千兆以太網(wǎng)交換機有很多值得學(xué)習(xí)的地方，這里我們主要介紹千兆以太網(wǎng)交換機的基本構(gòu)成及日常工作。隨著企業(yè)網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用的發(fā)展，人們已經(jīng)不滿足于100兆的桌面網(wǎng)絡(luò)速度。很多人在尋找更快速的局域網(wǎng)連接技術(shù)，使用千兆以太網(wǎng)或者更快的萬兆技術(shù)。這樣的變化不僅僅是發(fā)生在園區(qū)網(wǎng)的骨干，也同樣發(fā)生在每一個配線間中，企業(yè)的IT管理人員希望能為每一個桌面用戶提供10倍于以前的網(wǎng)絡(luò)連接。

選擇有很多種理由，了解是選擇的基礎(chǔ)。您了解千兆以太網(wǎng)交換機嗎？在本期交換機專刊中，我們選擇了這樣一個命題，希望能帶您走進千兆以太網(wǎng)交換機的內(nèi)部，看看它是怎樣工作、怎樣構(gòu)成的，為什么能有如此不同，等等。隨著這些問題的解決，您選擇產(chǎn)品的基礎(chǔ)會更雄厚。設(shè)備制造商們在設(shè)計千兆以太網(wǎng)交換機時，通常需要通過不同的設(shè)置項來滿足客戶的需求，這些需求通常包括以下幾個方面：

1. 可以堆疊以得到充分的可擴展性；

2. 可以通過機框結(jié)構(gòu)得到彈性的骨干擴展能力；

3. 可以和服務(wù)器設(shè)備集成，以達到計算和網(wǎng)絡(luò)的集成；

4. 中小型企業(yè)會要求固定端口或者說可獨立工作的交換機；

5. 對于沒有IT部門的小公司，非管理型設(shè)備會更受歡迎。

另外還有一些其他需求，如降低設(shè)計、生產(chǎn)和裝配成本。這些需求很多是相互矛盾的，但是它們又是真實存在的。滿足它們的方法是通過不同種類的交換機產(chǎn)品來實現(xiàn)，而不斷進步的半導(dǎo)體技術(shù)使得千兆以太網(wǎng)交換機的設(shè)計和制造進入了高度模塊化和集成化階段，為設(shè)計不同種類的交換機提供了技術(shù)上的便捷。下面，我們就不同類型的交換機逐一展示其設(shè)計原理和體系結(jié)構(gòu)，幫您判斷什么樣的交換機才是您真正需要的。

可堆疊交換機

這些交換機往往用于連接用戶到高速的園區(qū)網(wǎng)骨干。通常，它們有一些所謂的高速“用戶”端口，并且具有很強的可擴展性。當(dāng)數(shù)據(jù)從這些端口匯總上來時，會從更高速的數(shù)據(jù)上聯(lián)通路傳遞出去，以實現(xiàn)和中心服務(wù)器、IP PBX等設(shè)備的數(shù)據(jù)交互?？啥询B交換機通常會放置在企業(yè)的配線間或者機房中，它能適應(yīng)增長中的網(wǎng)絡(luò)。如果有新的用戶加入到網(wǎng)絡(luò)中，管理員只需簡單地在原來的設(shè)備上面放置一臺新的設(shè)備，然后通過一個外部的“堆疊”接口將所有的交換機連接起來。事實上，這就像您自己又開發(fā)了一臺新的、更大的千兆以太網(wǎng)交換機一樣，可以方便地和原先的交換機一起管理，只是容量增大了。有一個高速的堆疊端口是可堆疊交換機的基本特征。

機框式交換機

這種類型的千兆以太網(wǎng)交換機應(yīng)用于高性能的網(wǎng)絡(luò)骨干層。該系統(tǒng)有很多插槽，可以用來接插很多冗余的網(wǎng)絡(luò)接口卡，包括系統(tǒng)總線、電源、安全模塊等。整個系統(tǒng)能被設(shè)置成高冗余性的系統(tǒng)，在出現(xiàn)不可控的災(zāi)難或故障時仍能提供可用的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。性能是機框式設(shè)備的重要考量指標，但是更重要的是系統(tǒng)的高可靠性和高可用性。它的故障率通常被要求在平均每年的停機檢修時間不超過5分鐘。

集成數(shù)據(jù)服務(wù)器的交換機

這種交換機也可以稱之為集成交換機的應(yīng)用服務(wù)器。我們通常提到的刀片服務(wù)器就屬于這類產(chǎn)品，它們通過高速的數(shù)據(jù)通道和刀片服務(wù)器的機框相連，而刀片服務(wù)器的機框就像這樣一臺千兆以太網(wǎng)交換機。刀片服務(wù)器的交換背板通常都是千兆級的，它允許服務(wù)器之間以極高的速度互連，這使高速的、分布式計算成為可能，而這些正是網(wǎng)絡(luò)計算的發(fā)展方向。

和機框式交換機一樣，刀片服務(wù)器的背板同樣是一塊高速背板，它可以看做一臺千兆以太網(wǎng)交換機。與普通計算機不同的是，網(wǎng)絡(luò)接口芯片收到數(shù)據(jù)后，大部分就通過交換芯片執(zhí)行存儲和轉(zhuǎn)發(fā)操作，并不經(jīng)過系統(tǒng)的CPU，上文提到的獨立（固定端口）交換機和非管理型交換機就是這樣的結(jié)構(gòu)。所不同的是，獨立（固定端口）交換機只是在端口擴展性上略輸于更高級的交換機，但是根據(jù)設(shè)計的不同，在系統(tǒng)中可以使用很高級的CPU和大量的內(nèi)存。這樣多層交換機可以用系統(tǒng)的CPU來處理諸如路由、網(wǎng)絡(luò)安全等策略，實現(xiàn)高級的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。很多交換機使用了通用的CPU，當(dāng)然不是我們常見的Intel，而是像摩托羅拉MPC8245或者MIPS等RISC芯片。

圖4中BCM5464是一塊4端口的千兆位電信號收發(fā)器，具有集成銅線/光纖媒質(zhì)接口。這就是我們所謂的網(wǎng)絡(luò)接口芯片，它需要和光纖或者銅線的物理層定義設(shè)備（PHY）一同工作，構(gòu)成以太網(wǎng)原始信號的收發(fā)接口。然后，它向上和一個12端口的千兆位交換芯片連接，三片BCM5464所傳遞上來的12路千兆信號在交換芯片BCM5691中完成交換，在交換芯片中，會建立對應(yīng)的MAC學(xué)習(xí)機制和映射表，再通過相應(yīng)的BCM5464轉(zhuǎn)發(fā)到目的端口。

對于不可管理型的千兆以太網(wǎng)交換機，因為需求更簡單，所以在設(shè)計時可以使用更少的內(nèi)存和更低能耗、更低成本的CPU，常見的有ARM內(nèi)核的各種CPU。這種簡單的設(shè)計只是起到啟動系統(tǒng)，將簡單控制指令下載到交換芯片的作用，無法完成高層次的交換。