交換機基礎知識總結之“前世今生”篇
交換機“前世”——技術發展史
起源
“交換機”是一個舶來詞，源自英文“Switch，原意是“開關”，我國技術界在引入這個詞匯時，翻譯為“交換”。在英文中，動詞“交換”和名詞“交換機”是同一個詞（注意這里的“交換”特指電信技術中的信號交換，與物品交換不是同一個概念）。
1993年，局域網交換設備出現，1994年，國內掀起了交換網絡技術的熱潮。其實，交換技術是一個具有簡化、低價、高性能和高端口密集特點的交換產品，體現了橋接技術的復雜交換技術在OSI參考模型的第二層操作。與橋接器一樣，交換機按每一個包中的MAC地址相對簡單地決策信息轉發。而這種轉發決策一般不考慮包中隱藏的更深的其他信息。與橋接器不同的是交換機轉發延遲很小，操作接近單個局域網性能，遠遠超過了普通橋接互聯網絡之間的轉發性能。
交換技術允許共享型和專用型的局域網段進行帶寬調整，以減輕局域網之間信息流通出現的瓶頸問題。現在已有以太網、快速以太網、FDDI和ATM技術的交換產品。
類似傳統的橋接器，交換機提供了許多網絡互聯功能。交換機能經濟地將網絡分成小的沖突網域，為每個工作站提供更高的帶寬。協議的透明性使得交換機在軟件配置簡單的情況下直接安裝在多協議網絡中；交換機使用現有的電纜、中繼器、集線器和工作站的網卡，不必作高層的硬件升級；交換機對工作站是透明的，這樣管理開銷低廉，簡化了網絡節點的增加、移動和網絡變化的操作。
利用專門設計的集成電路可使交換機以線路速率在所有的端口并行轉發信息，提供了比傳統橋接器高得多的操作性能。如理論上單個以太網端口對含有64個八進制數的數據包，可提供14880bps的傳輸速率。這意味著一臺具有12個端口、支持6道并行數據流的“線路速率”以太網交換器必須提供89280bps的總體吞吐率（6道信息流X14880bps/道信息流）。專用集成電路技術使得交換器在更多端口的情況下得以實現上述性能，其端口造價低于傳統型橋接器。
人工交換
電信號交換的歷史應當追溯到電話出現的初期。當電話被發明后，只需要一根足夠長的導線，加上末端的兩臺電話，就可以使相距很遠的兩個人進行語音交談。
電話增多后，要使每個擁有電話的人都能相互通信，我們不可能每兩臺電話機之間有拉上一根線。于是人們設立了電話局，每個電話用戶都接一根線到電話局的一個大電路板上。當A希望和B通話時，就請求電話局的接線員接通B的電話。接線員用一根導線，一頭插在A接到電路板上的孔，另一頭插到B的孔，這就是“接續”，相當于臨時給A和B拉了一條電話線，這時雙方就可以通話了。當通話完畢后，接線員將電線拆下，這就是“拆線”。整個過程就是“人工交換”，它實際上就是一個“合上開關”和“斷開開關”的過程。因此，把“交換”譯為“開關”從技術上講更容易讓人理解。
電路程控交換機
人工交換的效率太低，不能滿足大規模部署電話的需要。隨著半導體技術的發展和開關電路技術的成熟，人們發現可以利用電子技術替代人工交換。電話終端用戶只要向電子設備發送一串電信號，電子設備就可以根據預先設定的程序，將請求方和被請求方的電路接通，并且獨占此電路，不會與第三方共享（當然，由于設計缺陷的緣故，可能會出現多人共享電路的情況，也就是俗稱的“串線”）。這種交換方式被稱為“程控交換”。而這種設備也就是“程控交換機”。
由于程控交換的技術長期被發達國家壟斷，設備昂貴，我國的電話普及率一直不高。隨著當年華為、中興通訊等企業陸續自主研制出程控交換機，電話在我國得到迅速地普及。目前，語音程控交換機普遍使用的通信協議為七號信令（Signalling System No.7）
