一、交换机“前世”——技术发展史

1.起源

  “交换机”是一个舶来词
，源自英文“Switch
，原意是“开关”
，我国技术界在引入这个词汇时
，翻译为“交换”。在英文中
，动词“交换”和名词“交换机”是同一个词（注意这里的“交换”特指电信技术中的信号交换
，与物品交换不是同一个概念）。

  1993年
，局域网交换设备出现
，1994年
，国内掀起了交换网络技术的热潮。其实
，交换技术是一个具有简化、低价、高性能和高端口密集特点的交换产品
，体现了桥接技术的复杂交换技术在OSI参考模型的第二层操作。与桥接器一样
，交换机按每一个包中的MAC地址相对简单地决策信息转发。而这种转发决策一般不考虑包中隐藏的更深的其他信息。与桥接器不同的是交换机转发延迟很小
，操作接近单个局域网性能
，远远超过了普通桥接互联网络之间的转发性能。

  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。

  利用专门设计的集成电路可使交换机以线路速率在所有的端口并行转发信息
，提供了比传统桥接器高得多的操作性能。如理论上单个以太网端口对含有64个八进制数的数据包
，可提供14880bps的传输速率。这意味着一台具有12个端口、支持6道并行数据流的“线路速率”以太网交换器必须提供89280bps的总体吞吐率（6道信息流X14880bps/道信息流）。专用集成电路技术使得交换器在更多端口的情况下得以实现上述性能
，其端口造价低于传统型桥接器。

2.人工交换

  电信号交换的历史应当追溯到电话出现的初期。当电话被发明后
，只需要一根足够长的导线
，加上末端的两台电话
，就可以使相距很远的两个人进行语音交谈。

  电话增多后
，要使每个拥有电话的人都能相互通信
，我们不可能每两台电话机之间有拉上一根线。于是人们设立了电话局
，每个电话用户都接一根线到电话局的一个大电路板上。当A希望和B通话时
，就请求电话局的接线员接通B的电话。接线员用一根导线
，一头插在A接到电路板上的孔
，另一头插到B的孔
，这就是“接续”
，相当于临时给A和B拉了一条电话线
，这时双方就可以通话了。当通话完毕后
，接线员将电线拆下
，这就是“拆线”。整个过程就是“人工交换”
，它实际上就是一个“合上开关”和“断开开关”的过程。因此
，把“交换”译为“开关”从技术上讲更容易让人理解。

3.电路程控交换机

  人工交换的效率太低
，不能满足大规模部署电话的需要。随着半导体技术的发展和开关电路技术的成熟
，人们发现可以利用电子技术替代人工交换。电话终端用户只要向电子设备发送一串电信号
，电子设备就可以根据预先设定的程序
，将请求方和被请求方的电路接通
，并且独占此电路
，不会与第三方共享（当然
，由于设计缺陷的缘故
，可能会出现多人共享电路的情况
，也就是俗称的“串线”）。这种交换方式被称为“程控交换”。而这种设备也就是“程控交换机”。

   由于程控交换的技术长期被发达国家垄断
，设备昂贵
，我国的电话普及率一直不高。随着当年华为、中兴通讯等企业陆续自主研制出程控交换机
，电话在我国得到迅速地普及。目前
，语音程控交换机普遍使用的通信协议为七号信令（Signalling System No.7）

4.以太网交换机

   随着计算机及其互联技术（也即通常所谓的“网络技术”）的迅速发展
，以太网成为了迄今为止普及率较高的短距离二层计算机网络。而以太网的核心部件就是以太网交换机。不论是人工交换还是程控交换
，都是为了传输语音信号
，是需要独占线路的“电路交换”。而以太网是一种计算机网络
，需要传输的是数据
，因此采用的是“分组交换”。但无论采取哪种交换方式
，交换机为两点间提供“独享通路”的特性不会改变。

   就以太网设备而言
，交换机和集线器的本质区别就在于：当A发信息给B时
，如果通过集线器
，则接入集线器的所有网络节点都会收到这条信息（也就是以广播形式发送）
，只是网卡在硬件层面就会过滤掉不是发给本机的信息；而如果通过交换机
，除非A通知交换机广播
，否则发给B的信息C绝不会收到（获取交换机控制权限从而监听的情况除外）。

  目前
，以太网交换机厂商根据市场需求
，推出了三层甚至四层交换机。但无论如何
，其核心功能仍是二层的以太网数据包交换
，只是带有了一定的处理IP层甚至更高层数据包的能力。

5.光交换

  光交换是人们正在研制的下一代交换技术。目前所有的交换技术都是基于电信号的
，即使是目前的光纤交换机也是先将光信号转为电信号
，经过交换处理后
，再转回光信号发到另一根光纤。由于光电转换速率较低
，同时电路的处理速度存在物理学上的瓶颈
，因此人们希望设计出一种无需经过光电转换的“光交换机”
，其内部不是电路而是光路
，逻辑原件不是开关电路而是开关光路。这样将大大提高交换机的处理速率。

二、交换机“今生”——发展前景

  作为局域网的主要连接设备
，以太网交换机成为应用普及最快的网络设备之一。随着交换技术的不断发展
，以太网交换机的价格急剧下降
，交换到桌面已是大势所趋。

  如果你的以太网络上拥有大量的用户、繁忙的应用程序和各式各样的服务器
，而且你还未对网络结构做出任何调整
，那么整个网络的性能可能会非常低。解决方法之一是在以太网上添加一个10/100Mbps的交换机
，它不仅可以处理10Mbps的常规以太网数据流
，而且还可以支持100Mbps的快速以太网连接。

  如果网络的利用率超过了40%
，并且碰撞率大于10%
，交换机可以帮你解决一点问题。带有100Mbps快速以太网和10Mbps以太网端口的交换机可以全双工方式运行
，可以建立起专用的20Mbps到200Mbps连接。

  不仅不同网络环境下交换机的作用各不相同
，在同一网络环境下添加新的交换机和增加现有交换机的交换端口对网络的影响也不尽相同。充分了解和掌握网络的流量模式是能否发挥交换机作用的一个非常重要的因素。因为使用交换机的目的就是尽可能的减少和过滤网络中的数据流量
，所以如果网络中的某台交换机由于安装位置设置不当
，几乎需要转发接收到的所有数据包的话
，交换机就无法发挥其优化网络性能的作用
，反而降低了数据的传输速度
，增加了网络延迟。

  除安装位置之外
，如果在那些负载较小
，信息量较低的网络中也盲目添加交换机的话
，同样也可能起到负面影响。受数据包的处理时间、交换机的缓冲区大小以及需要重新生成新数据包等因素的影响
，在这种情况下使用简单的HUB要比交换机更为理想。因此
，我们不能一概认为交换机就比HUB有优势
，尤其当用户的网络并不拥挤
，尚有很大的可利用空间时
，使用HUB更能够充分利用网络的现有资源。

  交换机设备的发展是迅速的
，因为网络的发展容不得其慢下脚步
，交换机的配置和性能影响着网络之间联系
，所以请读者多多关心交换机的动态
，其更新频率是很高的。