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思科认证辅导：三种网络交换技术全面对比
网络交换技术还是比较常用的，于是我研究了一下三种网络交换技术全面对比，在这里拿出来和大家分享一下，希望对大家有用。网络交换技术允许共享型和专用型的局域网段进行带宽调整，以减轻局域网之间信息流通出现的瓶颈问题。现在已有以太网、快速以太网、FDDI和ATM技术的交换产品。
类似传统的桥接器，交换机提供了许多网络互联功能。交换机能经济地将网络分成小的冲突网域，为每个工作站提供更高的带宽。协议的透明性使得交换机在软件配置简单的情况下直接安装在多协议网络中;交换机使用现有的电缆、中继器、集线器和工作站的网卡，不必作高层的硬件升级;交换机对工作站是透明的，这样管理开销低廉，简化了网络节点的增加、移动和网络变化的操作。
三种网络交换技术
由网络交换技术出现先后和采用的技术，网络交换技术主要分为三种：端口交换、帧交换和信元交换。
端口交换
端口交换技术最早出现在插槽式的集线器中，这类集线器的背板通常划分有多条以太网段(每条网段为一个广播域)，不用网桥或路由连接，网络之间是互不相通的。以大主模块插入后通常被分配到某个背板的网段上，端口交换用于将以太模块的端口在背板的多个网段之间进行分配、平衡。根据支持的程度，端口交换还可细分为：
(1)模块交换：将整个模块进行网段迁移。
(2)端口组交换：通常模块上的端口被划分为若干组，每组端口允许进行网段迁移。
(3)端口级交换：支持每个端口在不同网段之间进行迁移。这种网络交换技术是基于OSI第一层上完成的，具有灵活性和负载平衡能力等优点。如果配置得当，那么还可以在一定程度进行客错，但没有改变共享传输介质的特点，自而未能称之为真正的交换。
帧交换
帧交换是目前应用最广的局域网网络交换技术，它通过对传统传输媒介进行微分段，提供并行传送的机制，以减小冲突域，获得高的带宽。一般来讲每个公司的产品的实现技术均会有差异，但对网络帧的处理方式一般有以下几种：
(1)直通交换：提供线速处理能力，交换机只读出网络帧的前14个字节，便将网络帧传送到相应的端口上。
(2)存储转发：通过对网络帧的读取进行验错和控制，前一种方法的交换速度非常快，但缺乏对网络帧进行更高级的控制，缺乏智能性和安全性，同时也无法支持具有不同速率的端口的交换。因此，各厂商把后一种技术作为重点。有的厂商甚至对网络帧进行分解，将帧分解成固定大小的信元，该信元处理极易用硬件实现，处理速度快，同时能够完成高级控制功能，如优先级控制。
信元交换
ATM技术代表了网络和通讯技术发展的未来方向，也是解决目前网络通信中众多难题的一剂“良药”，ATM采用固定长度53个字节的信元交换。由于长度固定，因而便于用硬件实现。ATM采用专用的非差别连接，并行运行，可以通过一个交换机同时建立多个节点，但并不会影响每个节点之间的通信能力。 ATM还容许在源节点和目标、节点建立多个虚拟链接，以保障足够的带宽和容错能力。ATM采用了统计时分电路进行复用，因而能大大提高通道的利用率。 ATM带宽可以达到25M、155M、622M甚至数Gb的传输能力。
交换机的分类和产品
现在交换机的种类繁多，让人有眼花缭乱的感觉。不过，根据交换机的使用环境和网络技术的不用，交换机还是可以分出个清晰的大类来的。按交换机应用领域来划分，可分为：台式交换机、工作组交换机、主干交换机、企业交换机、分段交换机、端口交换机和网络交换机等。根据局域网交换机根据使用的网络技术可以分为：以太网交换机、令牌环交换机、FDDI交换机、ATM交换机和快速以太网交换机、千兆太网交换机，十千兆以太网交换机等。
以太网网络交换技术
目前，从以太网交换机当前的主要供货商方面来看，高端设备厂商主要有Cisco、网捷、Nortel、AVAYA、华为等，其产品包括高端的 WAN、MAN核心交换机及中低端的LAN交换机系列产品。高端产品主要定位于电信行业用户及大型企业用户。中低端设备厂商主要有Cisco、华为、 3Com、Intel、联想、D-Link、Accton、Edimax、Linksys和实达等。中低端交换机面向中小企业及家庭用户。可以看出，目前国产以太网交换机则主要集中在中低端市场，其中有两点原因：一是高端交换机对技术和性能的要求都很高，而国内的厂商在研发上起步时间较晚，很多厂商还在进行技术积累;二是国内大量中小型企业的上网，扩大了对中低端产品的需求。国内厂商都抓住时机，推出针对中小型用户的以太网交换机，并将逐渐在中小型网络应用中扮演主角。尤其是那些技术已经成熟的产品，由于本地化生产，可以提供同等性能但价格极具优势的产品，且品质毫不逊色。因此，中小型用户在建网时，逐渐开始考虑国产品牌的网络产品。
