OpenFlow交換機(jī)簡(jiǎn)介

交換機(jī)（Switch）意為“開(kāi)關(guān)”是一種用于電（光）信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。它可以為接入交換機(jī)的任意兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)提供獨(dú)享的電信號(hào)通路。最常見(jiàn)的交換機(jī)是以太網(wǎng)交換機(jī)。其他常見(jiàn)的還有電話語(yǔ)音交換機(jī)、光纖交換機(jī)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(dòng)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(jī)根據(jù)工作位置的不同，可以分為廣域網(wǎng)交換機(jī)和局域網(wǎng)交換機(jī)。廣域的交換機(jī)（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(jī)有多個(gè)端口，每個(gè)端口都具有橋接功能，可以連接一個(gè)局域網(wǎng)或一臺(tái)高性能服務(wù)器或工作站。實(shí)際上，交換機(jī)有時(shí)被稱為多端口網(wǎng)橋。

二層交換機(jī)工作于OSI參考模型的第二層，即數(shù)據(jù)鏈路層。交換機(jī)內(nèi)部的CPU會(huì)在每個(gè)端口成功連接時(shí)，通過(guò)將MAC地址和端口對(duì)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(duì)應(yīng)的端口，而不是所有的端口。因此交換機(jī)可用于劃分?jǐn)?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(jìn)行操作的，因此交換機(jī)對(duì)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(duì)于IP 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議來(lái)說(shuō)，它是透明的，即交換機(jī)在轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包時(shí)，不知道也無(wú)須知道信源機(jī)和信宿機(jī)的IP 地址，只需知其物理地址即MAC 地址。交換機(jī)在操作過(guò)程當(dāng)中會(huì)不斷的收集資料去創(chuàng)建它本身的一個(gè)地址表，這個(gè)表相當(dāng)簡(jiǎn)單，它說(shuō)明了某個(gè)MAC 地址是在哪個(gè)端口上被發(fā)現(xiàn)的，所以當(dāng)交換機(jī)收到一個(gè)TCP/IP 數(shù)據(jù)包時(shí)，它便會(huì)看一下該數(shù)據(jù)包的目的MAC 地址，核對(duì)一下自己的地址表以確認(rèn)應(yīng)該從哪個(gè)端口把數(shù)據(jù)包發(fā)出去。由于這個(gè)過(guò)程比較簡(jiǎn)單，加上這功能由一嶄新硬件進(jìn)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(jī)便可決定一個(gè)IP 數(shù)據(jù)包該往那里送。值得一提的是：萬(wàn)一交換機(jī)收到一個(gè)不認(rèn)識(shí)的數(shù)據(jù)包，就是說(shuō)如果目的地MAC 地址不能在地址表中找到時(shí)，交換機(jī)會(huì)把IP 數(shù)據(jù)包"擴(kuò)散"出去，即把它從每一個(gè)端口中提交去，就如交換機(jī)在處理一個(gè)收到的廣播數(shù)據(jù)包時(shí)一樣。二層交換機(jī)的弱點(diǎn)正是它處理廣播數(shù)據(jù)包的手法不太有效，比方說(shuō)，當(dāng)一個(gè)交換機(jī)收到一個(gè)從TCP/IP 工作站上發(fā)出來(lái)的廣播數(shù)據(jù)包時(shí)，他便會(huì)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(lái)，非TCP/IP 節(jié)點(diǎn)的帶寬便會(huì)受到負(fù)面的影響，就算同樣的TCP/IP 節(jié)點(diǎn)，如果他們的子網(wǎng)跟發(fā)送那個(gè)廣播數(shù)據(jù)包的工作站的子網(wǎng)相同，那么他們也會(huì)無(wú)原無(wú)故地收到一些與他們毫不相干的網(wǎng)絡(luò)廣播，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的效率因此會(huì)大打折扣。從90 年代開(kāi)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(lái)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(gè)以太網(wǎng)段（每個(gè)網(wǎng)段為一個(gè)廣播域）、各網(wǎng)段通過(guò)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(gè)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(gè)網(wǎng)段之間進(jìn)行分配。這樣網(wǎng)管人員可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載情況，將用戶在不同網(wǎng)段之間進(jìn)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(méi)有改變共享傳輸介質(zhì)的特點(diǎn)，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(guò)對(duì)傳統(tǒng)傳輸介質(zhì)進(jìn)行分段，提供并行傳送的機(jī)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(shí)現(xiàn)幀交換的技術(shù)均有差異，但對(duì)網(wǎng)絡(luò)幀的處理方式一般有：存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)式和直通式兩種。存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)式 (Store-and-Forward) ：當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)包以這種技術(shù)進(jìn)入一個(gè)交換機(jī)時(shí)，交換機(jī)將讀取足夠的信息，以便不僅能決定哪個(gè)端口將被用來(lái)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(gè)數(shù)據(jù)包使用這種技術(shù)進(jìn)入一個(gè)交換機(jī)時(shí)，它的地址將被讀取。然后不管該數(shù)據(jù)包是否為錯(cuò)誤的格式，它都將被發(fā)送。由于數(shù)據(jù)包只有開(kāi)頭幾個(gè)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(cè)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(gè)能引起數(shù)據(jù)包遭破壞的外部信號(hào)源，則出錯(cuò)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(jī)只讀出網(wǎng)絡(luò)幀的前幾個(gè)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(duì)網(wǎng)絡(luò)幀的高級(jí)控制，無(wú)智能性和安全性可言，同時(shí)也無(wú)法支持具有不同速率端口的交換；而“存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)”交換方式則通過(guò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)幀的讀取進(jìn)行驗(yàn)錯(cuò)和控制。

