交换机的结构

3.3.2　交换机的结构

前面介绍了交换机的基本工作原理，交换机按照其基本工作原理实现了不同端口之间帧的转发。但对于不同的交换机，实现帧的转发所采用的技术结构并不完全一致。随着交换技术的不断发展以及计算机网络应用需求的不断提高，交换机的结构也在不断地发展和改进。归纳起来，以太网交换机中主要存在软件交换结构、矩阵交换结构、总线交换结构和共享存储器交换结构等四种结构。

1．软件交换结构

软件交换结构是早期的交换机产品所使用的一种结构，这种结构依赖于交换机中的CPU和RAM等硬件，通过软件来完成交换机端口之间帧的转发。在软件交换结构下，帧从某个端口进入交换机后，先对帧信号进行串行到并行的转换，再将帧存放在RAM中。接下去，由CPU对帧进行处理，将帧的目的M AC地址与交换机中的M AC地址表进行比较，得到该帧的目的端口。最后，在CPU的控制下，将帧转发到目的端口，先进行并行到串行的转换，再将帧从目的端口发送出去。

使用软件交换结构的交换机，由于使用软件实现了所有功能，因此具有较强的灵活性，能够方便地进行软件升级。但是由于CPU负责帧转发过程中的所有控制操作，而且所有的端口共享了CPU和RAM，因此CPU与RAM是决定交换机性能的重要因素。在交换机端口数量较多的情况下，软件交换结构的交换机很难胜任大流量的报文转发工作，因此目前这种结构已经基本上被淘汰。

2．矩阵交换结构

在矩阵交换结构中，交换机通过硬件实现帧的处理、控制与转发，其中最为主要的部件是交换矩阵及其控制处理部件。帧自输入端口进入交换机后，控制处理部件根据目的M AC地址和交换机的M AC地址表找到该帧的目的端口。然后在控制处理部件的控制下，根据目的端口号在交换矩阵中找到一条由输入端口到目的端口的路径，并通过该路径将帧从输入端口转发到目的端口，并由目的端口将帧从端口中发送出去。

由于利用硬件进行帧的转发，矩阵交换结构的交换机具有结构紧凑、交换速度快、转发延时短等特点。但采用这种结构的交换机不能进行堆叠，所以一般只由单台式交换机所采用。

3．总线交换结构

总线交换结构的主要特点是在交换机的母板上设置了一条交换总线，交换机各端口采用时分复用的方式共享该交换总线。交换机各个端口在接收到帧后，根据该帧的目的M AC地址和交换机的M AC地址表得到该帧的目的端口，再将该帧按时隙在交换总线上进行传输，而目的端口将从交换总线中接收属于自己的帧，最后由目的端口对该帧进行发送。

采用总线交换结构的交换机具有便于堆叠、易于控制和管理等优点，但对交换总线的带宽要求非常高。

4．共享存储器交换结构

共享存储器交换结构是使用大量的快速RAM来存储输入的帧。当帧从输入端口进入交换机后，交换机将帧存储在大容量的快速RAM中，然后判断确定该帧的目的端口，再由目的端口直接从RAM中取走帧，对帧进行发送，而这些控制操作由硬件来完成。

共享存储器交换结构具有结构简单、转发延时短、可堆叠等优点，较多地被小型交换机所采用。