OpenFlow交換機簡介

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)絡設備。它可以為接入交換機的任意兩個網(wǎng)絡節(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，用人工或設備自動完成的方法，把要傳輸?shù)男畔⑺偷椒弦蟮南鄳酚缮系募夹g(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備，它應用在數(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，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)絡層廣播，即廣播域。交換技術(shù)是在OSI 七層網(wǎng)絡模型中的第二層，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)絡廣播，整個網(wǎng)絡的效率因此會大打折扣。從90 年代開始，出現(xiàn)了局域網(wǎng)交換設備。從網(wǎng)絡交換產(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。

幀交換是當前應用的最廣的局域網(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)絡幀的前幾個字節(jié)，便將網(wǎng)絡幀傳到相應的端口上，雖然交換速度很快，但缺乏對網(wǎng)絡幀的高級控制，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。當前，信元交換的實際應用標準是ATM （異步傳輸模式），但是ATM 設備的造價較為昂貴，在局域網(wǎng)中的應用已經(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。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)等服務的電話交換機

• 網(wǎng)絡交換機，用于連接計算機等網(wǎng)絡設備，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（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)設備來作為橋接。 　雖然通過添加少量網(wǎng)關(guān)設備來實現(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)境中專有設備的數(shù)量不斷增加，管理所有這些獨立設備將帶來重重困難。 　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)所有設備同時需要存儲i/o的情況，然而，為了以防萬一，應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。現(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用也越來越感興趣，這可以實現(xiàn)基于基礎(chǔ)架構(gòu)的復制或者存儲虛擬化。應用刀片理念讓存儲應用更加接近存儲傳輸應該提升性能和可靠性的層面。 　服務器虛擬化給數(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。