信元交換的基本思想是采用固定長(zhǎng)度的信元進(jìn)行交換，這樣就可以用硬件實(shí)現(xiàn)交換，從而大大提高交換速度，尤其適合語(yǔ)音、視頻等多媒體信號(hào)的有效傳輸。當(dāng)前，信元交換的實(shí)際應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)是ATM （異步傳輸模式），但是ATM 設(shè)備的造價(jià)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(jī)或交換器可以指：

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

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

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

• 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(jī)，PCIe SAN 高速的存儲(chǔ)共享網(wǎng)絡(luò)（SAN）

簡(jiǎn)單介紹san交換機(jī)的相關(guān)內(nèi)容，以下是文章的詳細(xì)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(lái)些許的收獲。 　采用一個(gè)san交換機(jī)是一個(gè)不錯(cuò)的開(kāi)始。這種交換機(jī)成本相對(duì)較低，而且有多個(gè)端口滿足各種規(guī)模的企業(yè)機(jī)構(gòu)需求。而且這種交換機(jī)還可以彼此連接，應(yīng)對(duì)企業(yè)機(jī)構(gòu)的擴(kuò)展。 　然而一些數(shù)據(jù)中心遇到這樣一個(gè)問(wèn)題，基于交換機(jī)的架構(gòu)變得越來(lái)越難以管理和維護(hù)。這時(shí)候it存儲(chǔ)管理員可能需要的不僅僅是交換機(jī)，他們還需要關(guān)于選擇一個(gè)存儲(chǔ)中樞的建議。 　與其他很多“入門級(jí)”架構(gòu)塊不同的是，san交換機(jī)可以擴(kuò)展?jié)M足很多企業(yè)機(jī)構(gòu)在很多情況下和長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)的存儲(chǔ)傳輸需求，存儲(chǔ)管理員可能沒(méi)有其他任何顧慮了。這是因?yàn)?，交換機(jī)本身速度很快，能夠彼此互連的特點(diǎn)進(jìn)一步提供了可擴(kuò)展性和冗余性。 　但是san交換機(jī)中卻有很多門道，主要集中在將一個(gè)協(xié)議從服務(wù)器遷移到存儲(chǔ)和后端。如果需要其他像通過(guò)san擴(kuò)展連接wan、通過(guò)ficon連接大型主機(jī)的功能或者fcoe等協(xié)議的話，就需要另外添加一個(gè)網(wǎng)關(guān)設(shè)備來(lái)作為橋接。 　雖然通過(guò)添加少量網(wǎng)關(guān)設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)特定連接或者對(duì)話通常是可管理的，但是就長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)說(shuō)，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(dú)立設(shè)備將帶來(lái)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(jī)還存在著可擴(kuò)展性的問(wèn)題。雖然這種交換機(jī)能夠通過(guò)isl實(shí)現(xiàn)互連，但是每個(gè)isl連接要占用可能是為服務(wù)器準(zhǔn)備的端口。這意味著一個(gè)架構(gòu)內(nèi)可以支持的交換機(jī)數(shù)量是有限的。因此，存儲(chǔ)管理員開(kāi)始考慮交換機(jī)之外、能夠讓環(huán)境持續(xù)擴(kuò)展的選擇。 　第一個(gè)選擇是多端口的交換機(jī)，32個(gè)端口、64個(gè)端口以及更高容量都是很常見(jiàn)的。這種交換機(jī)減少了環(huán)境中所需交換機(jī)的總量以及需要的isl連接數(shù)量。 　這種交換機(jī)可能需要用戶先將交換機(jī)遷移到一個(gè)存儲(chǔ)中樞中，如果未來(lái)幾年增長(zhǎng)的幅度較小或者預(yù)算壓力需要過(guò)渡性措施的話，這是一個(gè)可靠的選擇。但即使在典型的it增長(zhǎng)下，這種大型交換機(jī)最終也會(huì)面臨同樣的isl匱乏問(wèn)題。因?yàn)槊總€(gè)交換機(jī)都要有冗余的供電源，所以與小型交換機(jī)相比這種大型交換機(jī)也存在空間和能耗問(wèn)題。 　