交換機的基本原理課件

第一章交換機的基本配置和使用路由和交換基本原理1交換機基本原理

交換機的主要參數(shù)

交換機的基本配置和使用交換機的選型本課目錄華為交換機產(chǎn)品及外觀介紹

2華為交換機產(chǎn)品及外觀介紹目前市場常用數(shù)據(jù)通信產(chǎn)品品牌有：Cisco（思科）、Huawei（華為）、3COM（三康）、D-Link、TP-Link、RuiJie（銳捷）、神州數(shù)碼、H3C（華三）等。3華為交換機產(chǎn)品及外觀介紹交換機外觀5交換機基本原理

交換機工作在OSI的第二層，可以看作是一臺多端口的網(wǎng)橋，為所連接的兩臺設(shè)備提供一條獨享的點到點的虛電路。交換機可以工作在全雙工模式下。6交換機基本原理

交換機的英文名稱為“Switch”，它是集線器的升級換代產(chǎn)品，采用與集線器不同的工作原理。如果從產(chǎn)品的外觀上來看，交換機與常用的集線器基本上沒有多大區(qū)別，一般都是一個金屬外殼的扁形長方體，在面板上有多個RJ-45接口。通常交換機應(yīng)該具備以下基本的功能：物理編址、錯誤校驗（一般情況下采用的是CRC校驗方法）、幀序列以及流量控制等。7交換機基本原理交換機與集線器的區(qū)別：1.在OSI參考模型中的工作層次不同。集線器一般是工作在物理層，目前較為普通的交換機至少是工作在第二層，更高級的交換機可以工作在網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層。2.交換機的數(shù)據(jù)傳輸方式不同。集線器的數(shù)據(jù)傳輸方式是廣播（broadcast）方式，而交換機是點對點的數(shù)據(jù)發(fā)送。3.帶寬占用方式不同。在帶寬占用方面，集線器所有端口是共享集線器的總帶寬，而交換機的每個端口都具有自己的帶寬。4.傳輸模式不同。集線器只能采用半雙工方式進行傳輸?shù)?，因為集線器是共享傳輸介質(zhì)的。9地址學(xué)習(xí)幀的轉(zhuǎn)發(fā)/過濾回路防止交換機的三個功能交換機基本原理10交換機如何學(xué)習(xí)主機的位置最初開機時MAC地址表是空的MAC地址表0260.8c01.11110260.8c01.22220260.8c01.33330260.8c01.4444E0E1E2E3ABCD交換機基本原理11交換機如何學(xué)習(xí)主機的位置主機D發(fā)送數(shù)據(jù)幀給主機C交換機通過學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)幀的源MAC地址，記錄下主機D的MAC地址對應(yīng)端口E03該數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)發(fā)到除端口E3以外的其它所有端口(不清楚目標主機的單點傳送用泛洪方式)0260.8c01.11110260.8c01.22220260.8c01.33330260.8c01.4444E0:0260.8c01.1111E3:0260.8c01.4444E0E1E2E3DCABMAC地址表交換機基本原理13交換機如何過濾幀交換機A發(fā)送數(shù)據(jù)幀給主機C在地址表中有目標主機，數(shù)據(jù)幀不會泛洪而直接轉(zhuǎn)發(fā)E0:0260.8c01.1111E2:0260.8c01.2222E1:0260.8c01.3333E3:0260.8c01.44440260.8c01.11110260.8c01.22220260.8c01.33330260.8c01.4444E0E1E2E3XXDCABMAC地址表交換機基本原理14主機D發(fā)送廣播幀或多點幀廣播幀或多點幀泛洪到除源端口外的所有端口0260.8c01.11110260.8c01.22220260.8c01.33330260.8c01.4444E0E1E2E3DCABE0:0260.8c01.1111E2:0260.8c01.2222E1:0260.8c01.3333E3:0260.8c01.4444廣播幀和多點傳送幀MAC地址表交換機基本原理15交換機的主要參數(shù)1.MAC地址表交換機可以識別連在網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點的網(wǎng)卡MAC地址，并把它們保存到MAC地址表里。這個MAC地址表存放于交換機的緩存中，并記住這些地址，當需要向目的地址發(fā)送數(shù)據(jù)時，交換機就可在MAC地址表中查找這個MAC地址的節(jié)點位置，然后直接向這個位置的節(jié)點發(fā)送。17交換機的主要參數(shù)1.MAC地址表MAC地址數(shù)量是指交換機的MAC地址表中可以最多存儲的MAC地址數(shù)量。不同檔次的交換機每個端口所能夠支持的MAC數(shù)量不同。在交換機的每個端口，都需要足夠的緩存來記憶這些MAC地址，緩存容量的大小就決定了相應(yīng)交換機所能記憶的MAC地址數(shù)量的多少。越是高檔的交換機能記住的MAC地址數(shù)量就越多。18交換機的主要參數(shù)2.端口類型端口類型是指交換機上提供的端口是以太網(wǎng)、令牌環(huán)、FDDI還是ATM等類型，一般來說固定端口交換機只有單一類型的端口，適合中小企業(yè)或個人用戶使用，而模塊化交換機由于可以有不同介質(zhì)類型的模塊可供選擇，端口類型更為豐富，這類交換機適合部門級以上級別用戶選擇?？焖僖蕴W(wǎng)交換機端口類型一般包括10Base-T、100Base-TX、100Base-FX，其中10Base-T和100Base-TX一般是由10M/100M自適應(yīng)端口提供。19交換機的主要參數(shù)4.