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1、交换式以太网,最早的以太网交换机出现在1995年，其前身是网桥，交换机使用的算法与网桥基本相同，交换机可简单理解为是一个多端口的网桥，连接在端口上的主机或网段独享带宽。交换机的算法相对较简单，硬件厂商将算法进行固化，生产出了交换机的核心ASIC芯片，从而实现了基于硬件的线速度交换机。,目前的以太网交换机已具备强大的交换处理能力和丰富的功能，如VLAN划分，生成树协议、组播支持、服务质量等。交换机和路由器已成为局域网组网的核心关键设备，交换式以太网成为目前最流行的组网方式。,1交换机简介,交换机是工作于OSI的第2层，即数据链路层的设备，能识别MAC地址，通过解析数据帧中的目的主机的MAC地址，
2、能将数据帧快速地从源端口转发至目的端口，从而避免与其他端口发生碰撞，提高了网络的交换和传输速度。,3层交换机是带路由功能的交换机，可工作在OSI的第3层，即网络层，也可工作在第2层。3层交换机作为3层设备使用时相当于一个多端口的路由器。3层交换机能根据IP地址转发数据包。,2交换机的工作原理,交换机的工作原理是存储转发，它将某个端口发送的数据帧先存储下来，通过解析数据帧，获得目的MAC地址，然后在交换机的MAC地址与端口对应表中，检索该目的主机所连接到的交换机端口，找到后就立即将数据帧从源端口直接转发到目的端口。,交换机各端口是独享带宽，并可实现全双工通讯。比如，1台100Mbps的24口交换
3、机，其每个端口均可同时达到100Mbps的通讯速度。,利用交换机提高了数据的交换处理速度和效率，但连接在交换机上的所有设备仍都处于同一个广播域。由于局域网技术中，广播帧是大量被使用的，这些大量的广播帧将占用大量的网络带宽，并给主机为处理广播帧而造成额外的负荷。网络越大，用户数越多，就越容易形成广播风暴，因此，必须对广播域进行隔离，以抑制广播风暴的产生。要隔离广播域，可使用路由器来实现，路由器不会转发广播帧，可有效实现分割广播域，并实现网间的通讯。但由于路由器的成本较贵，为了实现廉价的解决方案，于是诞生了虚拟局域网技术（VLAN）。,虚拟局域网,虚拟局域网（Virtual Local Area
4、Network，简称为VLAN）是将局域网从逻辑上划分若干个子网的交换技术。每个子网形成一个独立的网段，称为一个VLAN，每个网段内所有主机间的通讯和广播仅限于该VLAN内，广播帧不会被转发到其他网段，即一个VLAN就是一个广播域，VLAN间是不能进行直接通信的，从而就实现了对广播域的分割和隔离。,要实现VLAN间的通讯，需借助外部路由器的路由转发来实现，或利用3层交换机的路由模块来实现。在目前的局域网组网中，普遍使用虚拟局域网技术来隔离和减小广播域。,交换机的分类与性能指标,交换机的分类,1从广义上分，交换机分为广域网交换机和局域网交换机。广域网交换机主要应用于电信领域，提供通信的基础平台；
5、而局域网交换机则应用于局域网，用于连接终端设备。2从传输介质和传输速度上分，交换机可分为以太网交换机、快速以太网交换机、千兆以太网交换机、万兆以太网交换机、FDDI交换机、ATM交换机和令牌环交换机等。3从所应用的网络规模来划分，可分为企业级交换机（又称中心交换机）、部门级交换机（又称骨干交换机）和工作组级交换机（又称桌面交换机）三种。,4根据结构的不同，交换机可分为固定端口交换机和模块化交换机。固定端口交换机只能提供有限的端口和固定类型的接口，从连接的用户数量和所使用的传输介质上看，存在一定的局限性。这类交换机也有桌面式和机架式之分，机架式便于安装和管理。,5根据工作协议的层分类，交换机可分
6、类第2层交换机、第3层交换机和第4层交换机。第2层交换机根据数据链路层的信息（MAC地址）完成不同端口间的数据交换。接入层交换机一般就采用第2层交换机。第3层交换机具有路由功能，能识别网络层的IP信息，并将IP地址用于网络路径的选择，并能够在不同网段间实现数据的线速交换。,6根据交换机在源和目的端口间传送数据包时所采用的交换方式，可将交换机分为直通式交换机、存储转发式交换机和无碎片直通式交换机三种。,交换机的性能指标,1性能指标影响交换机性能的指标主要是Mpps和背板带宽。Mpps Mpps是Million Packet Per Second的缩写，即每秒可转发多少个百万数据包。其值越大，交换
7、机的交换处理速度也就越快。,背板带宽背板带宽也是衡量交换机的重要指标之一，它直接影响交换机包转发和数据流处理能力。对于由几百台计算机构成的中小型局域网，几十Gbps的背板带宽一般可满足应用需求；对于由几千甚至上万台计算机而构成的大型局域网，比如高校校园网或城域教育网，则需要支持几百Gbps的大型3层交换机，如Cisco 5000、6500系列。2功能指标交换机通常应具备以下方面的功能，以增强交换机的应用能力。支持组播组播不同于单播（点对点通信）和广播，它可以跨网段将数据发给网络中的一组节点，在视频点播、视频会议、多媒体通讯中应用较多。,支持QoSQoS是Quality of Service（服
