OpenFlow交換機

交換機（Switch）意為“開關(guān)”是一種用于電（光）信號轉(zhuǎn)發(fā)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。它可以為接入交換機的任意兩個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點提供獨享的電信號通路。最常見的交換機是以太網(wǎng)交換機。其他常見的還有電話語音交換機、光纖交換機等。交換（switching）是按照通信兩端傳輸信息的需要，用人工或設(shè)備自動完成的方法，把要傳輸?shù)男畔⑺偷椒弦蟮南鄳?yīng)路由上的技術(shù)的統(tǒng)稱。交換機根據(jù)工作位置的不同，可以分為廣域網(wǎng)交換機和局域網(wǎng)交換機。廣域的交換機（switch）就是一種在通信系統(tǒng)中完成信息交換功能的設(shè)備，它應(yīng)用在數(shù)據(jù)鏈路層。交換機有多個端口，每個端口都具有橋接功能，可以連接一個局域網(wǎng)或一臺高性能服務(wù)器或工作站。實際上，交換機有時被稱為多端口網(wǎng)橋。

二層交換機工作于OSI參考模型的第二層，即數(shù)據(jù)鏈路層。交換機內(nèi)部的CPU會在每個端口成功連接時，通過將MAC地址和端口對應(yīng)，形成一張MAC表。在今后的通訊中，發(fā)往該MAC地址的數(shù)據(jù)包將僅送往其對應(yīng)的端口，而不是所有的端口。因此交換機可用于劃分數(shù)據(jù)鏈路層廣播，即沖突域；但它不能劃分網(wǎng)絡(luò)層廣播，即廣播域。交換技術(shù)是在OSI 七層網(wǎng)絡(luò)模型中的第二層，即數(shù)據(jù)鏈路層進行操作的，因此交換機對數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)是創(chuàng)建在MAC (Media Access Control) 地址--物理地址基礎(chǔ)之上的，對于IP 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議來說，它是透明的，即交換機在轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包時，不知道也無須知道信源機和信宿機的IP 地址，只需知其物理地址即MAC 地址。交換機在操作過程當(dāng)中會不斷的收集資料去創(chuàng)建它本身的一個地址表，這個表相當(dāng)簡單，它說明了某個MAC 地址是在哪個端口上被發(fā)現(xiàn)的，所以當(dāng)交換機收到一個TCP/IP 數(shù)據(jù)包時，它便會看一下該數(shù)據(jù)包的目的MAC 地址，核對一下自己的地址表以確認應(yīng)該從哪個端口把數(shù)據(jù)包發(fā)出去。由于這個過程比較簡單，加上這功能由一嶄新硬件進行——ASIC (Application Specific Integrated Circuit) ，因此速度相當(dāng)快，一般只需幾十微秒，交換機便可決定一個IP 數(shù)據(jù)包該往那里送。值得一提的是：萬一交換機收到一個不認識的數(shù)據(jù)包，就是說如果目的地MAC 地址不能在地址表中找到時，交換機會把IP 數(shù)據(jù)包"擴散"出去，即把它從每一個端口中提交去，就如交換機在處理一個收到的廣播數(shù)據(jù)包時一樣。二層交換機的弱點正是它處理廣播數(shù)據(jù)包的手法不太有效，比方說，當(dāng)一個交換機收到一個從TCP/IP 工作站上發(fā)出來的廣播數(shù)據(jù)包時，他便會把該數(shù)據(jù)包傳到所有其他端口去，哪怕有些端口上連的是IPX 或DECnet 工作站。這樣一來，非TCP/IP 節(jié)點的帶寬便會受到負面的影響，就算同樣的TCP/IP 節(jié)點，如果他們的子網(wǎng)跟發(fā)送那個廣播數(shù)據(jù)包的工作站的子網(wǎng)相同，那么他們也會無原無故地收到一些與他們毫不相干的網(wǎng)絡(luò)廣播，整個網(wǎng)絡(luò)的效率因此會大打折扣。從90 年代開始，出現(xiàn)了局域網(wǎng)交換設(shè)備。從網(wǎng)絡(luò)交換產(chǎn)品的形態(tài)來看，交換產(chǎn)品大致有三種：端口交換、幀交換和信元交換。