代表的产品如华为3Com公司的QuidwayS1000系列以太网交换机。QuidwayS1000系列提供了多款机型，同时支持上机架安装和桌面摆放，用户可以根据各自网络的具体情况进行选择，最大程度地保护投资。QuidwayS1000系列转发性能优越，设计简单，使用方便，非常适合于SOHO(Smallofficehomeoffice)、校园网、企业网等中小型网络使用。
一、存储转发交换：可靠性优先的 “完整校验者”
存储转发是目前企业级交换机的主流技术，其核心逻辑是 “先完整接收，再校验转发”，完全遵循 OSI 第二层的帧处理标准。
从工作流程来看，当数据包到达交换机端口时，设备会先将整个帧缓存至内存中，这一步骤包含对帧结构的完整解析 —— 不仅读取前 14 字节的 MAC 头部信息，还会检查帧尾的 FCS（帧校验序列）字段。只有当确认数据包无传输错误、长度符合标准（64-1518 字节）后，交换机才会通过 MAC 地址表查询目的端口，完成转发操作。这种 “先校验后转发” 的机制，使得它能有效过滤冲突产生的错误帧和残缺帧，从源头减少网络垃圾数据。
在性能维度，存储转发的优势体现在可靠性与兼容性上。它支持不同速率端口间的协同工作，例如可将 10Mbps 端口接收的数据包缓存后，以 100Mbps 速率转发至高速端口，这一特性使其能灵活适配混合速率网络环境。但代价是转发延迟相对较高，且延迟会随数据包长度变化 —— 长帧的缓存与校验耗时更长。
从适用场景来看，该技术完美匹配对数据完整性要求极高的场景，如企业核心层交换机、数据库服务器集群接入、财务系统网络等，是思科 IOS 中多数高端交换机的默认配置。
二、直通交换：速度优先的 “快速传递者”
直通交换是典型的 “效率优先” 技术，其设计初衷是最大限度降低转发延迟，核心特点是 “边接收边转发”，仅依赖帧头部信息进行决策。
其工作机制极具针对性：当数据包到达端口时，交换机只需读取前 14 字节的 MAC 头部（包含源 MAC、目的 MAC 及帧类型字段），便立即停止接收过程，转而查询 MAC 地址表确定输出端口并开始转发。整个过程无需等待数据包完整接收，更不进行 FCS 校验，这种 “浅解析” 模式使转发延迟降至微秒级，理论上可达到线路速率转发。
在性能层面，直通交换的最大优势是超低延迟，尤其适合对实时性要求严苛的场景。但短板同样突出：由于缺乏完整校验，它无法识别传输错误，会将错误帧直接转发至网络中，反而增加后续设备的处理负担；同时，其不支持速率适配的特性，导致不同速率端口间无法直接互通。此外，对于小于 64 字节的冲突碎片（残帧），它也会无差别转发，可能引发网络拥塞。
从适用场景来看，该技术多见于早期低端交换机或对延迟极度敏感的特殊环境，如工业控制网络的实时数据传输。在现代思科网络架构中，已较少单独使用，更多与其他技术结合优化。
三、碎片隔离交换：平衡取舍的 “务实筛选者”
碎片隔离技术又称 “无碎片转发”，是介于存储转发与直通交换之间的折中方案，核心目标是在控制延迟的同时过滤无效数据。
其工作逻辑体现了精准取舍：交换机接收数据包时，会缓存前 64 字节（以太网帧的最小标准长度），重点检查帧长度是否达到 512 比特（64 字节）。若小于该阈值，则判定为冲突产生的残帧，直接丢弃；若长度合格，则立即启动转发流程，无需等待完整帧接收与 FCS 校验。这种设计源于一个关键网络特性 —— 正常数据帧极少小于 64 字节，而多数错误帧均为短碎片。
性能上，碎片隔离实现了 “延迟与可靠性的平衡”：转发延迟低于存储转发，高于直通交换；同时避免了残帧转发问题，网络效率比直通交换提升明显。但它仍无法检测 64 字节以上的错误帧，可靠性不及存储转发，且同样不支持速率适配。
在适用场景中，该技术常见于接入层低端交换机，如办公室桌面接入、临时网络部署等对成本敏感且无需极致可靠性的场景，是思科 SOHO 级设备的典型配置选项。
核心差异与认证考点总结
三种技术的本质差异源于 “延迟、可靠性、兼容性” 的取舍：存储转发以延迟换可靠性，直通交换以可靠性换速度，碎片隔离则寻求两者的中间平衡点。从思科认证视角，需重点掌握三大考点：一是转发时机的核心区别（完整接收 / 头部接收 / 64 字节接收）；二是错误处理能力的差异（全校验 / 无校验 / 碎片过滤）；三是场景匹配的决策逻辑 —— 核心层选存储转发、接入层可选碎片隔离、特殊实时场景可考虑直通交换。理解这些差异，是搭建高效思科网络架构的基础。
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