傳輸模式傳輸模式有全雙工、半雙工、全雙工/半雙工自適應(yīng)等三種模式。全雙工的好處在于遲延小，速度快。目前的交換機都支持全雙工。21交換機的主要參數(shù)5.傳輸速率交換機的傳輸速度是指交換機端口的數(shù)據(jù)交換速度。目前常見的有10Mbps、100Mbps、1000Mbps等幾類。除此之外還有10GMbps交換機，但目前市場供給很少。10M/100Mbps自適應(yīng)交換機適合工作組級別使用，純100Mbps或1000Mbps交換機一般應(yīng)用在部門級以上的應(yīng)用或骨干級別的應(yīng)用當中。10GMbps的交換機主要用在電信等骨干網(wǎng)絡(luò)上。22交換機的主要參數(shù)6.模塊化插槽數(shù)模塊化插槽數(shù)量是針對模塊化交換機而言。模塊化插槽數(shù)量就是指模塊化交換機所能安插的最大模塊數(shù)。在模塊化交換機中，為用戶預(yù)留了不同數(shù)量的空余插槽，以方便用戶擴充各種接口，預(yù)留的插槽越多，用戶擴充的余地就越大。模塊化交換機配備了多個空閑的插槽，用戶可選擇不同數(shù)量、不同速率和不同接口類型的模塊，以適應(yīng)千變?nèi)f化的網(wǎng)絡(luò)需求。但擁有更大的靈活性和可擴充性。像這樣模塊化交換機的端口數(shù)量就取決于模塊的數(shù)量和插槽的數(shù)量。23交換機的主要參數(shù)8.背板帶寬交換機的背板帶寬也叫交換帶寬，是交換機接口處理器或接口卡和數(shù)據(jù)總線間所能吞吐的最大數(shù)據(jù)量，它決定著交換機的數(shù)據(jù)處理能力。背板帶寬標志了交換機總的數(shù)據(jù)交換能力，一臺交換機的背板帶寬越高，所能處理數(shù)據(jù)的能力就越強，但同時設(shè)計成本也會越高。交換機上所有端口能提供的總帶寬計算公式為端口數(shù)×相應(yīng)端口速率×2（全雙工模式）。例如一臺16口的10M/100Mbps交換機的總帶寬＝16×100Mbps×2＝3.2Gbps。如果總帶寬小于等于標稱背板帶寬，那么在背板帶寬上是線速的。25交換機的主要參數(shù)9.轉(zhuǎn)發(fā)速率轉(zhuǎn)發(fā)速率也稱吞吐量，是指交換機每秒鐘接收數(shù)據(jù)位并通過合適的端口發(fā)送出去的最大數(shù)據(jù)位數(shù)。就相當于一座立交橋每秒鐘能通過的車輛的流量。它是交換機的一個重要參數(shù)，標志著交換機的具體性能。交換機的轉(zhuǎn)發(fā)速率=千兆端口數(shù)量×1.488Mpps+百兆端口數(shù)量*0.1488Mpps。因為包轉(zhuǎn)發(fā)線速的衡量標準是以單位時間內(nèi)發(fā)送64byte的數(shù)據(jù)包（最小包）的個數(shù)作為計算基準的。26交換機的主要參數(shù)12.端口聚合端口聚合它可將多物理連接當作一個單一的邏輯連接來處理，它允許兩個交換器之間通過多個端口并行連接同時傳輸數(shù)據(jù)以提供更高的帶寬、更大的吞吐量和可恢復(fù)性的技術(shù)。將多個物理鏈路捆綁在一起后，還可以同時經(jīng)由被綁定的多個物理鏈路傳輸，具有鏈路冗余的作用。一般來說，兩個普通交換器連接的最大帶寬取決于媒介的連接速度（100BASE-TX雙絞線為200M），而使用端口聚合技術(shù)可以將4個200M的端口捆綁后成為一個高達800M的連接。這一技術(shù)的優(yōu)點是以較低的成本通過捆綁多端口提高帶寬。29交換機的主要參數(shù)13.三層交換三層交換是相對于傳統(tǒng)交換概念而提出的。傳統(tǒng)的交換技術(shù)是在OSI網(wǎng)絡(luò)標準模型中的數(shù)據(jù)鏈路層進行操作的，而三層交換技術(shù)是在網(wǎng)絡(luò)模型中的第三層實現(xiàn)了數(shù)據(jù)包的高速轉(zhuǎn)發(fā)。簡單地說，三層交換技術(shù)就是：二層交換技術(shù)＋三層轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)。在交換機中它可以實現(xiàn)虛擬局域網(wǎng)之間的線速連接，解決VLAN之間的通信聯(lián)通問題和傳輸瓶頸問題。通常三層交換機用在企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的信息中心和設(shè)備間子系統(tǒng)中。30交換機的主要參數(shù)14.管理功能具有管理功能的交換機是中高端交換機具有的功能，目的是讓企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)處于可管理狀態(tài)和提高網(wǎng)絡(luò)通信的性能。不同的交換機提供的管理內(nèi)容不同，通常交換機的管理內(nèi)容包括VLAN、三層交換、端口聚合、負載均衡、生成樹和SNMP功能等。根據(jù)管理功能的不同，交換機的價格差異較大，從幾百元到幾十萬元不等。31交換機的主要參數(shù)14.管理功能可網(wǎng)管交換機在外觀上都有一個共同的特點，即在交換機前面板或后面板都提供一個Console端口。雖然Console端口的接口類型因不同品牌或型號的集線器的可能不同，有的為DB－9串行口，有的為RJ－45端口。但共同的一點就是在該端口都標注有“Console”字樣，只要找到這樣標有這個字樣的端口即屬于可網(wǎng)管型交換機。32交換機的選型中小企業(yè)網(wǎng)絡(luò)更加關(guān)注網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定、高速，以及資金的投入，因此在選購交換機時，應(yīng)當遵循以下幾個原則：

