交换机内部的元器件构成有哪些？

摘要： 交换机是一种重要的网络设备，用于在局域网（LAN）或广域网（WAN）中转发数据包，决定传输路径、提高网络带宽并实现网络安全功能，交换机的工作原理依赖于各种元器件的相互协作，以下是一...

交换机是一种重要的网络设备，用于在局域网（LAN）或广域网（WAN）中转发数据包，决定传输路径、提高网络带宽并实现网络安全功能，交换机的工作原理依赖于各种元器件的相互协作，以下是一些关键元器件及其作用：

1、交换机ASIC

概述：交换机ASIC（Application Specific Integrated Circuit）是交换机上的重要硬件组件，它是一种专用集成电路芯片，能够以每秒最高达12.8Tbps的速率交换数据包。

内部组件：包括存储器（如CAM、TCAM或SRAM），用于存储需要由ASIC快速访问的信息；解析流水线，由解析器和deparser组成，负责从数据包中提取、保存感兴趣的数据，并在数据包发送出去之前重建数据包；匹配动作单元，指定ASIC应如何处理数据包。

2、PHY（物理层子系统）

概述：PHY负责将链路层设备（如ASIC）连接到物理介质（如光纤），并将链路上的模拟信号转换为数字化的以太网帧。

技术细节：在某些交换机设计中，PHY可以在ASIC内构建，高速传输数据时，电信号干扰非常严重，需要复杂的降噪技术，如PHY tuning，控制预加重、可变功率设置或前向纠错算法（FEC）的类型。

3、端口子系统

概述：端口子系统负责读取端口配置，检测已安装端口的类型，初始化端口以及为端口提供与PHY交互的接口。

类型和数量：数据中心交换机包含多个Quad Small FormFactor Pluggable（QSFP）端口，数据速率最高可达100Gb/s，端口的类型和数量由交换机规范和ASIC决定。

4、CPU板

概述：交换机中存在一个运行微服务器的CPU板，包含商业x86 CPU、RAM和存储介质。

功能：CPU板通过专门的PCIE总线与交换机ASIC互连，实现对ASIC的快速调用，X86 CPU的存在使得交换机可以运行商用Linux操作系统，提供常见的操作系统功能。

5、复杂可编程逻辑器件（CPLD）和基板管理控制器（BMC）

CPLD：负责状态监控、LED控制、风扇控制和前面板端口管理。

BMC：一种专用的片上系统，具有自己的CPU、存储器和连接传感器/CPLD的接口，BMC管理电源和风扇，并提供系统管理功能，如远程电源控制、LAN上串口、带外监控和错误日志。

6、事件处理程序

概述：交换机的事件处理程序使交换机能够将内部状态更改通知到任何外部实体。

类型：包括链路事件处理程序和慢速路径数据包处理程序。

7、机壳、电源、风扇、背板等

机壳：用于保护内部电子元器件，某些交换机采用金属机壳，可防止磁场对交换机的干扰。

电源：包含外置电源和内置电源两种方式，外置电源可提供灵活电源配置。

风扇：用于交换机散热，保证交换机内部温度处于正常区间，保障长期稳定运行。

背板：用于连接管理引擎、交换模块、线卡等部分的一块PCB板。

8、交换模块

功能：负责不同接口之间的数据转发和交换，采用高性能ASIC芯片。

设计架构：业界主流的三种架构包括FullMESH架构、CROSSBAR架构和CLOS架构，目前主流高端核心交换机大部分采用CLOS架构。

9、线卡

功能：可用于配置以太网接口，通过以太网接口与计算机或其他硬件设备连接，用于数据传输。

这些元器件共同构成了交换机的核心硬件结构，确保了交换机在网络中的高效运行，随着技术的不断发展，交换机的性能和功能也在不断提升，以满足日益增长的网络需求。