除了這種交換機(jī)以外，還有導(dǎo)向器級(jí)和主干級(jí)交換機(jī)基礎(chǔ)架構(gòu)。在大多數(shù)情況下，主干級(jí)存儲(chǔ)互連設(shè)備通過(guò)提供非常高的端口密度消除了isl難題。 　中端主干交換機(jī)可以支持192個(gè)存儲(chǔ)端口，企業(yè)級(jí)設(shè)備可以支持384個(gè)端口。如果所有或者大多數(shù)存儲(chǔ)互連性都集中在一個(gè)主干產(chǎn)品中的話，那么在你做選擇的時(shí)候，這個(gè)主干產(chǎn)品的原始速度就是一個(gè)很重要的因素。例如，博科的dcx可以支持384個(gè)8gb光纖通道端口。 　主干交換機(jī)是基于高可用性機(jī)架搭建的，支持多電源和風(fēng)扇。機(jī)架中插入刀片，專門用于存儲(chǔ)互連或者通過(guò)wan的san擴(kuò)展。brocade dcx backbone產(chǎn)品是通過(guò)一種無(wú)源背板來(lái)實(shí)現(xiàn)互連的。這個(gè)背板上沒(méi)有電子元件，專門是針對(duì)互連設(shè)計(jì)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(lái)說(shuō)這種機(jī)架支持8個(gè)用于存儲(chǔ)互連的刀片或者其他專門用途的刀片。 　除了用于存儲(chǔ)互連的刀片之外，一般還有通過(guò)交換機(jī)處理重負(fù)荷傳輸?shù)牡镀?。有了這些功能，這種基于刀片的機(jī)架在技術(shù)升級(jí)時(shí)是可升級(jí)的 　除了消除或者緩解交換機(jī)互連問(wèn)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(jī)處理內(nèi)核和刀片本身(最常見(jiàn)的是用于連接存儲(chǔ)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(gè)刀片的端口密度取決于環(huán)境的i/o需求。如果機(jī)架中只安裝了48端口的刀片，那么在所有連接設(shè)備同時(shí)發(fā)出存儲(chǔ)i/o請(qǐng)求的情況下，刀片本身和機(jī)架可能是訂購(gòu)過(guò)量了。 　如果發(fā)生這種情況的話，主干中就會(huì)出現(xiàn)性能瓶頸。在大多數(shù)環(huán)境中很少會(huì)出現(xiàn)所有設(shè)備同時(shí)需要存儲(chǔ)i/o的情況，然而，為了以防萬(wàn)一，應(yīng)該選擇極高性能和低端口數(shù)量的刀片來(lái)確保合理的服務(wù)等級(jí)。 　主干基礎(chǔ)架構(gòu)的價(jià)值之一是，它在環(huán)境規(guī)模增加或者存儲(chǔ)互連技術(shù)升級(jí)的同時(shí)提供了靈活性。一般來(lái)說(shuō)，大多數(shù)環(huán)境需要預(yù)留主干基礎(chǔ)架構(gòu)擴(kuò)展的空間。 　增加端口數(shù)量和插入更多刀片一樣簡(jiǎn)單。這樣就不會(huì)有大量的isl連接需要重新映射或者驗(yàn)證是否安裝正確。 　技術(shù)可升級(jí)性是一個(gè)被廣泛接受的事實(shí)，實(shí)際上這也是一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。主干交換機(jī)的用戶體會(huì)到了這一點(diǎn)，他們可以在同一個(gè)機(jī)架內(nèi)支持4gb和8gb刀片，并在其間進(jìn)行升級(jí)?，F(xiàn)在高速的光纖通道協(xié)議也問(wèn)世了，而且，采用這種技術(shù)也像接入一個(gè)新刀片一樣簡(jiǎn)單。 　除了速度升級(jí)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(shí)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(chǔ)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(kuò)展(fcip)的刀片以及存儲(chǔ)加密。 　最后，人們對(duì)刀片本身集成存儲(chǔ)應(yīng)用也越來(lái)越感興趣，這可以實(shí)現(xiàn)基于基礎(chǔ)架構(gòu)的復(fù)制或者存儲(chǔ)虛擬化。應(yīng)用刀片理念讓存儲(chǔ)應(yīng)用更加接近存儲(chǔ)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(lái)了整合的實(shí)際好處。可交付的fcoe實(shí)際上也是關(guān)于基礎(chǔ)架構(gòu)的整合。存儲(chǔ)主干是一個(gè)自然而然的發(fā)展階段，它的目標(biāo)是整合san交換機(jī)環(huán)境，為企業(yè)提供更高的靈活性。