工業(yè)以太網(wǎng)的交換機(jī)制

　　工業(yè)以太網(wǎng)交換技術(shù)解決了現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)的性能局限，每個(gè)以太網(wǎng)設(shè)備都能夠獨(dú)享高帶寬，從而緩解了帶寬不足和網(wǎng)絡(luò)瓶頸的問(wèn)題,為未來(lái)更豐富更強(qiáng)大的自動(dòng)化應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本文主要探討交換技術(shù)的基本原理。

　　交換是按照通信兩端傳輸信息的需要，用設(shè)備自動(dòng)完成的方法，把需要傳輸?shù)男畔⑺偷椒弦蟮膶?duì)象上的技術(shù)統(tǒng)稱。廣義的交換機(jī)就是一種在通信系統(tǒng)中完成信息交換功能的設(shè)備。

　　在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，交換概念的提出是對(duì)于共享工作模式的改進(jìn)。HUB集線器就是一種共享設(shè)備，HUB本身不能識(shí)別目的地址，當(dāng)一局域網(wǎng)內(nèi)的A設(shè)備給B設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)包在以HUB為架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)上是以廣播的方式傳輸?shù)模擅恳慌_(tái)設(shè)備通過(guò)驗(yàn)證數(shù)據(jù)包頭的地址信息來(lái)確定是否接收。也就是說(shuō)，在這種工作方式下，同一時(shí)刻網(wǎng)絡(luò)上只能傳輸一組數(shù)據(jù)幀的通訊，如果發(fā)生碰撞還得重試。這種方式就是共享網(wǎng)絡(luò)帶寬。

　　交換機(jī)根據(jù)數(shù)據(jù)幀的MAC（MediaAccessControl）地址進(jìn)行數(shù)據(jù)幀的轉(zhuǎn)發(fā)操作。交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀時(shí)，遵循以下規(guī)則：

　　如果數(shù)據(jù)幀的目的MAC地址是廣播地址或者組播地址，則向交換機(jī)（除源端口外）所有端口轉(zhuǎn)發(fā)；

　　如果數(shù)據(jù)幀的目的MAC地址是單播地址，但是這個(gè)地址并不在交換機(jī)的地址表內(nèi)，那么也會(huì)向交換機(jī)（除源端口外）所有端口轉(zhuǎn)發(fā)；

　　如果數(shù)據(jù)幀的目的MAC地址在交換機(jī)的地址表內(nèi)，那么根據(jù)地址表轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)的端口；

　　如果數(shù)據(jù)幀的目的MAC地址與數(shù)據(jù)幀的源地址在同一個(gè)端口上，它就會(huì)丟棄這個(gè)數(shù)據(jù)幀，交換也不會(huì)發(fā)生。

　　交換機(jī)擁有一條很高帶寬的背部總線和內(nèi)部交換矩陣。交換機(jī)的所有端口都掛接在這條背部總線上，通過(guò)交換機(jī)地址表，交換機(jī)只允許必要的網(wǎng)絡(luò)流量通過(guò)交換機(jī)。通過(guò)交換機(jī)的過(guò)濾和轉(zhuǎn)發(fā)，可以有效的隔離廣播風(fēng)暴，減少誤包和錯(cuò)包的出現(xiàn)，避免共享沖突。

　　交換機(jī)的交換地址表中，一條表項(xiàng)主要由一個(gè)MAC地址和該地址所位于的交換機(jī)端口號(hào)組成。整張地址表的生成采用動(dòng)態(tài)自學(xué)習(xí)的方法，既當(dāng)交換機(jī)收到一個(gè)數(shù)據(jù)幀以后，將數(shù)據(jù)幀的源地址和輸入端口記錄在交換地址表中。每一條地址表項(xiàng)都有一個(gè)時(shí)間標(biāo)記，用來(lái)指示該表項(xiàng)存儲(chǔ)的時(shí)間周期。如果在一定時(shí)間范圍內(nèi)地址表項(xiàng)仍然沒(méi)有被引用，它就會(huì)從地址表中被移走。因此，交換地址表中所維護(hù)的一直是最有效和最精確的地址-端口信息。

　　交換機(jī)在同一時(shí)刻可進(jìn)行多個(gè)端口對(duì)之間的數(shù)據(jù)傳輸。每一端口都可視為獨(dú)立的網(wǎng)段，連接在其上的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備獨(dú)自享有全部的帶寬，無(wú)須同其他設(shè)備競(jìng)爭(zhēng)使用。