交换机的应用瓶颈

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交换机作为以太网组网中不可或缺的转发设备，在网络中扮演着举足轻重的角色。它能够连接多个计算机或其他网络设备，并确保它们之间的数据传输畅通无阻。在以太网组网中，交换机起到了桥梁的作用，使得各个设备能够相互通信和共享资源。同时，交换机还可以对数据流量进行管理，确保网络的高效运行。

交换机的工作原理大致如下：
(1)交换机根据收到数据帧中的源MAC地址建立该地址同交换机端口的映射，并将其写入MAC地址表中。
(2)交换机将数据帧中的目的MAC地址同已建立的MAC地址表进行比较，以决定由哪个端口进行转发。
(3)如数据帧中的目的MAC地址不在MAC地址表中，则向所有端口转发。这一过程称为泛洪(flood).
(4)广播帧和组播帧向所有的端口转发。


应用瓶颈
从交换机的工作原理上我们可以看出，交换机最重要的是MAC地址表，根据设备MAC来决定转发的方向。而经过哪些交换机，并没有在交换原理中体现。数据在整个网络中选取唯条路径转发到目的交换机的目的端口，当这条路径故障，此刻的数据帧也就丢失了。


其次，当目的MAC不在MAC表中时，交换机采取泛洪转发，当交换机自己成环或者网络中有一些交换机成环时，一些找到不到目的地的数据帧就会在这个环里无限泛洪，直至把所有的带宽占满，使正常的数据无法通过交换机，这就是经常提到的网络风暴。网络风暴的出现属于重大网络事故，其影响范围广，破坏性大，一直是网络建设与维护的噩梦。


环网的形成是网络风暴的起因，在交换机上当然要做相应的保护、预防的机制。如国际标准协议的生成树协议、RRPP协议、厂家私有的快速环网倒换协议等。其原理基本一致，如图1,物理的连接上形成环路，但在软件层次，其中一台交换机（主站）的一个端口是关闭的，关闭的端口不能转发数据。实际上数据在网络中走的路线仍然是一条链型。当网络中出现链路故障时，主站交换机将之前关闭的端口打开，这样既避免了网络风暴的形成，又给网络带来冗余特性。

从交换机的工作原理以及环网的处理方式上，我们能看出：
(1)数据在网络中是单一路径的，任何网络故障都会导致这唯一一份数据的丢失。环网倒换需要时间，在倒换期间，交换机是不能转发数据的。一般工业级交换机会有20~30ms的倒换时间。
(2)网络存在广播风暴的隐患
(3)环网需要保护协议进行保护，在复杂拓扑中，配置相当复杂，不具备一定能力的工程师完成不了复杂网络的保护协议配置。并且，限制了二层拓扑的多样性，组网到一定复杂度后，保护协议的能力达到瓶颈。

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