交換機
關注創建者：匿名 創建時間：2021-07-29
交換機的實例教程
通常，千兆交換機允許多個設備通過同軸電纜、以太網電纜雙絞線和光纖電纜連接到局域網，并且千兆以太網交換機使用屬于每個設備的唯一 MAC 地址在給定端口上接收到每個幀時識別連接的設備，以便它可以正確地將幀路由到所需的目的地。
然后千兆交換機負責管理自身、其他連接設備、云服務和互聯網之間的數據流，在設備連接到千兆網絡交換機的端口的那一刻，旨在將傳入和傳出的數據傳輸到正確的以太網交換機的端口根據發送設備的端口以及發送和目標 MAC 地址。
接下來，當千兆網絡交換機接收到以太網數據包時，千兆交換機將使用MAC地址表來記住發送設備的MAC地址和設備連接的端口。交換技術會檢查MAC地址表，找出目的MAC地址是否連接到同一臺交換機。
如果答案是肯定的，則千兆以太網交換機繼續將數據包轉發到目標端口。如果沒有，千兆交換機會將數據包傳送到所有端口并等待響應。
最后，在等待響應的過程中。假設千兆網絡交換機連接到目的設備，該設備將接受數據包。如果設備連接到另一個千兆交換機，則另一個千兆交換機會重復上述操作，直到幀到達正確的目的地。
03
千兆交換機的類型
千兆以太網交換機帶有多種端口，例如8 端口千兆交換機、24 端口千兆交換機等，以下是要考慮的其他千兆交換機類型。
模塊化網絡交換機與固定網絡交換機
這些固定配置的交換機具有固定數量的端口，如 24 端口千兆交換機、48 端口千兆交換機。
展開 而本文介紹的“交換機”，就是一種工作在數據鏈路層，也就是常說的二層交換機。目前也出現了三層交換機，通過在二層交換機之上引入三層轉發技術，解決了局域網中虛擬網絡劃分之后，網段中子網必須依賴路由器進行管理的局面。但本文重點介紹二層交換機的典型功能，涉及到的三層轉發技術僅就一筆帶過。
“交換機”的工作原理
交換機是一種用于電（光）信號轉發的二層網絡設備，可為接入交換機的任意兩個網絡節點提供獨享的電（光）信號通路。交換機基于MAC（Media Access Control，介質訪問識別）地址識別，完成以太網數據幀的轉發。MAC地址是寫入到網絡硬件內部的地址，具有唯一性和不可重復性。
交換機首先學習每一端口相連設備的MAC地址，并將端口和MAC地址的映射關系存放到交換機緩存的MAC地址表中。下次收到要轉發的數據幀，首先檢查該數據幀發往的目的MAC地址是否在MAC地址表中，若在，則將數據幀發往相應的端口，若不在，則向所有端口轉發。
交換機的數據轉發主要分為兩種方式：存儲轉發和直通式。在存儲轉發中，交換機首先接收整個數據幀，并進行錯誤檢驗，如果沒有錯誤才會將數據幀發往目的MAC地址對應的端口。在這種方式中，數據幀轉發時延隨長度的不同而變化。在直通式中，交換機不進行錯誤校驗，只要識別出目的MAC地址對應的端口，即開始轉發該幀。在這種方式中，數據幀轉發時延是一定的。
展開 主、被、從交換機
堆疊系統中所有的單臺交換機都稱為成員交換機，按照功能不同，可以分為三種角色：
主交換機（Master）：主交換機負責管理整個堆疊。堆疊系統中只有一臺主交換機。
備交換機（Standby）：備交換機是主交換機的備份交換機。堆疊系統中只有一臺備交換機。當主交換機故障時，備交換機會接替原主交換機的所有業務。
從交換機（Slave）：從交換機用于業務轉發，堆疊系統中可以有多臺從交換機。從交換機數量越多，堆疊系統的轉發帶寬越大。
除主交換機和備交換機外，堆疊中其他所有的成員交換機都是從交換機。當備交換機不可用時，從交換機承擔備交換機的角色。
主交換機、備交換機和從交換機都可以進行業務流量的轉發。添加、移除或替換堆疊成員交換機，都可能導致堆疊成員角色的變化。
堆疊ID
堆疊ID用來標識堆疊成員交換機，是成員交換機的槽位號。每個堆疊成員交換機在堆疊系統中具有唯一的堆疊ID。
堆疊優先級
