1.交換機(jī)的功能
交換機(jī)的功能是連接計(jì)算機(jī)、服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)、網(wǎng)絡(luò)攝像頭、IP電話(huà)等終端設(shè)備，并實(shí)現(xiàn)與其它交換機(jī)、無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)、路由器、網(wǎng)絡(luò)防火墻等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的互聯(lián)，從而構(gòu)建局域網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)所有設(shè)備之間的通信。
2.交換機(jī)的工作原理
交換機(jī)位于OSI參考模型中的第二層（數(shù)據(jù)鏈路層），交換機(jī)的工作依賴(lài)于對(duì)MAC地址的識(shí)別（所有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都有一個(gè)唯一的MAC地址，通常是由廠(chǎng)商直接燒錄進(jìn)網(wǎng)卡中）。
當(dāng)交換機(jī)從其某個(gè)端口收到一個(gè)數(shù)據(jù)包時(shí)，先讀取包頭中的源MAC地址（即發(fā)送該數(shù)據(jù)包的設(shè)備網(wǎng)卡的MAC地址），將該MAC地址和端口對(duì)應(yīng)起來(lái)添加到交換機(jī)內(nèi)存里的地址表中；然后再讀取包頭中的目的MAC地址，對(duì)照內(nèi)存里的地址表看該MAC地址與哪個(gè)端口對(duì)應(yīng)，如果地址表中有該MAC地址的對(duì)應(yīng)端口，則將該數(shù)據(jù)包直接復(fù)制到對(duì)應(yīng)的端口上，如果沒(méi)有找到，則將該數(shù)據(jù)幀作為一個(gè)廣播幀發(fā)送到所有的端口，對(duì)應(yīng)的MAC地址設(shè)備會(huì)自動(dòng)接受該幀數(shù)據(jù)，同時(shí)，交換機(jī)將接受該幀數(shù)據(jù)的端口與這個(gè)目的MAC地址對(duì)應(yīng)起來(lái)放入內(nèi)存中的地址表中。
飛暢科技，專(zhuān)業(yè)做光端機(jī)、光纖收發(fā)器、工業(yè)交換機(jī)、協(xié)議轉(zhuǎn)換器等工業(yè)通信設(shè)備的廠(chǎng)家，自主研發(fā)品牌，歡迎前來(lái)了解、交流。
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(chēng)為多端口網(wǎng)橋。那么，交換機(jī)的作用是什么？交換機(jī)的功能及工作原理是什么？
交換機(jī)負(fù)責(zé)連接網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（如交換機(jī)、路由器、防火墻、無(wú)線(xiàn)AP等）和終端設(shè)備（如計(jì)算機(jī)、服務(wù)器、攝像頭、網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)等）；路由器實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)與局域網(wǎng)的互聯(lián)，局域網(wǎng)與Internet的互聯(lián)；而防火墻作為一個(gè)安全網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，作用于內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)與內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)之間，或者內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)與Internet之間?？偟膩?lái)說(shuō)，交換機(jī)負(fù)責(zé)連接設(shè)備，路由器負(fù)責(zé)連接網(wǎng)絡(luò)，防火墻負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)訪(fǎng)問(wèn)限制。
1.交換機(jī)的功能
交換機(jī)的功能是連接計(jì)算機(jī)、服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)、網(wǎng)絡(luò)攝像頭、IP電話(huà)等終端設(shè)備，并實(shí)現(xiàn)與其它交換機(jī)、無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)、路由器、網(wǎng)絡(luò)防火墻等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的互聯(lián)，從而構(gòu)建局域網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)所有設(shè)備之間的通信。
2.交換機(jī)的工作原理
交換機(jī)位于OSI參考模型中的第二層（數(shù)據(jù)鏈路層），交換機(jī)的工作依賴(lài)于對(duì)MAC地址的識(shí)別（所有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都有一個(gè)唯一的MAC地址，通常是由廠(chǎng)商直接燒錄進(jìn)網(wǎng)卡中）。
