計算機網絡工程技術PPT

計算機網絡工程第二章交換機計算機網絡工程技術PPT全文共51頁，當前為第1頁。2-1交換機概述一、什么是交換機

交換機的英文稱為“SWITCH”,也稱為交換器或交換式集線器，是專門為計算機之間能夠相互高速通信且獨享帶寬而設計的一種包交換的網絡設備。實際上交換機是一個速度更快、端口集成度更大、地址緩存更多的多端口網橋。交換機最大特點是可以將一個局域網劃分成多個網段，每個端口可以構成一個網段，且每一個連接到交換機上的設備都可以享用自己的專用帶寬。計算機網絡工程技術PPT全文共51頁，當前為第2頁。

交換（switching）是按照通信兩端傳輸信息的需要，用人工或設備自動完成的方法，把要傳輸?shù)男畔⑺偷椒弦蟮南鄳酚缮系募夹g統(tǒng)稱。廣義的交換機（switch）就是一種在通信系統(tǒng)中完成信息交換功能的設備。

二、交換機工作原理2-1交換機概述計算機網絡工程技術PPT全文共51頁，當前為第3頁。

交換機擁有一條很高帶寬的背部總線和內部交換矩陣。交換機的所有的端口都掛接在這條背部總線上，控制電路收到數(shù)據包以后，處理端口會查找內存中的地址對照表以確定目的MAC（網卡的硬件地址）的NIC（網卡）掛接在哪個端口上，通過內部交換矩陣迅速將數(shù)據包傳送到目的端口，目的MAC若不存在才廣播到所有的端口，接收端口回應后交換機會“學習”新的地址，并把它添加入內部地址表中。

二、交換機工作原理2-1交換機概述計算機網絡工程技術PPT全文共51頁，當前為第4頁。

使用交換機也可以把網絡“分段”，通過對照地址表，交換機只允許必要的網絡流量通過交換機。通過交換機的過濾和轉發(fā)，可以有效的隔離廣播風暴，減少誤包和錯包的出現(xiàn)，避免共享沖突。三、交換機工作原理2-1交換機概述計算機網絡工程技術PPT全文共51頁，當前為第5頁。

交換機在同一時刻可進行多個端口對之間的數(shù)據傳輸。每一端口都可視為獨立的網段，連接在其上的網絡設備獨自享有全部的帶寬，無須同其他設備競爭使用。當節(jié)點A向節(jié)點D發(fā)送數(shù)據時，節(jié)點B可同時向節(jié)點C發(fā)送數(shù)據，而且這兩個傳輸都享有網絡的全部帶寬，都有著自己的虛擬連接。假使這里使用的是10Mbps的以太網交換機，那么該交換機這時的總流通量就等于2×10Mbps＝20Mbps二、交換機工作原理2-1交換機概述計算機網絡工程技術PPT全文共51頁，當前為第6頁。

總之，交換機是一種基于MAC地址識別，能完成封裝轉發(fā)數(shù)據包功能的網絡設備。交換機可以“學習”MAC地址，并把其存放在內部地址表中，通過在數(shù)據幀的始發(fā)者和目標接收者之間建立臨時的交換路徑，使數(shù)據幀直接由源地址到達目的地址。

二、交換機工作原理2-1交換機概述計算機網絡工程技術PPT全文共51頁，當前為第7頁。三、交換機的分類從網絡覆蓋范圍劃分根據傳輸介質和傳輸速度劃分根據應用層次劃分根據交換機的結構劃分根據交換機工作的協(xié)議層劃分根據是否支持網管功能分2-1交換機概述計算機網絡工程技術PPT全文共51頁，當前為第8頁。三、交換機的分類1.從網絡覆蓋范圍劃分

根據網絡覆蓋范圍劃分交換機可以分為廣域網交換機和局域網交換機。廣域網交換機廣域網交換機主要是應用于電信城域網互聯(lián)、互聯(lián)網接入等領域的廣域網中，提供通信用的基礎平臺。局域網交換機局域網交換機應用于局域網絡，用于連接終端設備，如服務器、工作站、集線器、路由器、網絡打印機等網絡設備，提供高速獨立通信通道。2-1交換機概述計算機網絡工程技術PPT全文共51頁，當前為第9頁。三、交換機的分類2.根據傳輸介質和傳輸速度劃分