以太網交換機
隨著計算機及其互聯技術（也即通常所謂的“網絡技術”）的迅速發展，以太網成為了迄今為止普及率***的短距離二層計算機網絡。而以太網的核心部件就是以太網交換機。不論是人工交換還是程控交換，都是為了傳輸語音信號，是需要獨占線路的“電路交換”。而以太網是一種計算機網絡，需要傳輸的是數據，因此采用的是“分組交換”。但無論采取哪種交換方式，交換機為兩點間提供“獨享通路”的特性不會改變。
就以太網設備而言，交換機和集線器的本質區別就在于：當A發信息給B時，如果通過集線器，則接入集線器的所有網絡節點都會收到這條信息（也就是以廣播形式發送），只是網卡在硬件層面就會過濾掉不是發給本機的信息；而如果通過交換機，除非A通知交換機廣播，否則發給B的信息C絕不會收到（獲取交換機控制權限從而監聽的情況除外）。
目前，以太網交換機廠商根據市場需求，推出了三層甚至四層交換機。但無論如何，其核心功能仍是二層的以太網數據包交換，只是帶有了一定的處理IP層甚至更高層數據包的能力。
光交換
光交換是人們正在研制的下一代交換技術。目前所有的交換技術都是基于電信號的，即使是目前的光纖交換機也是先將光信號轉為電信號，經過交換處理后，再轉回光信號發到另一根光纖。由于光電轉換速率較低，同時電路的處理速度存在物理學上的瓶頸，因此人們希望設計出一種無需經過光電轉換的“光交換機”，其內部不是電路而是光路，邏輯原件不是開關電路而是開關光路。這樣將大大提高交換機的處理速率。
交換機“今生”——發展前景
作為局域網的主要連接設備，以太網交換機成為應用普及最快的網絡設備之一。隨著交換技術的不斷發展，以太網交換機的價格急劇下降，交換到桌面已是大勢所趨。
如果你的以太網絡上擁有大量的用戶、繁忙的應用程序和各式各樣的服務器，而且你還未對網絡結構做出任何調整，那么整個網絡的性能可能會非常低。解決方法之一是在以太網上添加一個10/100Mbps的交換機，它不僅可以處理10Mbps的常規以太網數據流，而且還可以支持100Mbps的快速以太網連接。
如果網絡的利用率超過了40%，并且碰撞率大于10%，交換機可以幫你解決一點問題。帶有100Mbps快速以太網和10Mbps以太網端口的交換機可以全雙工方式運行，可以建立起專用的20Mbps到200Mbps連接。
不僅不同網絡環境下交換機的作用各不相同，在同一網絡環境下添加新的交換機和增加現有交換機的交換端口對網絡的影響也不盡相同。充分了解和掌握網絡的流量模式是能否發揮交換機作用的一個非常重要的因素。因為使用交換機的目的就是盡可能的減少和過濾網絡中的數據流量，所以如果網絡中的某臺交換機由于安裝位置設置不當，幾乎需要轉發接收到的所有數據包的話，交換機就無法發揮其優化網絡性能的作用，反而降低了數據的傳輸速度，增加了網絡延遲。
除安裝位置之外，如果在那些負載較小，信息量較低的網絡中也盲目添加交換機的話，同樣也可能起到負面影響。受數據包的處理時間、交換機的緩沖區大小以及需要重新生成新數據包等因素的影響，在這種情況下使用簡單的HUB要比交換機更為理想。因此，我們不能一概認為交換機就比HUB有優勢，尤其當用戶的網絡并不擁擠，尚有很大的可利用空間時，使用HUB更能夠充分利用網絡的現有資源。
交換機設備的發展是迅速的，因為網絡的發展容不得其慢下腳步，交換機的配置和性能影響著網絡之間聯系，所以請讀者多多關心交換機的動態，其更新頻率是很高的。
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