堆疊優先級是成員交換機的一個屬性，主要用于角色選舉過程中確定成員交換機的角色，優先級值越大表示優先級越高，優先級越高當選為主交換機的可能性越大。
堆疊的建立過程
堆疊建立的過程包括以下四個階段：
根據網絡需求，選擇堆疊線纜、連接方式。不同產品支持的物理連接方式有差異。
對于S系列園區盒式交換機和CloudEngine數據中心盒式交換機，支持鏈形和環形兩種連接拓撲。
對于CloudEngine數據中心框式交換機，支持SIP口連接和業務口連接兩種方式。
選舉主交換機。
所有成員交換機上電后，堆疊系統開始進行主交換機的選舉。
展開 1、接入層交換機的選擇
接入層交換機主要下聯前端網絡高清攝像機，上聯匯聚交換機。以720P網絡攝像機4M碼流計算，一個百兆口接入交換機最大可以接入幾路720P網絡攝像機呢？
我們常用的交換機的實際帶寬是理論值的50%-70%，所以一個百兆口的實際帶寬在50M-70M。4M*12=48M，因此建議一臺百兆接入交換機最大接入12臺720P網絡攝像機。
同時考慮目前網絡監控采用動態編碼方式，攝像機碼流峰值可能會超過4M帶寬，同時考慮帶寬冗余設計，因此一臺百兆接入交換機控制在8臺以內時最好的，超過8臺建議采用千兆口。
2、匯聚層交換機的選擇
匯聚層交換機主要下聯接入層交換機，上聯監控中心核心交換機。一般情況下匯聚交換機需選擇帶千兆上傳口的二層交換機。
還是以720P網絡攝像機4M碼流計算，前端每臺接入層交換機上有6臺720P網絡攝像機，該匯聚交換機下聯5臺接入層交換機。該匯聚層交換機下總帶寬為4M*6*5=120M，因此匯聚交換機與核心交換機級聯口應選千兆口。
3、核心層交換機的選擇
核心層交換機主要下聯匯聚層交換機，上聯監控中心視頻監控平臺，存儲服務器，數字矩陣等設備，是整個高清網絡監控系統的核心。在選擇核心交換機是必須考慮整個系統的帶寬容量及如何核心層交換機配置不當，必然導致視頻畫面無法流暢顯示。因此監控中心需選擇全千兆口核心交換機。如點位較多，需劃分VLAN，還應選擇三層全千兆口核心交換機。
附：決定交換機性能的參數
背板帶寬：
背板帶寬計算方法：端口數*端口速度*2=背板帶寬，以華為S2700-26TP-SI為例，該款交換機有24個百兆口，兩個千兆上聯口。
背板帶寬=24*100*2/1000+2*1000*2/1000=8.8Gbps。
展開 上面是交換機選擇需要參考的因素，那通常選擇交換機我們可以通過以下幾個因素的判斷。
1、背板帶寬
交換機的背板帶寬，是交換機接口處理器或接口卡和數據總線間所能吞吐的最大數據量。背板帶寬標志了交換機總的數據交換能力，單位為Gbps，也叫交換帶寬。所以只有模塊交換機（擁有可擴展插槽，可靈活改變端口數量）才有這個概念，固定端口交換機是沒有這個概念的，并且固定端口交換機的背板容量和交換容量大小是相等的。背板帶寬決定了各板卡（包括可擴展插槽中尚未安裝的板卡）與交換引擎間連接帶寬的最高上限。由于模塊化交換機的體系結構不同，背板帶寬并不能完全有效代表交換機的真正性能。固定端口交換機不存在背板帶寬這個概念。
2、交換容量、轉發能力
由于交換引擎是作為模塊化交換機數據包轉發的核心，所以這一指標能夠真實反映交換機的性能。對于固定端口交換機，交換引擎和網絡接口模板是一體的，所以廠家提供的轉發性能參數就是交換引擎的轉發性能，這一指標是決定交換機性能的關鍵。支持第三層交換的設備，廠家會分別提供第二層轉發速率和第三層轉發速率，一般二層能力用bps，三層能力用pps，采用不同體系結構的模塊化交換機，這兩個參數的意義是不同的。但是，對于一般的局域網用戶而言，只關心這兩個指標就可以了，它是決定該系統性能的關鍵指標。對于大型園區網和城域網用戶，討論交換機的體系結構和第三層優化算法是有意義的。
3、背板帶寬計算
背板帶寬，是交換機接口處理器或接口卡和數據總線間所能吞吐的最大數據量。
計算公式：端口數×相應端口速率×2（全雙工模式）