根據交換機使用的網絡傳輸介質及傳輸速度的不同，可以將局域網交換機分為以太網交換機、快速以太網交換機、千兆以太網交換機、10千兆以太網交換機、FDDI交換機、ATM交換機和令牌環(huán)交換機等。

以太網交換機這里的“以太網交換機”是指帶寬在100Mbps以下的以太網所用交換機。以太網交換機是最普遍和便宜的，它的檔次比較齊全，應用領域也非常廣泛。以太網交換機包括RJ－45、BNC和AUI三種網絡接口，所用的傳輸介質分別為雙絞線、細同軸電纜和粗同軸電纜。目前采用同軸電纜作為傳輸介質的網絡現(xiàn)在已經很少見了，而一般是在RJ－45接口的基礎上為了兼顧同軸電纜介質的網絡連接，配上BNC或AUI接口。2-1交換機概述計算機網絡工程技術PPT全文共51頁，當前為第10頁。三、交換機的分類2.根據傳輸介質和傳輸速度劃分

快速以太網交換機這種交換機是用于100Mbps快速以太網?？焖僖蕴W是一種在普通雙絞線或者光纖上實現(xiàn)100Mbps傳輸帶寬的網絡技術。與以太網交換機一樣，快速以太網交換機通常所采用的介質也是雙絞線，有的快速以太網交換機為了兼顧與其它光傳輸介質的網絡互聯(lián)，也會留有少數(shù)的光纖接口。2-1交換機概述計算機網絡工程技術PPT全文共51頁，當前為第11頁。三、交換機的分類2.根據傳輸介質和傳輸速度劃分

千兆以太網交換機千兆以太網交換機用于目前較新的一種網絡──千兆以太網中，也有人把這種網絡稱之為“吉比特（GB）以太網”，那是因為它的帶寬可以達到1000Mbps。它一般用于一個大型網絡的骨干網段，所采用的傳輸介質有光纖、雙絞線兩種。2-1交換機概述計算機網絡工程技術PPT全文共51頁，當前為第12頁。三、交換機的分類2.根據傳輸介質和傳輸速度劃分10千兆以太網交換機

10千兆以太網交換機主要是為了適應當今10千兆以太網絡的接入，它一般是用于骨干網段上，采用的傳輸介質為光纖，其接口方式也就相應為光纖接口。同樣這種交換機也稱之為“10G以太網交換機”。2-1交換機概述計算機網絡工程技術PPT全文共51頁，當前為第13頁。三、交換機的分類3.根據交換機應用網絡層次劃分

根據交換機所應用的網絡層次，可以將網絡交換機劃分為可分為企業(yè)級交換機、校園網交換機、部門級交換機、工作組交換機、桌面型交換機五種。企業(yè)級交換機企業(yè)級交換機又稱為中心交換機，能支持500個信息點以上大型企業(yè)應用，屬于高端交換機。企業(yè)級交換一般采用模塊化的結構，可作為企業(yè)網絡骨干構建高速局域網，通常用于企業(yè)網絡的最頂層。2-1交換機概述計算機網絡工程技術PPT全文共51頁，當前為第14頁。三、交換機的分類3.根據交換機應用網絡層次劃分

校園網交換機校園網交換機主要應用于較大型網絡，且一般作為網絡的骨干交換機。這種交換機具有快速數(shù)據交換能力和全雙工能力，可提供容錯等智能特性，還支持擴充選項及第三層交換中的虛擬局域網（VLAN）等多種功能。2-1交換機概述計算機網絡工程技術PPT全文共51頁，當前為第15頁。三、交換機的分類3.根據交換機應用網絡層次劃分

部門級交換機部門級交換機是面向部門級網絡使用的交換機。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RJ－45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，可任意采用全雙工或半雙工傳輸模式，可對流量進行控制，有網絡管理的功能，可通過PC機的串口或經過網絡對交換機進行配置、監(jiān)控和測試。如果作為骨干交換機，則一般認為支持300個信息點以下中型企業(yè)的交換機為部門級交換機。2-1交換機概述計算機網絡工程技術PPT全文共51頁，當前為第16頁。三、交換機的分類3.根據交換機應用網絡層次劃分