331.性能選擇根據(jù)性能不同，常將交換機分為企業(yè)級交換機、部門級交換機和工作組級交換機。企業(yè)級交換機一般采用模塊化的結(jié)構(gòu)，通常用于企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的最頂層。它可以提供用戶化定制、優(yōu)先級隊列服務(wù)和網(wǎng)絡(luò)安全控制。能傳送海量數(shù)據(jù)和控制信息，具有硬件冗余和軟件可伸縮性特點，保證網(wǎng)絡(luò)的可靠運行。它在帶寬、傳輸速率以背板容量上要比一般交換機要高出許多。通常企業(yè)級交換機能支持500個信息點以上大型企業(yè)應(yīng)用。交換機的選型341.性能選擇部門級交換機是面向部門級網(wǎng)絡(luò)使用的交換機。這類交換機可以是固定配置，也可以是模塊配置，一般除了常用的RJ45雙絞線接口外，還帶有光纖接口。部門級交換機一般具有較為突出的智能型特點，支持基于端口的VLAN，可實現(xiàn)端口管理，可對流量進行控制，有網(wǎng)絡(luò)管理的功能，可通過計算機的串口或經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)對交換機進行配置、監(jiān)控和測試。部門級交換機一般支持300個信息點以下中型企業(yè)網(wǎng)絡(luò)。交換機的選型351.性能選擇工作組交換機是傳統(tǒng)集線器的理想替代產(chǎn)品，一般為固定配置，配有一定數(shù)目的10Base－T或100Base－TX以太網(wǎng)口。交換機按每一個包中的MAC地址相對簡單地決策信息轉(zhuǎn)發(fā)，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。

