ca手冊(cè)交換機(jī)工作原理

1、CCNA手冊(cè)交換機(jī)(Switch)工作原理一、概述 交換技術(shù)是一個(gè)具有簡化、 低價(jià)、高性能和高端口密集特點(diǎn)的交換產(chǎn)品， 體 現(xiàn)了橋接技術(shù)的復(fù)雜交換技術(shù)在 OSI參考模型的第二層操作。與橋接器一樣，交 換機(jī)按每一個(gè)包中的MAC地址相對(duì)簡單地決策信息轉(zhuǎn)發(fā)。而這種轉(zhuǎn)發(fā)決策一般不 考慮包中隱藏的更深的其他信息。 與橋接器不同的是交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)延遲很小， 操作 接近單個(gè)局域網(wǎng)性能，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了普通橋接互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)之間的轉(zhuǎn)發(fā)性能。交換技術(shù)允許共享型和專用型的局域網(wǎng)段進(jìn)行帶寬調(diào)整， 以減輕局域網(wǎng)之間 信息流通出現(xiàn)的瓶頸問題?，F(xiàn)在已有以太網(wǎng)、快速以太網(wǎng)、 FDDI和ATM技術(shù)的 交換產(chǎn)品。交換機(jī)能經(jīng)濟(jì)地將網(wǎng)絡(luò)分成小的沖

2、突網(wǎng)域，為每個(gè)工作站提供更高的帶寬。 協(xié)議的透明性使得交換機(jī)在軟件配置簡單的情況下直接安裝在多協(xié)議網(wǎng)絡(luò)中； 交 換機(jī)使用現(xiàn)有的電纜、 中繼器、集線器和工作站的網(wǎng)卡， 不必作高層的硬件升級(jí)； 交換機(jī)對(duì)工作站是透明的， 這樣管理開銷低廉， 簡化了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的增加、 移動(dòng)和 網(wǎng)絡(luò)變化的操作。利用專門設(shè)計(jì)的集成電路可使交換機(jī)以線路速率在所有的端口并行轉(zhuǎn)發(fā)信 息，提供了比傳統(tǒng)橋接器高得多的操作性能。 專用集成電路技術(shù)使得交換器在更 多端口的情況下以上述性能運(yùn)行， 其端口造價(jià)低于傳統(tǒng)型橋接器。 二、三種交換 技術(shù)1端口交換端口交換技術(shù)最早出現(xiàn)在插槽式的集線器中， 這類集線器的背板通常劃分有 多條以太網(wǎng)段(每

3、條網(wǎng)段為一個(gè)廣播域) ，不用網(wǎng)橋或路由連接，網(wǎng)絡(luò)之間是互 不相通的。 以大主模塊插入后通常被分配到某個(gè)背板的網(wǎng)段上， 端口交換用于將 以太模塊的端口在背板的多個(gè)網(wǎng)段之間進(jìn)行分配、 平衡。 根據(jù)支持的程度， 端口 交換還可細(xì)分為：模塊交換：將整個(gè)模塊進(jìn)行網(wǎng)段遷移。端口組交換： 通常模塊上的端口被劃分為若干組， 每組端口允許進(jìn)行網(wǎng)段遷 移。端口級(jí)交換： 支持每個(gè)端口在不同網(wǎng)段之間進(jìn)行遷移。 這種交換技術(shù)是基于 OSI 第一層上完成的，具有靈活性和負(fù)載平衡能力等優(yōu)點(diǎn)。如果配置得當(dāng)，那么 還可以在一定程度進(jìn)行客錯(cuò)， 但沒有改變共享傳輸介質(zhì)的特點(diǎn)， 自而未能稱之為 真正的交換。2幀交換幀交換是目前應(yīng)用最

4、廣的局域網(wǎng)交換技術(shù)， 它通過對(duì)傳統(tǒng)傳輸媒介進(jìn)行微分 段，提供并行傳送的機(jī)制，以減小沖突域，獲得高的帶寬。一般來講每個(gè)公司的 產(chǎn)品的實(shí)現(xiàn)技術(shù)均會(huì)有差異，但對(duì)網(wǎng)絡(luò)幀的處理方式一般有以下幾種：直通交換：提供線速處理能力，交換機(jī)只讀出網(wǎng)絡(luò)幀的前 14 個(gè)字節(jié)，便將 網(wǎng)絡(luò)幀傳送到相應(yīng)的端口上。存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)：通過對(duì)網(wǎng)絡(luò)幀的讀取進(jìn)行驗(yàn)錯(cuò)和控制。前一種方法的交換速度非?？欤?但缺乏對(duì)網(wǎng)絡(luò)幀進(jìn)行更高級(jí)的控制， 缺乏智 能性和安全性， 同時(shí)也無法支持具有不同速率的端口的交換。 因此， 各廠商把后 一種技術(shù)作為重點(diǎn)。有的廠商甚至對(duì)網(wǎng)絡(luò)幀進(jìn)行分解， 將幀分解成固定大小的信元， 該信元處理 極易用硬件實(shí)現(xiàn)，處理速度快，同時(shí)

