由于采用環形結構，所以很容易聚集帶寬。當端口數增加的時候，帶寬就相應增加了。與前述幾種結構不同的是，該結構方式有獨立的一條控制總線，用于搜集總線狀態、處理路由、流量控制和清理數據總線。另外，在環形總線上可以加入管理模塊，提供完整的SNMP管理特性。同時還可以根據需要選用第三層交換功能。這種結構的最大優點就是擴展能力強，實現成本低，而且有效地避免了系統擴展時造成的總線瓶頸。

局域網交換機的主要技術

局域網交換機由于使用了虛擬線路交換方式，技術上可在各輸入、輸出端口之間互不爭用帶寬，或在不產生傳輸瓶頸的情況下，完成各端口間數據的高速傳輸，從而大大提高了網絡信息點的數據傳輸，優化了網絡系統。局域網交換機與HUB在硬件上的主要區別是多出了背板總線和交換引擎兩大部分，這說明局域網交換機的技術含量普遍較高。所以要全面了解局域網交換機，就必須清楚局域網交換機的主要技術特點。下面介紹了各類用于局域網交換機中的主要技術。

1．可編程ASIC（特定用途集成電路）

這是一種專門用于優化第二層交換處理的專用集成電路芯片，也是當前聯網解決方案的核心集成技術，它可將多項功能集成在同一個芯片上，使之具有設計簡單、高可靠性、低電源消耗、更高的性能和成本更低的優點。在局域網交換機上普遍采用的可編程ASIC芯片，是一種可以由廠家，甚至是用戶根據應用需要，編輯專用程度的ASIC芯片，是局域網交換機應用中的重要應用技術之一。

2．分布式流水線

有了分布式流水線，多個分布式轉發引擎就能快速、獨立地傳送各自的數據包。而在單個流水線中，多個ASIC芯片可同時處理多個幀。這種并發性和流水線可將轉發性能提高到一個新高度。在所有端口上實現點播（Unicast）、廣播（Broadcast）和組播（Multicast）的線速性能。所以說，分布式流水線的采用是局域網交換機交換速度提高的重要原因。

3．動態可擴展內存

對于先進的局域網交換產品，高性能和高品質功能往往建立在智能化的存儲器系統之上。動態可擴展內存技術可以使局域網交換機在運行過程中，根據數據流的需要動態地擴展內存容量。為此，在第三層局域網交換機模式中，已將存儲器的一部分直接與轉發引擎關聯起來，從而使其具有增加更多接口模塊的能力。這樣，包括各自的轉發引擎，存儲器也就相應地得到了擴展。同時，還可通過流水線式的ASIC處理，動態地構造緩存，增加內存的使用率，也可使系統在處理較大的突發數據流時，不會產生丟包現象。

4．先進的隊列機制

事實上，不管網絡設備有多么優秀的性能和品質，誰都會受到其所聯接網段上的數據擁擠所帶來的不同損害。傳統的方式是，通過一個端口的流量必須在只有一個輸出隊列的緩存中保存，不論它的優先級是多大，也必須按照先進先出的方式來處理。當隊列滿時，任何超出部分都將被丟棄。而當隊列變長時，延時也將會增加。顯然，該傳統的隊列機制使得在運行實時事務處理及多媒體應用時，往往變得非常困難。為此，許多網絡設備商都在開發先進的隊列新技術，使其可在一個以太網段上提供不同的服務級別，同時還可提供對延時和抖動的控制。先進的隊列機制可以是每端口具有不同級別的隊列機制，這種隊列機制能更好地區分不同的流量級別，以便使網絡系統能與高性能應用具有更好的匹配。像多媒體和實時數據流這樣的數據包被放進高優先級隊列中，在使用加權公平排隊算法后，就可以更頻繁地處理高優先級隊列，還不會置低優先級隊列于不顧。而且，傳統應用用戶也不會察覺到響應時間和吞吐量的變化，而那些使用緊急應用的用戶則可得到及時的響應。

5．自動流量分類

在網絡傳輸中，有些數據流比其它數據流更重要，第三層局域網交換機已經開始采用自動流量分類技術，使之可以用來區分不同類型和不同級別的數據流量。實踐證明，在使用自動流量分類技術后，第三層局域網交換機可以指示數據包流水線區分用戶指定的數據流，從而實現了低延時和高優先級傳輸，不僅為特殊數據流量提供了有效的控制和管理途徑，而且還避免了網絡數據流的擁塞。

6．智能許可權控制

眾所周知，第三層局域網交換機可以為網絡系統提供多種安全機制，如局域網交換機在使用流量分類器后，管理員就可以限制任何被識別的數據流，包括限制對服務器的訪問及排除無用的協議廣播。這就是所謂的智能許可權控制技術，該技術為網絡技術領域里的突破性進展技術-線速防火墻技術提供了技術基礎。

7．動態流量監督

雖然局域網交換機流量分類、優先化處理以及資源保留等先進技術，可以極大地減輕網絡管理員的管理負擔，但它們無法完成網絡流量監督。動態流量監督實際上是一個保護機制，主要監視流量和網絡擁塞情況，并對這些情況作出動態響應，以保證所有網絡元素（終端用戶和網絡本身）都能置身于管理員的控制之下，并能得到最佳運行。為了在擁塞局域網上進行優先化處理，許多第三層局域網交換機使用了IEEE802.1p服務級別。為了避免擁塞，某些第三層局域網交換機甚至采用了更先進的技術來動態地監視輸出隊列的大小，以便及時發現一個端口是否將變得擁擠。通過控制隊列大小和擁塞，網絡可以維持對延時敏感的數據流所需的極限。

8．向量處理技術

向量處理技術是第三層局域網交換機技術之一，主要用來加速數據幀的處理速度。由于第三層局域網交換機體系結構不僅在第二層之上增加了第三層控制能力，而且還增加了多方位的多種向量控制，從而加強了向量處理功能。第三層局域網交換機的向量處理優點主要有：快速幀處理速度，由于局域網交換機支持基于ASIC數據包分類、轉發和解釋技術，由軟件進行幀解碼工作被降至最低程度，與純軟件設計相比，這種方法可以獲得很高的性能；具有高度適應性的功能控制，向量處理與可編程的ASIC配合工作，從而能夠以最小的開銷支持未來新標準。如對IPv6的支持已經是向量邏輯的一部分；增強的管理功能，多方位的向量處理還包括內置的網絡管理代理及RMON等。

9．多RISC處理機

在高可靠性局域網交換機中，內置一個或多個專門的高性能RISC（ReducedInstructionSetComputer：精簡指令集計算機）處理器是絕對需要的。事實上，采用RISC處理器的幀處理機FP（FrameProcessor）與向量邏輯的結合所提供的性能是無與倫比的。一個獨立的應用處理機AP（ApplicationProcessor）可輔助FP。象FP一樣，AP也是一個高性能的RISC處理器。其中，AP控制器除了進行幀轉發以外，還有高層橋接和路由，如生成樹和OSPF協議，以及SNMP操作和HTTP操作等。所以，使用AP和FP的好處是顯而易見的，因為管理和計算方面的工作并不影響數據轉發，從而可實現高吞吐量和低延時。

總之，通過以上技術分析，我們不難看出，高性能、安全性、易用性、可管理性、可堆疊性、服務質量及容錯性是當前局域網交換機的主要技術特點之一。隨著視頻會議、實時組播、網絡電話、程控交換及自動呼叫轉發等多媒體業務的開展，局域網交換技術將會向著高帶寬、安全性、服務質量及智能化技術方向迅猛發展。