交換技術是網絡中的重要技術之一，尤其是在數據中心里二三層的網絡中，應用極其普遍。交換機是交換技術的典型產物，在數據中心里到處都是，是搭建數據中心局域網的必選設備。

交換技術是網絡中的重要技術之一，尤其是在數據中心里二三層的網絡中，應用極其普遍。交換機是交換技術的典型產物，在數據中心里到處都是，是搭建數據中心局域網的必選設備。交換機分為盒式交換機和框式交換機，最大的區別是盒式交換機一般只有1~2U高，只有一塊交換芯片或者只有幾塊交換芯片自己互聯，不需要橋接芯片，而框式交換機因為有多塊插卡，每個插卡都是1U高，這樣插卡之間就需要橋接芯片來完成插卡之間的數據轉發。框式交換機在數據中心網絡匯聚和核心的位置，處理著海量數據的轉發。框式交換機將交換技術發揚光大，尤其是在插卡之間的數據交換處理上，不斷做出各種各樣的設計，以便在交換容量、降低設計成本等方面不斷提升。單從交換架構方面來說，當前存在兩種最為主要的交換架構：一種是傳統的基于報文選路轉發的交換；另一種是新興的基于信元轉發的交換，兩種架構各有優缺點，引爆了交換架構選擇之戰。

基于報文選路轉發交換

這種方式從有框式交換機以來就存在，通過橋接芯片將多個插卡連接起來，橋接芯片的數量直接決定了插卡之間的轉發帶寬，最開始很多設備將橋接芯片放在了一塊集中插卡上，發現受限于橋接芯片的轉發能力，根本無法滿足多塊插卡之間的流量線速轉發，隨著框式設備的槽位設計的越來越多，插卡線速轉發能力越來越低。于是有人開始設計多插卡方式，用包含有多塊橋接芯片的查看來實現插卡連接，每塊橋接插卡都會為交換插卡提供一部分帶寬，多塊橋接插卡一起工作就可以為每塊交換插卡提供很大帶寬，實現每個插卡都可以線速轉發，這種實現方式一度在數據中心網絡中盛行十年之久，幾乎所有的框式設備都是基于這樣的架構實現。不過，隨著數據中心流量的不斷增長，插卡上的所有端口都被用上，就發現在一些特殊流量場景中，這些插卡出現了無法線速的情況，這與理論測試不符。

其實出現這種情況和這種架構有關，一個插卡上來的流量要基于報文特征來選路，將報文送到不同的橋接插卡上，在橋接插卡上實現流量的負載分擔，因為單塊的橋接插卡無法滿足框式交換機所有交換插卡的線速需求，由于進入插卡的報文特征變化并不是完全均勻的，從而選路到不同橋接插卡的流量也不會是完全均勻的，如果橋接插卡設計的帶寬冗余很小甚至沒有的話，一點點的不均勻都會造成擁塞，從而出現丟包，交換插卡無法達到線速轉發，這種情況在實際網絡中并非少見，一旦碰到只能調整選路算法（未必有用），或者換帶寬容量更大的設備，盡可能多地留出一些冗余帶寬來。

基于信元轉發交換

正因為報文選路轉發交換架構具有天生的缺陷，基于信元方式轉發架構誕生。這種方式也需要多塊橋接插卡，交換插卡具備了一種分片能力，它可以將進來的報文，分解成多個大小相同的信元，然后分別發向不同的橋接插卡，這樣發給每個橋接插卡的報文大小都是相同的，去往不同橋接插卡的流量就永遠都是均勻的，就不會存在選路不均的問題。這種方式徹底解決了以往交換架構內部流量不均，擁塞的問題，成為新的主流交換架構。不過，基于信元轉發也有其技術固有缺陷。交換插卡將每個報文都要做分片（一般是按照固定的64字節或者128字節分片，最后一片字節不夠也要補齊到64或者128字節），經過橋接插卡轉發后，還要在出口插卡上重組，還原出來經過轉發后的完整報文，而基于報文選路方式就不需要，這無疑增加了設備的轉發開銷，所以這種架構相比基于報文選路，轉發效率要低，轉發時延要高，因為很多報文分片后最后一片都要添加空的數據補齊，每個信元也要有自己的轉發頭，這些數據都要多占用一些數據帶寬，浪費掉了部分內部帶寬。

這種方式還會增加故障概率，只要有一塊橋接插卡出了問題，整個設備的轉發都會受到影響，因為幾乎每個報文的信元都要經過這塊橋接插卡，基于報文選路轉發則不會，哪塊橋接插卡出問題，影響的只是HASH選路到這塊橋接插卡的業務，走到其它橋接插卡上的業務不受影響。還有一旦報文進入交換插卡，到橋接插卡都是信元轉發，極不利于問題定位，這時在橋接插卡上根本看不到報文內容，發給每個橋接插卡的報文長度特征都一樣，到底是交換插卡出了問題，還是橋接插卡出了問題，區分不清，往往要通過替換測試才能明確。基于報文選路的架構就很容易，根據報文特征在內部端口上做統計，確認問題發生的位置，可以很快找到問題原因，方便維護，這樣也使得不少人又轉頭追逐基于報文的選路交換架構。

經過以上的介紹，兩種交換架構各有優缺點，誰也無法替代誰。兩種架構技術目前都較為成熟，具備實際應用的水平，設計成本差別也不大。具體在數據中心里使用哪種交換架構設備（一臺設備無法同時具備兩種架構），還是要從實用角度來考慮，要看數據中心更看重哪個方面。如果數據中心里的流量不夠大，報文特征也比較單一，變化比較均勻，就可以考慮方便維護的基于報文選路的交換設備；如果數據中心的流量超大，交換插卡的端口基本全要用上，并且帶寬利用率很高，建議選用基于信元轉發的交換設備，避免出現無法達到線速的問題，兩種交換架構將在未來的一段時間里長期存在，供數據中心選擇。