5、能夠完成高級(jí)控制功能（如美國MADG公司 的LET集線器）如優(yōu)先級(jí)控制。3信元交換ATM技術(shù)代表了網(wǎng)絡(luò)和通訊技術(shù)發(fā)展的未來方向，也是解決目前網(wǎng)絡(luò)通信中眾多難題的一劑“良藥”，ATM采用固定長度53個(gè)字節(jié)的信元交換。由于長度 固定，因而便于用硬件實(shí)現(xiàn)。ATM采用專用的非差別連接，并行運(yùn)行，可以通過 一個(gè)交換機(jī)同時(shí)建立多個(gè)節(jié)點(diǎn)，但并不會(huì)影響每個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的通信能力。ATM還容許在源節(jié)點(diǎn)和目標(biāo)、節(jié)點(diǎn)建立多個(gè)虛擬鏈接，以保障足夠的帶寬和容錯(cuò)能力。 ATM采用了統(tǒng)計(jì)時(shí)分電路進(jìn)行復(fù)用，因而能大大提高通道的利用率。ATM的帶寬可以達(dá)到25M 155M 622M甚至數(shù)Gb的傳輸能力。三、局域網(wǎng)交換機(jī)的種類和 選

6、擇局域網(wǎng)交換機(jī)根據(jù)使用的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以分為：以大網(wǎng)交換機(jī)；令牌環(huán)交換機(jī)；FDDI交換機(jī)；ATM交換機(jī)；快速以太網(wǎng)交換機(jī)等。如果按交換機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域來劃分，可分為：臺(tái)式交換機(jī)；工作組交換機(jī)；主干交換機(jī)；企業(yè)交換機(jī)；分段交換機(jī)； 端口交換機(jī)；網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)等。局域網(wǎng)交換機(jī)是組成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的核心設(shè)備。 對(duì)用戶而言， 局域網(wǎng)交換機(jī)最主 要的指標(biāo)是端口的配置、數(shù)據(jù)交換能力、包交換速度等因素。因此，在選擇交換 機(jī)時(shí)要注意以下事項(xiàng)：（1）交換端口的數(shù)量；（2）交換端口的類型；（3）系統(tǒng)的擴(kuò)充能力；（4）主干線連接手段；（5）交換機(jī)總交換能力；（6）是否需要路由選擇能力；（7）是否需要熱切換能力；（8）是否需要容錯(cuò)能力；

7、（9）能否與現(xiàn)有設(shè)備兼容，順利銜接；（10）網(wǎng)絡(luò)管理能力。四、交換機(jī)應(yīng)用中幾個(gè)值得注意的問題 1交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的瓶頸問題交換機(jī)本身的處理速度可以達(dá)到很高，用戶往往迷信廠商宣傳的Gbps級(jí)的高速背板。其實(shí)這是一種誤解， 連接入網(wǎng)的工作站或服務(wù)器使用的網(wǎng)絡(luò)是以大網(wǎng)， 它遵循CSMAACD介質(zhì)訪問規(guī)則。在當(dāng)前的客戶/服務(wù)器模式的網(wǎng)絡(luò)中多臺(tái)工作 站會(huì)同時(shí)訪問服務(wù)器， 因此非常容易形成服務(wù)器瓶頸。 有的廠商已經(jīng)考慮到這一 點(diǎn)，在交換機(jī)中設(shè)計(jì)了一個(gè)或多個(gè)高速端口 （如3C0M勺LinkswitchlOOO可以配 置一個(gè)或兩個(gè)100Mbps端口），方便用戶連接服務(wù)器或高速主干網(wǎng)。用戶也可以 通過設(shè)計(jì)多臺(tái)服務(wù)器

8、 （進(jìn)行業(yè)務(wù)劃分） 或追加多個(gè)網(wǎng)卡來消除瓶頸。 交換機(jī)還可 支持生成樹算法，方便用戶架構(gòu)容錯(cuò)的冗余連接。2網(wǎng)絡(luò)中的廣播幀目前廣泛使用的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)有Netware、WindowsNT等，而 LanServer 的服務(wù)器是通過發(fā)送網(wǎng)絡(luò)廣播幀來向客戶機(jī)提供服務(wù)的。 這類 局域網(wǎng)中廣播包的存在會(huì)大大降低交換機(jī)的效率， 這時(shí)可以利用交換機(jī)的虛擬網(wǎng) 功能（并非每種交換機(jī)都支持虛擬網(wǎng)）將廣播包限制在一定范圍內(nèi)。每臺(tái)文交換機(jī)的端口都支持一定數(shù)目的 MAC地址，這樣交換機(jī)能夠“記憶” 住該端口一組連接站點(diǎn)的情況，廠商提供的定位不同的交換機(jī)端口支持 MAC數(shù)也 不一樣，用戶使用時(shí)一定要注意交換機(jī)端口的連接端點(diǎn)數(shù)

