最近在研究交換機，把從網上學習的和自己理解的總結下如果那里有錯誤請多多指教。
一、 交換機從外形主要分為盒式交換機和框式交換機，盒式交換機和框式交換機內部主要功能部件都一樣，只是形態和性能上有很大的區別。
1、盒式交換機
外形如下圖：
硬件模塊邏輯結構如下圖：
2、框式交換機
外形如下圖（每個品牌的布局可能不一樣）：
二、交換架構的演進介紹（主要以框式）
1，共享總線
2，環形交換
3，共享內存
4，Crossbar＋共享內存
5，分布式Crossbar
1、共享總線
總線交換是最古老的一種數據交換方式，這種方式的主要特點是沒有專門的交換網芯片，通過共享背板總線進行各線卡之間的數據傳遞，各線卡分時占用背板總線，共享總線不可避免內部沖突；結構和技術比較簡單，但交換容量受背板總線帶寬限制，無法構建大容量系統，並且隨着背板總線帶寬的增加，碼流的同步控制也成為一大瓶頸；目前采用這種交換方式的系統交換容量一般小於32G，並且一般都是有阻塞的系統。這種交換形式在一些老機型上仍有使用，新的系統不會采用這種交換形式。這種交換形式將逐漸被淘汰。
2、環形交換
環形交換實質上仍然是一種總線交換方式，改進點就是將總線移到了芯片中，而不是在背板上；
帶寬有所提高，但是沒有根本改善；采用這種交換方式的系統容量在32G-64G之間，一般來講都是有阻塞的系統；這種交換形式也將逐漸被淘汰。
3、共享內存
共享內存結構的交換機使用大量的高速RAM來存儲輸入數據，同時依賴中心交換引擎來提供全端口的高性能連接，由核心引擎檢查每個輸入包以決定路由。這類交換機設計上比較容易實現，但在交換容量擴展到一定程度時內存操作會產生延遲，另外在這種設計中由於總線互連的問題增加冗余交換引擎相對比較復雜，所以這種交換機如果提供雙引擎的話要做到非常穩定相對比較困難。所以我們可以看到早期在市場上推出的網絡核心交換機往往都是單引擎，尤其是隨着交換機端口的增加,由於需要內存容量更大,速度也更快,中央內存的價格變得很高。交換引擎會成為性能實現的瓶頸。
4、Crossbar（交換矩陣）＋共享內存
隨着網絡核心交換機的交換容量從幾十個Gbps發展到今天的幾百個Gbps，一種稱之為CrossBar的交換模式逐漸成為網絡核心交換機的首選。CrossBar(即CrossPoint)被稱為交叉開關矩陣或縱橫式交換矩陣。它能很好的彌補共享內存模式的一些不足。
首先，CrossBar實現相對簡單。共享交換架構中的線路卡到交換結構的物理連接簡化為點到點連接，實現起來更加方便，從而更加容易保證大容量交換機的穩定性;
其次，CrossBar內部無阻塞（相對的）。一個CrossBar，只要同時閉合多個交叉節點(crosspoint)，多個不同的端口就可以同時傳輸數據。從這個意義上，我們認為所有的CrossBar在內部是無阻塞的，因為它可以支持所有端口同時線速交換數據。另外，由於其簡單的實現原理和無阻塞的交換結構使其可以運行在非常高的速率上。半導體廠商目前已經可以用傳統CMOS技術制造出10Gbit/s以上速率的點對點串行收發芯片。
基本上2000年以后出現的網絡核心交換機基本上都選擇了CrossBar結構的ASIC（一種為專門目的而設計的集成電路）芯片作為核心，但由於Crossbar芯片的成本等諸多因素，這時的核心交換設備幾乎都選擇了共享內存方式來設計業務板，從而降低整機的成本因此，“CrossBar+共享內存”成為比較普遍的核心交換架構。但這種結構下，依然會存在業務板總線和交換網板的Crossbar互連問題。由於業務板總線上的數據都是標准的以太網幀，而一般Crossbar都采用信元交換的模式來體現Crossbar的效率和性能。因此在業務板上采用的共享總線的結構在一定程度上影響Crossbar的效率，整機性能完全受限於交換網板Crossbar的性能。