當(dāng)交換機(jī)從其某個(gè)端口收到一個(gè)數(shù)據(jù)包時(shí)，先讀取包頭中的源MAC地址（即發(fā)送該數(shù)據(jù)包的設(shè)備網(wǎng)卡的MAC地址），將該MAC地址和端口對(duì)應(yīng)起來(lái)添加到交換機(jī)內(nèi)存里的地址表中；然后再讀取包頭中的目的MAC地址，對(duì)照內(nèi)存里的地址表看該MAC地址與哪個(gè)端口對(duì)應(yīng)，如果地址表中有該MAC地址的對(duì)應(yīng)端口，則將該數(shù)據(jù)包直接復(fù)制到對(duì)應(yīng)的端口上，如果沒(méi)有找到，則將該數(shù)據(jù)幀作為一個(gè)廣播幀發(fā)送到所有的端口，對(duì)應(yīng)的MAC地址設(shè)備會(huì)自動(dòng)接受該幀數(shù)據(jù)，同時(shí)，交換機(jī)將接受該幀數(shù)據(jù)的端口與這個(gè)目的MAC地址對(duì)應(yīng)起來(lái)放入內(nèi)存中的地址表中。
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交換機(jī)用于連接電腦、打印機(jī)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。
交換機(jī)是基于mac地址轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，交換機(jī)工作在OSI參考模型的第二層，數(shù)據(jù)鏈路層。交換機(jī)的傳輸模式有全雙工、單工、半雙工模式。
? ? 所謂工業(yè)以太網(wǎng)，一般來(lái)講是指技術(shù)上與商用以太網(wǎng)兼容，但在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，在材質(zhì)的選用、產(chǎn)品的強(qiáng)度、適用性以及實(shí)時(shí)性、可互操作性、可靠性、抗干擾性和本質(zhì)安全等方面能滿(mǎn)足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的需要。
? ? 隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展與普及推廣控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，Ethernet技術(shù)也得到了迅速的發(fā)展，Ethernet傳輸速率的提高和Ethernet交換技術(shù)的發(fā)展，給解決Ethernet通信的非確定性問(wèn)題帶來(lái)了希望，并使Ethernet全面應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域成為可能。
工業(yè)以太網(wǎng)連接設(shè)備發(fā)展的下一代產(chǎn)品是管理型交換機(jī)。相對(duì)集線(xiàn)器和非管理型交換機(jī)，管理型交換機(jī)擁有更多更復(fù)雜的功能，價(jià)格也高出許多－通常是一臺(tái)非管理型交換機(jī)的3～4倍。
管理型交換機(jī)提供了更多的功能，通?？梢酝ㄟ^(guò)基于網(wǎng)絡(luò)的接口實(shí)現(xiàn)完全配置。它可以自動(dòng)與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備交互，用戶(hù)也可以手動(dòng)配置每個(gè)端口的網(wǎng)速和流量控制。一些老設(shè)備可能無(wú)法使用自動(dòng)交互功能，因此手動(dòng)配置功能是必不可缺的。
? ? 絕大多數(shù)管理型交換機(jī)通常也提供一些高級(jí)功能，如用于遠(yuǎn)程監(jiān)視和配置的SNMP，用于診斷的端口映射控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，用于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備成組的VLAN(虛擬局域網(wǎng))，用于確保優(yōu)先級(jí)消息通過(guò)的優(yōu)先級(jí)排列功能等。
? ? 利用管理型交換機(jī)，可以組建冗余網(wǎng)絡(luò)。使用環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，管理型交換機(jī)可以組成環(huán)形網(wǎng)絡(luò)。每臺(tái)管理型交換機(jī)能自動(dòng)判斷最優(yōu)傳輸路徑和備用路徑，當(dāng)優(yōu)先路徑中斷時(shí)自動(dòng)阻斷(block)備用路徑。
? ? “交換”是今天網(wǎng)絡(luò)里出現(xiàn)頻率最高的一個(gè)詞,從橋接到路由到ATM直至電話(huà)系統(tǒng),無(wú)論何種場(chǎng)合都可將其套用,搞不清到底什么才是真正的交換.其實(shí)交換一詞最早出現(xiàn)于電話(huà)系統(tǒng),特指實(shí)現(xiàn)兩個(gè)不同電話(huà)機(jī)之間話(huà)音信號(hào)的交換,完成該工作的設(shè)備就是電話(huà)交換機(jī).所以從本意上來(lái)講,交換只是一種技術(shù)概念,即完成信號(hào)由設(shè)備入口到出口的轉(zhuǎn)發(fā).因此,只要是和符合該定義的所有設(shè)備都可被稱(chēng)為交換設(shè)備.由此可見(jiàn),“交換”是一個(gè)涵義廣泛的詞語(yǔ),當(dāng)它被用來(lái)描述數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)第二層的設(shè)備時(shí),實(shí)際指的是一個(gè)橋接設(shè)備；而當(dāng)它被用來(lái)描述數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)第三層的設(shè)備時(shí),又指的是一個(gè)路由設(shè)備.我們經(jīng)常說(shuō)到的以太網(wǎng)交換機(jī)實(shí)際是一個(gè)基于網(wǎng)橋技術(shù)的多端口第二層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,它為數(shù)據(jù)幀從一個(gè)端口到另一個(gè)任意端口的轉(zhuǎn)發(fā)提供了低時(shí)延、低開(kāi)銷(xiāo)的通路.