端口交換技術(shù)最早出現(xiàn)于插槽式集線器中。這類集線器的背板通常劃分有多個以太網(wǎng)段（每個網(wǎng)段為一個廣播域）、各網(wǎng)段通過網(wǎng)橋或路由器相連。以太網(wǎng)模塊插入后通常被分配到某個背板網(wǎng)段上，端口交換適用于將以太模塊的端口在背板的多個網(wǎng)段之間進行分配。這樣網(wǎng)管人員可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的負載情況，將用戶在不同網(wǎng)段之間進行分配。這種交換技術(shù)是基于OSI第一層（物理層）上完成的，它并沒有改變共享傳輸介質(zhì)的特點，因此并不是真正意義上的交換。

幀交換是當(dāng)前應(yīng)用的最廣的局域網(wǎng)交換技術(shù)，它通過對傳統(tǒng)傳輸介質(zhì)進行分段，提供并行傳送的機制，減少了網(wǎng)絡(luò)的碰撞沖突域，從而獲得較高的帶寬。不同廠商產(chǎn)品實現(xiàn)幀交換的技術(shù)均有差異，但對網(wǎng)絡(luò)幀的處理方式一般有：存儲轉(zhuǎn)發(fā)式和直通式兩種。存儲轉(zhuǎn)發(fā)式 (Store-and-Forward) ：當(dāng)一個數(shù)據(jù)包以這種技術(shù)進入一個交換機時，交換機將讀取足夠的信息，以便不僅能決定哪個端口將被用來發(fā)送該數(shù)據(jù)包，而且還能決定是否發(fā)送該數(shù)據(jù)包。這樣就能有效地排除了那些有缺陷的網(wǎng)絡(luò)段。雖然這種方式不及使用直通式產(chǎn)品的交換速度，但是它們卻能排除由破壞的數(shù)據(jù)包所引起的經(jīng)常性的有害后果。直通式 (Cut-Through) ：當(dāng)一個數(shù)據(jù)包使用這種技術(shù)進入一個交換機時，它的地址將被讀取。然后不管該數(shù)據(jù)包是否為錯誤的格式，它都將被發(fā)送。由于數(shù)據(jù)包只有開頭幾個字節(jié)被讀取，所以這種方法提供了較多的交換次數(shù)。然而所有的數(shù)據(jù)包即使是那些可能已被破壞的都將被發(fā)送。直到接收站才能測出這些被破壞的包，并要求發(fā)送方重發(fā)。但是如果網(wǎng)絡(luò)接口卡失效，或電纜存在缺陷；或有一個能引起數(shù)據(jù)包遭破壞的外部信號源，則出錯將十分頻繁。隨著技術(shù)的發(fā)展，直通式交換將逐步被淘汰。在“直通式”交換方式中，交換機只讀出網(wǎng)絡(luò)幀的前幾個字節(jié)，便將網(wǎng)絡(luò)幀傳到相應(yīng)的端口上，雖然交換速度很快，但缺乏對網(wǎng)絡(luò)幀的高級控制，無智能性和安全性可言，同時也無法支持具有不同速率端口的交換；而“存儲轉(zhuǎn)發(fā)”交換方式則通過對網(wǎng)絡(luò)幀的讀取進行驗錯和控制。

信元交換的基本思想是采用固定長度的信元進行交換，這樣就可以用硬件實現(xiàn)交換，從而大大提高交換速度，尤其適合語音、視頻等多媒體信號的有效傳輸。當(dāng)前，信元交換的實際應(yīng)用標準是ATM （異步傳輸模式），但是ATM 設(shè)備的造價較為昂貴，在局域網(wǎng)中的應(yīng)用已經(jīng)逐步被以太網(wǎng)的幀交換技術(shù)所取代。