24口百兆+2口千兆
24*2*100+2*2*1000=8.8Gbps
4、線速包轉發率的計算方法
(1)、背板帶寬（交換容量）
考察交換機上所有端口能提供的總帶寬。
展開 
交換機的最新內容
PTP的代價在于硬件要求，傳感器需支持PTP硬件時間戳，網絡路徑中的交換機支持Boundary Clock或Transparent Clock以避免排隊抖動累積。
綜合來看，PTP更適合于毫秒以下精度需求，多傳感器硬融合，工業級可靠性要求的場景。
除了更多常規應用之外，MEMS還存在于許多專業領域，包括自動駕駛汽車、安全氣囊部署以及自動化應用中的傳感器；高清投影儀的微鏡陣列；噴墨打印頭；微型換熱器；用于低損耗通信的光交換機和光子器件；以及，微流體器件等。
設計MEMS的考量因素
MEMS尺寸小、靈敏度高，易于受到任何運動或沖擊的影響，從而可能會導致錯誤信號，因此其設計和制造流程可能會面臨大量挑戰。
四、同步策略
同步方案采用 IEEE 802.1AS（gPTP） 作為骨干協議，并設計了智能策略應對復雜場景：
（1）主從同步（正常工況）：以智能駕駛域控制器為全局時鐘源（Master），通過支持gPTP的交換機，以透明時鐘（Transparent Clock） 模式逐級向下游采集模塊（Slave）授時，補償傳輸延遲，實現全網納秒級同步。
制造設備與工藝平臺、EDA、設計服務等；
傳感器應用：AIOT技術、傳感器融合、物聯網、智慧家居、生物醫療、汽車電子、智能制造、智能機器人、可穿戴設備、能源與環境、智能安防、智慧工廠等；
工業控制：RISC/ARM計算平臺、工業存儲、工業無線通信模塊、工業主板、工業顯示器、工業平板電腦、數據采集與控制、網關/遠程智能終端、遠程I/O模塊、自動化控制器、工業路由器、工業網關、工業以太網交換機等
熱泵設備類：
1.多聯機、輻射空調；二氧化碳熱泵；泳池機；農業熱泵烘干機、特種熱泵、蒸汽熱泵機；地熱井設備等；壓縮機、風機、主機控制器、鈑金、蒸發器、冷凝器、膨脹閥等制冷配件；機床、鈑金折彎機等；
2.地暖系統、電伴熱、暖通自控系統、集中供熱設備、分布式供熱設備、水處理設備、水泵、閥門、各種新型管材、保溫、隔熱防腐材料；地暖管材、明裝風盤、暖氣片；
3.全熱交換/單雙向流新風機組、全熱交換新風除濕機
立訊精密工業股份有限公司 研發經理
AI在智能終端設備仿真設計領域的探索
何其波
Oppo硬件仿真專家
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李辰
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研究背景
隨著電子系統（如服務器、交換機、AI加速卡）傳輸速率不斷提升（如PCIe Gen5/6、DDR5、112G SerDes等），信號在PCB上傳輸時面臨更大的完整性挑戰，包括：
■高頻損耗增加；
■串擾與反射加劇；
■時序裕度縮小；
■EMI問題突出。
1.6em;">工控機：MIC-7700系列邊緣計算平臺</p></li>
<li style="clear: both;"><p style="margin-top: 5px; margin-bottom: 15px; line-height: 1.6em;">顯示屏：10.1寸（HDMI接口，1080P分辨率）</p></li>
</ul>（4）輔助系統
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交換機
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15:55 - 16:20
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