工作組交換機工作組交換機是傳統(tǒng)集線器的理想替代產品，一般為固定配置，配有一定數(shù)目的10Base－T或100Base－TX以太網口。交換機按每一個包中的MAC地址相對簡單地決策信息轉發(fā)，這種轉發(fā)決策一般不考慮包中隱藏的更深的其他信息。與集線器不同的是交換機轉發(fā)延遲很小，操作接近單個局域網性能，遠遠超過了普通橋接互聯(lián)網絡之間的轉發(fā)性能。工作組交換機一般沒有網絡管理的功能，如果是作為骨干交換機則一般認為支持100個信息點以內的交換機為工作組級交換機。2-1交換機概述計算機網絡工程技術PPT全文共51頁，當前為第17頁。三、交換機的分類3.根據交換機應用網絡層次劃分

桌面型交換機桌面型交換機，這是最常見的一種最低檔交換機，它區(qū)別于其他交換機的一個特點是支持的每端口MAC地址很少，通常端口數(shù)也較少，只具備最基本的交換機特性，當然價格也是最便宜的。這類交換機雖然在整個交換機中屬最低檔的，但是相比集線器來說它還是具有交換機的通用優(yōu)越性，況且有許多應用環(huán)境也只需這些基本的性能，所以它的應用還是相當廣泛的。它主要應用于小型企業(yè)或中型以上企業(yè)辦公桌面。在傳輸速度上，目前桌面型交換機大都提供多個具有10/100Mbps自適應能力的端口。

2-1交換機概述計算機網絡工程技術PPT全文共51頁，當前為第18頁。三、交換機的分類4.根據交換機端口結構劃分

按交換機的端口結構來分，交換機大致可分為：固定端口交換機和模塊化交換機兩種不同的結構。其實還有一種是兩者兼顧，那就是在提供基本固定端口的基礎之上再配備一定的擴展插槽或模塊。固定端口交換機這種交換機帶有的端口是固定的，不能再擴展。目前這種固定端口的交換機比較常見，端口數(shù)量沒有明確的規(guī)定，一般的端口標準是8端口、16端口和24端口。固定端口交換機雖然相對來說價格便宜一些，但由于它只能提供有限的端口和固定類型的接口，因此，無論從可連接的用戶數(shù)量上，還是從可使用的傳輸介質上來講都具有一定的局限性，但這種交換機在工作組中應用較多，一般適用于小型網絡、桌面交換環(huán)境。2-1交換機概述計算機網絡工程技術PPT全文共51頁，當前為第19頁。三、交換機的分類4.根據交換機端口結構劃分

模塊化交換機模塊化交換機雖然在價格上要貴很多，但擁有更大的靈活性和可擴充性，用戶可任意選擇不同數(shù)量、不同速率和不同接口類型的模塊，以適應千變萬化的網絡需求。而且，模塊化交換機大都有很強的容錯能力，支持交換模塊的冗余備份，并且往往擁有可熱插拔的雙電源，以保證交換機的電力供應。在選擇交換機時，應按照需要和經費綜合考慮選擇模塊化或固定方式。一般來說，企業(yè)級交換機應考慮其擴充性、兼容性和排錯性，因此，應當選用模塊化交換機；而骨干交換機和工作組交換機則由于任務較為單一，故可采用簡單明了的固定端口交換機。2-1交換機概述計算機網絡工程技術PPT全文共51頁，當前為第20頁。計算機網絡工程技術PPT全文共51頁，當前為第21頁。三、交換機的分類5.根據工作協(xié)議層劃分

隨著交換技術的發(fā)展，交換機由原來工作在OSI/RM的第二層，發(fā)展到現(xiàn)在有可以工作在第四的交換機出現(xiàn)，所以根據工作的協(xié)議層交換機可分第二層交換機、第三層交換機和第四層交換機。第二層交換機第二層交換機是對應于OSI/RM的第二協(xié)議層來定義的，因為它只能工作在OSI/RM開放體系模型的第二層即數(shù)據鏈路層。第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)據流控制。這是最原始的交換技術產品，目前桌面型交換機一般是屬于這類型，因為桌面型的交換機一般來說所承擔的工作復雜性不是很強，又處于網絡的最基層，所以也就只需要提供最基本的數(shù)據鏈接功能即可。目前第二層交換機應用最為普遍，一般應用于小型企業(yè)或中型以上企業(yè)網絡的桌面層次。