交換機或交換器可以指：

• 電話交換機，用于連接電話并提供基于電話的各種業(yè)務(wù)。交換機由語音承載部分、控制部分、管理部分和計費部分組成

• 用戶交換機，專為特定的企業(yè)或機關(guān)等服務(wù)的電話交換機

• 網(wǎng)絡(luò)交換機，用于連接計算機等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，目前最常用的是以太網(wǎng)交換機

• 換熱器，用于使熱量從熱流體傳遞到冷流體的裝置

• PCIe交換機，PCIe SAN 高速的存儲共享網(wǎng)絡(luò)（SAN）

簡單介紹san交換機的相關(guān)內(nèi)容，以下是文章的詳細內(nèi)容，有興趣的讀者不妨看看此篇文章，希望能為各位讀者帶來些許的收獲。 　采用一個san交換機是一個不錯的開始。這種交換機成本相對較低，而且有多個端口滿足各種規(guī)模的企業(yè)機構(gòu)需求。而且這種交換機還可以彼此連接，應(yīng)對企業(yè)機構(gòu)的擴展。 　然而一些數(shù)據(jù)中心遇到這樣一個問題，基于交換機的架構(gòu)變得越來越難以管理和維護。這時候it存儲管理員可能需要的不僅僅是交換機，他們還需要關(guān)于選擇一個存儲中樞的建議。 　與其他很多“入門級”架構(gòu)塊不同的是，san交換機可以擴展?jié)M足很多企業(yè)機構(gòu)在很多情況下和長時間內(nèi)的存儲傳輸需求，存儲管理員可能沒有其他任何顧慮了。這是因為，交換機本身速度很快，能夠彼此互連的特點進一步提供了可擴展性和冗余性。 　但是san交換機中卻有很多門道，主要集中在將一個協(xié)議從服務(wù)器遷移到存儲和后端。如果需要其他像通過san擴展連接wan、通過ficon連接大型主機的功能或者fcoe等協(xié)議的話，就需要另外添加一個網(wǎng)關(guān)設(shè)備來作為橋接。 　雖然通過添加少量網(wǎng)關(guān)設(shè)備來實現(xiàn)特定連接或者對話通常是可管理的，但是就長遠來說，隨著環(huán)境中專有設(shè)備的數(shù)量不斷增加，管理所有這些獨立設(shè)備將帶來重重困難。 　除了缺乏連接性和協(xié)議靈活性之外，這種交換機還存在著可擴展性的問題。雖然這種交換機能夠通過isl實現(xiàn)互連，但是每個isl連接要占用可能是為服務(wù)器準備的端口。這意味著一個架構(gòu)內(nèi)可以支持的交換機數(shù)量是有限的。因此，存儲管理員開始考慮交換機之外、能夠讓環(huán)境持續(xù)擴展的選擇。 　第一個選擇是多端口的交換機，32個端口、64個端口以及更高容量都是很常見的。這種交換機減少了環(huán)境中所需交換機的總量以及需要的isl連接數(shù)量。 　這種交換機可能需要用戶先將交換機遷移到一個存儲中樞中，如果未來幾年增長的幅度較小或者預(yù)算壓力需要過渡性措施的話，這是一個可靠的選擇。但即使在典型的it增長下，這種大型交換機最終也會面臨同樣的isl匱乏問題。因為每個交換機都要有冗余的供電源，所以與小型交換機相比這種大型交換機也存在空間和能耗問題。 　除了這種交換機以外，還有導(dǎo)向器級和主干級交換機基礎(chǔ)架構(gòu)。在大多數(shù)情況下，主干級存儲互連設(shè)備通過提供非常高的端口密度消除了isl難題。 　中端主干交換機可以支持192個存儲端口，企業(yè)級設(shè)備可以支持384個端口。