8、务质量）的缩写。QoS机制能够识别通过交换机的数据包的特征，并根据这些特征采取不同的传输策略，对于多媒体传输意义很重大。利用QoS可以给不同的应用程序分配不同的带宽。广播抑制功能在某些情况下，3层交换机需要转发广播包，比如DHCP客户机发送的BootP广播包，但是不能任由广播包任意广播，而是在广播包超过一定数量的时候能加以限制。因此，交换机应具备广播抑制功能。支持端口聚合功能 端口聚合是指将若干个端口聚合捆绑在一起，形成一个逻辑端口或者称为EtherChannel。通过端口聚合，可成倍提高端口的通信速度。,支持802.1q协议或ISL协议 IEEE 802.1q协议和ISL协议是trunk链路
9、打标封装协议，以实现跨交换机的VLAN。目前的交换机一般均支持802.1q协议。ISL协议是Cisco交换机特有的类似功能的协议。支持802.1d协议 IEEE 802.1d协议也即生成树协议。在大型网络中，为提高网络的可靠性，往往采用冗余链路的方式保证网络的连通，为防止网络出现环路，必须运行生成树协议。此时交换机就必须支持该协议。支持的协议对于局域网，一般支持IP和IPX协议就能满足要求。目前的交换机一般均支持。,支持流量控制能够控制交换机的数据流量，HDX、FDX是通用的流量控制标准，目前的交换机一般均支持。易于扩展对于核心层交换机，应注意其扩展性，通常应是模块化的交换机，能在未来根据应用
10、的需要，通过添加功能模块，来增强交换机的功能和增加接口。,交换机产品简介,目前生产交换机的主流厂商主要有Cisco和华为3COM公司，其生产的交换机是市场应用的主流。,1Cisco的低端交换机Cisco低端交换机主要有3500XL、2900和2950系列，通常用作接入层交换机。2900系列主要有Catalyst 2916、2926G、2948G、2948G-L3（3层交换机）。,Cisco Catalyst 2950-24交换机,Cisco Catalyst 2950C-24交换机,2Cisco中端交换机,Cisco中端交换机主要有3500系列和3550系列，3550是新的产品系列。3500系
11、列目前常用的主要有Cisco Catalyst 3524、3548，后两位数字指提供的端口数量。Cisco Catalyst 3550系列是一种新型的企业级可堆叠交换机，具备高可用性、可扩展性和安全性，通过所提供的一系列快速以太网和千兆位以太网配置，Catalyst 3550系列可作为中型网络的线速3层交换机，可用作接入层或汇聚层交换机，主要产品有Catalyst 3550-12T、3550-12G、3550-24、3550-48。,Cisco Catalyst 3550-12T与3550-12G交换机,Cisco Catalyst 3550-24交换机 Cisco Catalyst 3550
12、-48交换机,3Cisco高端交换机Cisco高端交换机主要有Catalyst 4000系列、Catalyst 4500系列、Catalyst 5000系列和Catalyst 6500系列，主要用作大型网络的核心交换机。4000系列目前已过时，被4500系列取代。Catalyst 4500是新一代的产品系列，支持第2/3/4层交换，具体型号主要有Cisco Catalyst 4503（3个插槽）、Cisco Catalyst 4506（6个插槽）、Cisco Catalyst 4507R（7个插槽）。,Cisco Catalyst 4006的接线面板,Catalyst 6500系列主要为企业和
13、电信运营商网络提供高度可用、安全的融合网络服务。这些交换机可满足骨干网、分布层、布线室结构以及数据中心环境对高可用性、可扩展性、高级服务和多层交换越来越高的要求。该系列提供有3插槽、6插槽、9插槽和13插槽的机箱，以及多种集成式服务模块，包括数千兆位的网络安全性、内容交换、语音和网络分析模块，能提供48到576个10/100/1000以太网端口，和支持192个1Gbps或32个10Gbps骨干网端口，能作为每秒数亿个数据包处理能力的网络核心交换机。,汇聚层（distribution layer）,汇聚层交换机用于汇聚接入层交换机的流量，并上连至核心层交换机。一般采用3层交换机，比如Cisco
14、3550系列、华为的Quidway S3526E等。这类交换机一般具有一定数量的高速端口，以提供较高的数据吞吐能力。一幢楼各房间的网线，通过综合布线，全部拉到楼宇配线间，并接在配线架上，利用双绞线跳线，再从配线架接到接入层交换机的各个端口。接入层交换机再向上全部级联到汇聚层交换机，汇聚层交换机再通过光纤向上级联到位于中心机房的核心层交换机。,核心层（core layer）,核心层交换机是整个网络的中心交换机，具有最高的交换性能，用于连接和汇聚各汇聚层交换机的流量。核心层交换机一般采用高档的3层交换机，这类交换机具有很高的交换背板带宽和较多的高速以太网端口或光纤端口。比如Cisco 4000、4500、5000和6500系列等。小型局域网可以不用汇聚层交换机，而直接向上级联到核心交换机，即采用2层结构，其核心交换机也可采用Cisco 3550交换机来担任。在具体设计网络时，可根据网络的规模和对带宽的要求，选择适当型号的交换机来作为接入层或汇聚层的交换机，对于一些要求较高的网络，其聚层交换机可能用的就是Cisco 4500或5000系列的交换机。,3层式交换网络拓扑结构,