由此可見(jiàn),工業(yè)交換機(jī)內(nèi)部核心處應(yīng)該有一個(gè)交換矩陣,為任意兩端口間的通信提供通路,或是一個(gè)快速交換總線(xiàn),以使由任意端口接收的數(shù)據(jù)幀從其他端口送出.在實(shí)際設(shè)備中,交換矩陣的功能往往由專(zhuān)門(mén)的芯片（ASIC）完成.另外,以太網(wǎng)交換機(jī)在設(shè)計(jì)思想上有一個(gè)重要的假設(shè),即交換核心的速度非常之快,以致通常的大流量數(shù)據(jù)不會(huì)使其產(chǎn)生擁塞,換句話(huà)說(shuō),交換的能力相對(duì)于所傳信息量而無(wú)窮大（與此相反,ATM交換機(jī)在設(shè)計(jì)上的思路是,認(rèn)為交換的能力相對(duì)所傳信息量而言有限）.雖然以太網(wǎng)第二層交換機(jī)是基于多端口網(wǎng)橋發(fā)展而來(lái),但畢竟交換有其更豐富的特性,使之不但是獲得更多帶寬的最好途徑,而且還使網(wǎng)絡(luò)更易管理
? ? 工業(yè)交換機(jī)是自動(dòng)化很小的一塊，十年前沒(méi)有幾個(gè)廠(chǎng)商關(guān)注過(guò)這個(gè)狹窄的領(lǐng)域。隨著自動(dòng)化漸漸成熟，并伴隨著工業(yè)以太網(wǎng)的大量使用和大型工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的建立而崛起，對(duì)于自動(dòng)化廠(chǎng)商來(lái)講，豐富產(chǎn)品線(xiàn)這一塊也是不能落下的。在市場(chǎng)上也有幾家是專(zhuān)門(mén)從事工業(yè)交換機(jī)的廠(chǎng)商，主要分為三類(lèi)。
第一類(lèi)是以卓越、芯惠通為代表的市場(chǎng)規(guī)模較小、發(fā)展速度較快的專(zhuān)業(yè)工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)廠(chǎng)商。該類(lèi)企業(yè)發(fā)展迅速，在未來(lái)2-3年內(nèi)將保持較好的銷(xiāo)售業(yè)績(jī)，但是該類(lèi)型企業(yè)市場(chǎng)定位接近，競(jìng)爭(zhēng)企業(yè)數(shù)量較多，未來(lái)將面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。
第二類(lèi)以赫思曼、MOXA、東土為代表的市場(chǎng)規(guī)模大、發(fā)展速度快的專(zhuān)業(yè)工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)廠(chǎng)商。該類(lèi)企業(yè)是目前國(guó)內(nèi)工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)市場(chǎng)的主要企業(yè)，涉及行業(yè)廣，銷(xiāo)售規(guī)模大；由于搶占了市場(chǎng)的先機(jī)，赫思曼市場(chǎng)占有率第一的情況短時(shí)期內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)變化，其在電力行業(yè)擁有優(yōu)勢(shì)行業(yè)資源的情況也不會(huì)改變；但是赫思曼產(chǎn)品價(jià)格偏高、涉及行業(yè)較廣，在未來(lái)將面臨MOXA、東土等企業(yè)多方面的挑戰(zhàn)。MOXA會(huì)在以后的競(jìng)爭(zhēng)里面對(duì)東土等高性?xún)r(jià)比企業(yè)的威脅，但由于目前整體大環(huán)境較好，這種挑戰(zhàn)表現(xiàn)得并沒(méi)有十分突出。東土目前的主要問(wèn)題是解決其產(chǎn)品與國(guó)外產(chǎn)品質(zhì)量上的差距。