如果所有或者大多數(shù)存儲互連性都集中在一個主干產(chǎn)品中的話，那么在你做選擇的時候，這個主干產(chǎn)品的原始速度就是一個很重要的因素。例如，博科的dcx可以支持384個8gb光纖通道端口。 　主干交換機是基于高可用性機架搭建的，支持多電源和風(fēng)扇。機架中插入刀片，專門用于存儲互連或者通過wan的san擴展。brocade dcx backbone產(chǎn)品是通過一種無源背板來實現(xiàn)互連的。這個背板上沒有電子元件，專門是針對互連設(shè)計的。廠商不同，刀片的數(shù)量和刀片的類型也不同，但是一般來說這種機架支持8個用于存儲互連的刀片或者其他專門用途的刀片。 　除了用于存儲互連的刀片之外，一般還有通過交換機處理重負荷傳輸?shù)牡镀Ｓ辛诉@些功能，這種基于刀片的機架在技術(shù)升級時是可升級的 　除了消除或者緩解交換機互連問題之外，主干基礎(chǔ)架構(gòu)設(shè)備還提供了更高的靈活性，它有可替換的交換機處理內(nèi)核和刀片本身(最常見的是用于連接存儲設(shè)備的刀片)。這些光纖通道刀片的速度通常在4gb～8gb之間，密度在16～48端口之間。 　環(huán)境中每個刀片的端口密度取決于環(huán)境的i/o需求。如果機架中只安裝了48端口的刀片，那么在所有連接設(shè)備同時發(fā)出存儲i/o請求的情況下，刀片本身和機架可能是訂購過量了。 　如果發(fā)生這種情況的話，主干中就會出現(xiàn)性能瓶頸。在大多數(shù)環(huán)境中很少會出現(xiàn)所有設(shè)備同時需要存儲i/o的情況，然而，為了以防萬一，應(yīng)該選擇極高性能和低端口數(shù)量的刀片來確保合理的服務(wù)等級。 　主干基礎(chǔ)架構(gòu)的價值之一是，它在環(huán)境規(guī)模增加或者存儲互連技術(shù)升級的同時提供了靈活性。一般來說，大多數(shù)環(huán)境需要預(yù)留主干基礎(chǔ)架構(gòu)擴展的空間。 　增加端口數(shù)量和插入更多刀片一樣簡單。這樣就不會有大量的isl連接需要重新映射或者驗證是否安裝正確。 　技術(shù)可升級性是一個被廣泛接受的事實，實際上這也是一個優(yōu)點。主干交換機的用戶體會到了這一點，他們可以在同一個機架內(nèi)支持4gb和8gb刀片，并在其間進行升級?，F(xiàn)在高速的光纖通道協(xié)議也問世了，而且，采用這種技術(shù)也像接入一個新刀片一樣簡單。 　除了速度升級之外，也可以以相同的方式采用新協(xié)議。例如，博科已經(jīng)交付了一種可實現(xiàn)列末fcoe連接性的fcoe刀片。 　主干基礎(chǔ)架構(gòu)需要提供的不僅僅是存儲連接，它還需要具備新功能，例如用于高速光纖通道連接的刀片、用于san擴展(fcip)的刀片以及存儲加密。 　最后，人們對刀片本身集成存儲應(yīng)用也越來越感興趣，這可以實現(xiàn)基于基礎(chǔ)架構(gòu)的復(fù)制或者存儲虛擬化。應(yīng)用刀片理念讓存儲應(yīng)用更加接近存儲傳輸應(yīng)該提升性能和可靠性的層面。 　服務(wù)器虛擬化給數(shù)據(jù)中心帶來了整合的實際好處?？山桓兜膄coe實際上也是關(guān)于基礎(chǔ)架構(gòu)的整合。存儲主干是一個自然而然的發(fā)展階段，它的目標是整合san交換機環(huán)境，為企業(yè)提供更高的靈活性。