9、。 如果超過廠商給定的 MAC數(shù)，交換機(jī)接收到一個(gè)網(wǎng)絡(luò)幀時(shí)，只有其目的站的MAC地址不存在于該交換機(jī)端口的MAC地址表中，那么該幀會(huì)以廣播方式發(fā)向交換機(jī)的每個(gè)端口。3虛擬網(wǎng)的劃分 虛擬網(wǎng)是交換機(jī)的重要功能，通常虛擬網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)形式有三種：(1) 靜態(tài)端口分配 靜態(tài)虛擬網(wǎng)的劃分通常是網(wǎng)管人員使用網(wǎng)管軟件或直接設(shè)置交換機(jī)的端口，使其直接從屬某個(gè)虛擬網(wǎng)。 這些端口一直保持這些從屬性， 除非網(wǎng)管人員重新設(shè) 置。這種方法雖然比較麻煩，但比較安全，容易配置和維護(hù)。(2) 動(dòng)態(tài)虛擬網(wǎng)支持動(dòng)態(tài)虛擬網(wǎng)的端口， 可以借助智能管理軟件自動(dòng)確定它們的從屬。 端口 是通過借助網(wǎng)絡(luò)包的MAC地址、邏輯地址或協(xié)議類型來確定虛擬

10、網(wǎng)的從屬。當(dāng)一網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)剛連接入網(wǎng)時(shí)， 交換機(jī)端口還未分配， 于是交換機(jī)通過讀取網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的 MAC地址動(dòng)態(tài)地將該端口劃入某個(gè)虛擬網(wǎng)。這樣一旦網(wǎng)管人員配置好后，用戶的 計(jì)算機(jī)可以靈活地改變交換機(jī)端口， 而不會(huì)改變?cè)撚脩舻奶摂M網(wǎng)的從屬性， 而且 如果網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)未定義的MAC地址，則可以向網(wǎng)管人員報(bào)警。(3) 多虛擬網(wǎng)端口配置該配置支持一用戶或一端口可以同時(shí)訪問多個(gè)虛擬 網(wǎng)。這樣可以將一臺(tái)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器配置成多個(gè)業(yè)務(wù)部門 (每種業(yè)務(wù)設(shè)置成一個(gè)虛擬 網(wǎng))都可同時(shí)訪問， 也可以同時(shí)訪問多個(gè)虛擬網(wǎng)的資源， 還可讓多個(gè)虛擬網(wǎng)間的 連接只需一個(gè)路由端口即可完成。 但這樣會(huì)帶來安全上的隱患。 虛擬網(wǎng)的業(yè)界規(guī) 范正在制

11、定當(dāng)中，因而各個(gè)公司的產(chǎn)品還談不上互操作性。 Cisco 公司開發(fā)了 In ter SwitchLi nk (ISL)虛擬網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，該協(xié)議支持跨骨干網(wǎng)( ATM FDD、 FastEthernet )的虛擬網(wǎng)。 但該協(xié)議被指責(zé)為缺乏安全性上的考慮。 傳統(tǒng)的計(jì)算 機(jī)網(wǎng)絡(luò)中使用了大量的共享式 Hub,通過靈活接入計(jì)算機(jī)端口也可以獲得好的效 果。4高速局域網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用 快速以太網(wǎng)技術(shù)雖然在某些方面與傳統(tǒng)以大網(wǎng)保持了很好的兼容性，但 100BASE-TX 100BASAE-T4及100BASE-FX對(duì)傳輸距離和級(jí)連都有了比較大的限 制。通過100Mbps的交換機(jī)可以打破這些局限。同時(shí)也只有交換機(jī)端口才可以支 持雙工高速傳輸。目前也出現(xiàn)了 CDDJ/FDDI的交換技術(shù)，另外該CDDJ/FDDI的端口價(jià)格也呈 下降趨勢， 同時(shí)在傳輸距離和安全性方面也有比較大的優(yōu)勢， 因此它是大型網(wǎng)絡(luò) 骨干的一種比較好的選擇。3COM勺主要交換產(chǎn)品有Linkswitch系列和LANplex系列；BAY勺主要交換 產(chǎn)品有 LattisSwitch2800 ，BAYstackworkgroup、System3O00/5000 (提供某些 可選交換模