那我們來(lái)看看工業(yè)交換機(jī)一開(kāi)始的關(guān)注什么？工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)在工業(yè)級(jí)設(shè)計(jì)一般在設(shè)計(jì)上滿(mǎn)足：工業(yè)寬溫設(shè)計(jì)，4級(jí)電磁兼容設(shè)計(jì)，冗余交直流電源輸入，另外PCB板一般做“三防”處理。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境比普通環(huán)境都要惡劣，至少在震動(dòng)、濕氣、溫度上都要比普通環(huán)境惡劣，普通交換機(jī)在設(shè)計(jì)上沒(méi)有抵御在工業(yè)環(huán)境中出現(xiàn)的各種情況的能力，普通交換機(jī)不能長(zhǎng)時(shí)間工作在這種惡劣環(huán)境下，經(jīng)常容易出現(xiàn)故障，更使維護(hù)成本上升，一般不建議在工業(yè)環(huán)境中使用商業(yè)交換機(jī)，為了能使交換機(jī)在這種惡劣環(huán)境中使用，故生產(chǎn)出能適應(yīng)這種環(huán)境的交換機(jī)，工業(yè)級(jí)別的交換機(jī)的可靠性有電源故障，端口中斷，可由繼電器輸出報(bào)警，冗余雙直流電源輸入，主動(dòng)式電路保護(hù)，過(guò)壓、欠壓自動(dòng)斷路保護(hù)。
(1) 功能：工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)與工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通訊更加接近，比如各種現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的互通互聯(lián)、設(shè)備的冗余以及設(shè)備要求的實(shí)時(shí)性。
(2) 性能：主要體現(xiàn)在適用外界環(huán)境的參數(shù)不一樣，工業(yè)環(huán)境除了特別惡劣的環(huán)境之外，還要求有EMI電磁兼容、溫度、濕度、防塵等，特別是溫度對(duì)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的影響是最廣泛的。
格局的不斷變化，讓我們來(lái)看看第三類(lèi)，那就是PLC廠(chǎng)商已經(jīng)開(kāi)始注意到這個(gè)市場(chǎng)，因?yàn)檫@個(gè)時(shí)候正是他們大力推廣他們自己建立的以太網(wǎng)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)候，他們很需要有強(qiáng)有力的工業(yè)交換機(jī)來(lái)滿(mǎn)足他們?cè)趨f(xié)議上的不可撼動(dòng)的霸主地位，比如西門(mén)子研發(fā)了SCANLANX交換機(jī)，并收購(gòu)了加拿大的工業(yè)交換機(jī)羅杰康來(lái)支持profinet協(xié)議，AB和商業(yè)交換機(jī)霸主思科研發(fā)了Stratix交換機(jī)來(lái)支持Ethernet/IP協(xié)議，這些都說(shuō)明了以前的基礎(chǔ)交換和轉(zhuǎn)發(fā)兼路由的時(shí)代就要過(guò)去了，現(xiàn)在工業(yè)交換機(jī)面臨的是要去適應(yīng)各種工業(yè)以太網(wǎng)的協(xié)議，為了支持更多工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議而設(shè)計(jì)，如果要支持這些協(xié)議就要加入那些協(xié)議開(kāi)發(fā)組織并成為會(huì)員，這對(duì)剛剛被百通收購(gòu)了的赫斯曼來(lái)說(shuō)無(wú)疑是要更加投入成本才能在未來(lái)嚴(yán)峻的協(xié)議大戰(zhàn)中生存下來(lái)。而那些以西門(mén)子和AB為代表新興的工業(yè)交換機(jī)的廠(chǎng)家所面臨的主要是質(zhì)量和兼容性的考驗(yàn)，另外他們能夠具備得天獨(dú)厚的集成特性，比如：西門(mén)子的交換機(jī)通過(guò)profinet可以輕松集成到TIA中，而AB的斯達(dá)交換機(jī)可以通過(guò)控制IO方式集成在RS logix5000中，并通過(guò)FT View SE的功能面板來(lái)做工業(yè)交換機(jī)的維護(hù)和診斷，這就是未來(lái)工業(yè)交換機(jī)以一個(gè)新的面貌示人，再不是枯燥的命令行和千篇一律的IE設(shè)置界面。