工作組交換機一般沒有網(wǎng)絡(luò)管理的功能，通常將支持100個信息點以內(nèi)的交換機稱為工作組級交換機。交換機的選型362.端口選擇端口指的是交換機的接口數(shù)量及端口類型，交換機通常分為16口、24口或更多端口數(shù)，一般來說端口數(shù)量越多，其價格就會越高。在計劃交換機的端口數(shù)量時要有適當?shù)娜哂?，并為將來企業(yè)規(guī)模的擴大留有余地。交換機端口類型一般分為雙絞線端口和光纖端口。大多數(shù)交換機具有多個RJ45口，有的還會提供一個UP-Link口，用來實現(xiàn)交換設(shè)備的級聯(lián)?，F(xiàn)在市場上許多交換機的端口支持MDI/MDIX自動跳線功能，通過該功能可以在級聯(lián)交換設(shè)備時自動按照適當?shù)木€序連接，無須進行手工配置。具有光纖端口的交換機價格很貴。交換機的選型373.傳輸速率選擇現(xiàn)在市場上交換機主要分為百兆、千兆和萬兆交換機三類。百兆交換機主要以10/100Mbps自適應(yīng)交換機為主，能夠通過網(wǎng)絡(luò)自動判斷、自適應(yīng)運行。當前的千兆交換機提供的RJ45端口通常為10/100/1000Mbps自適應(yīng)端口，如果是光纖端口則就是單純的1000Mbps端口。在中小型企業(yè)網(wǎng)絡(luò)中，目前比較流行的是主干1000M，100M到桌面網(wǎng)絡(luò)，即企業(yè)網(wǎng)的骨干選擇千兆產(chǎn)品，在建筑物的各樓層配線間選擇百兆交換機產(chǎn)品，這種配置能滿足企業(yè)的絕大多數(shù)應(yīng)用。交換機的選型384.結(jié)構(gòu)選擇從結(jié)構(gòu)上分類，交換機可分為固定端口交換機和模塊化交換機兩類。固定端口的交換機提供有限數(shù)量和類型的網(wǎng)絡(luò)接口，用戶不能對其結(jié)構(gòu)進行改變。而模塊化交換機提供一些標準化插槽，具有較高的靈活性和可擴充性，用戶可以根據(jù)自己企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的實際情況選購相應(yīng)類型、速率和數(shù)量的模塊安裝進去。模塊化交換機在價格上相對比固定端口的交換機貴一些，建議在企業(yè)的信息中心選購一定數(shù)量的模塊化交換機，有利于企業(yè)網(wǎng)絡(luò)以后的擴容和升級，在建筑物和樓層的設(shè)備間選擇固定端口的交換機。交換機的選型395.外型選擇從交換機的外型上可分為機架式交換機和桌面式交換機。桌面式交換機外形尺寸沒有固定的規(guī)范，通常體形都較小，直接放置在桌面上使用。它提供的端口數(shù)量也較少，常為4口或5口，主要用在擴大了規(guī)模的工作區(qū)子系統(tǒng)，連接一個辦公室內(nèi)的幾臺有限的計算機。機架式交換機有標準的外形尺寸，它的寬度為19英寸，高度為1U（1U＝1.75英寸＝4.45厘米）的倍數(shù)，可以安裝在標準機柜中。這類交換機通常都有大于8的端口數(shù)量，性能上比桌面式交換機好，常用于管理子系統(tǒng)或設(shè)備間子系統(tǒng)。交換機的選型406.堆疊功能選擇堆疊功能是指使用專門的模塊和線纜，將若干交換機堆疊在一起，將它們作為一個邏輯上的交換機使用和管理，實現(xiàn)高速連接。采用堆疊方式時，交換機之間的連接帶寬通常較高，例如將2臺16端口的交換機堆疊在一起其性能就相當于1臺32端口的交換機。不過，由于堆疊需要借助于專門的模塊和電纜實現(xiàn)，因此價格相對較高。通常用于網(wǎng)絡(luò)規(guī)模擴大了的企業(yè)信息中心和建筑物設(shè)備間。交換機的選型417.安全性及VLAN功能選擇交換機可以在底層把非法的客戶隔離在網(wǎng)絡(luò)之外，網(wǎng)絡(luò)安全一般是能過MAC地址過濾或?qū)AC地址與固定端口綁定的方法來實現(xiàn)的，同時VLAN也是強化網(wǎng)絡(luò)管理，保護網(wǎng)絡(luò)安全的強有力手段?，F(xiàn)在交換機是否支持VLAN已成為衡量其性能好壞的重要參數(shù)。交換機的選型428.協(xié)議層選擇二層交換機依賴于鏈路層中的信息（如MAC地址）完成不同端口數(shù)據(jù)間的線速交換，主要功能包括物理編址、錯誤校驗、幀序列以及數(shù)據(jù)流控制。在中小企業(yè)網(wǎng)絡(luò)中樓層交接間通常選擇普通二層交換機。三層交換機可以工作在網(wǎng)絡(luò)層，具有路由功能。它可以將IP地址信息提供給網(wǎng)絡(luò)路徑選擇，并實現(xiàn)不同網(wǎng)段間數(shù)據(jù)的線速交換。當網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較大時，可以根據(jù)特殊應(yīng)用需求劃分為小而獨立的VLAN網(wǎng)段，以減小廣播所造成的影響。通過三層交換機可以設(shè)置訪問控制列表，限制VLAN網(wǎng)段之間的訪問，保障敏感數(shù)據(jù)的安全。交換機的選型439.網(wǎng)管功能選擇根據(jù)交換機是否支持網(wǎng)絡(luò)管理功能，可以將交換機又可大分為“網(wǎng)管型”和“非網(wǎng)管