5、分布式Crossbar（CLOS）
傳統的園區網交換機一般采用“Crossbar+共享緩存”的交換架構，引擎板繼承擔控制平面的工作，同時也承擔數據轉發平面的工作，跨槽位的流量轉發報文需要經背板到引擎板的Crossbar芯片進行轉發。這種架構限制了設備的可靠性和性能： 可靠性限制：引擎需要承接數據轉發平面的工作，因此在引擎出現主備倒換時必然會出現丟包。此外引擎1＋1冗余，也使得Crossbar交換網只能是1＋1的冗余，冗余能力無法做的更高。 性能限制：受制於業界當前Crossbar芯片的工藝以及引擎PCB板卡布線等制造工藝，將Crossbar交換網與CPU主控單元集中在一塊引擎板上的結構，一般單塊引擎的交換容量不可能做的太高（一般約1TB左右）。 數據中心級交換機產品將控制平面與轉發平面物理分離，一般有獨立的引擎板和交換網板，同時采用CLOS多級交換架構，大大提高設備的可靠性及性能。分布式Crossbar設計中，CPU也采用了分布式設計。設備主控板上的主CPU負責整機控制調度、路由表學習和下發;業務板從CPU主要負責本地查表、業務板狀態維護工作。這就實現了分布式路由計算和分布式路由表查詢，大大緩解主控板的壓力，提高了交換機轉發效率，這也是業務板本地轉發能夠提高效率的重要原因。這種分布式Crossbar、分布式交換的設計理念是核心網絡設備設計的發展方向，保證了現在的網絡核心能支撐未來海量的數據交換和靈活的多業務支持的需求。
二、 主控單板、交換網板（數據交換從主控分離出來）、接口單板、背板的介紹
主控單板、交換網板、接口單板是華為的名稱，其他品牌各有自己的名稱，如思科的名稱是、管理引擎、交換矩陣、線卡，雖然名稱不一樣但是都是同類部件，這些概念都是針對框式交換機，即機框+可插拔板卡形式的交換機。
1、背板：
是機框背部內側的一塊板子，背板是框式交換機用於連接引擎、交換矩陣、線卡、風扇、電源等的PCB板，類似計算機的主板(顯卡、聲卡等都插入主板)，提供插卡的供電、數據、管理、控制平面的各種通道。背板技術每家又大不相同，華為的主控單板、交換網板、接口板都插在同一側屬於平行結構，而思科等交換機品牌最大的特點就是業務線卡和交換矩陣采用了正交硬件架構技術，正交架構最大的特點就是業務線卡和交換矩陣通過背板90°直接連接。相對於傳統的無源銅背板技術，正交硬件架構大大縮短了業務線卡與交換矩陣卡之間的高速信號傳輸距離，為交換機的高速信號穩定傳輸提供了硬件架構基礎。現在的交換機，為了提高背板器件可用性，一般不會在背板上設計芯片，而全部是硬件鏈路，將器件故障率降低。
2、主控單板：
提供設備的管理和控制功能以及數據平面的協議處理功能，負責處理各種通信協議；作為用戶操作的代理，根據用戶的操作指令來管理系統、監視性能，並向用戶反饋設備運行情況；對接口板、交換模塊、風扇、電源進行監控和維護。
3、交換網板：
主要是負責跨接口單板卡之間的數據轉發交換，負責各接口板之間報文的交換、分發、調度、控制等功能。通常交換單元采用高性能的ASIC芯片，提供線速轉發。從接口單板A到接口單板B的數據轉發路徑是接口單板A->背板->交換網板->背板->接口單板B。交換網板上一般會有一個或者多個交換芯片，交換機芯片通過交換網板內部鏈路、背板與各個接口單板相連，提供接口單板之間的數據交換。
4、接口單板：
也稱為接口單元或業務處理板，提供業務傳輸的外部物理接口，完成報文接收和發送。對於分布式系統，承擔部分協議處理和交換/路由功能。