2-1交換機概述計算機網絡工程技術PPT全文共51頁，當前為第22頁。三、交換機的分類5.根據工作協(xié)議層劃分

第三層交換機第三層同樣是對應于OSI/RM開放體系模型的第三層即網絡層來定義的，也就是說這類交換機可以工作在網絡層，它比第二層交換機更加高檔，功能更加強。第三層交換機因為工作于OSI/RM模型的網絡層，所以它具有路由功能，它是將IP地址信息提供給網絡路徑選擇，并實現(xiàn)不同網段間數(shù)據的線速交換。當網絡規(guī)模較大時，可以根據特殊應用需求劃分為小面獨立的VLAN網段，以減小廣播所造成的影響時。通常這類交換機是采用模塊化結構，以適應靈活配置的需要。在大中型網絡中，第三層交換機已經成為基本配置設備。2-1交換機概述計算機網絡工程技術PPT全文共51頁，當前為第23頁。三、交換機的分類5.根據工作協(xié)議層劃分

第四層交換機第四層交換機是采用第四層交換技術而開發(fā)出來的交換機產品，當然它工作于OSI/RM模型的第四層即傳輸層，直接面對具體應用。第四層交換機支持的協(xié)議是各種各樣的，如HTTP，F(xiàn)TP、Telnet、SSL等。第四層交換技術相對原來的第二層、第三層交換技術具有明顯的優(yōu)點，從操作方面來看，第四層交換是穩(wěn)固的，因為它將包控制在從源端到宿端的區(qū)間中。另一方面，路由器或第三層交換，只針對單一的包進行處理，不清楚上一個包從哪來、也不知道下一個包的情況。它們只是檢測包報頭中的TCP端口數(shù)字，根據應用建立優(yōu)先級隊列，路由器根據鏈路和網絡可用的節(jié)點決定包的路由；而第四層交換機則是在可用的服務器和性能基礎上先確定區(qū)間。2-1交換機概述計算機網絡工程技術PPT全文共51頁，當前為第24頁。三、交換機的分類6.根據是否支持網管功能劃分

如果按交換機是否支持網絡管理功能，可以將交換機又可大分為“網管型”和“非網管理型”兩大類。網管型交換機的任務就是使所有的網絡資源處于良好的狀態(tài)。網管型交換機產品提供了基于終端控制口（Console）、基于Web頁面以及支持Telnet遠程登錄網絡等多種網絡管理方式，因此網絡管理人員可以對該交換機的工作狀態(tài)、網絡運行狀況進行本地或遠程的實時監(jiān)控，縱觀全局地管理所有交換端口的工作狀態(tài)和工作模式。2-1交換機概述計算機網絡工程技術PPT全文共51頁，當前為第25頁。四、交換機的交換方式

交換機在傳送源和目的端口的數(shù)據包時通常采用直通式交換、存儲轉發(fā)式和碎片隔離方式三種數(shù)據包交換方式。存儲轉發(fā)式是目前交換機的主流交換方式。2-1交換機概述計算機網絡工程技術PPT全文共51頁，當前為第26頁。四、交換機的交換方式

1.直通交換方式

采用直通交換方式的以太網交換機可以理解為在各端口間是縱橫交叉的線路矩陣電話交換機。它在輸入端口檢測到一個數(shù)據包時，檢查該包的包頭，獲取包的目的地址，啟動內部的動態(tài)查找表轉換成相應的輸出端口，在輸入與輸出交叉處接通，把數(shù)據包直通到相應的端口，實現(xiàn)交換功能。由于它只檢查數(shù)據包的包頭（通常只檢查14個字節(jié)），不需要存儲，所以切入方式具有延遲小，交換速度快的優(yōu)點。2-1交換機概述計算機網絡工程技術PPT全文共51頁，當前為第27頁。四、交換機的交換方式

1.直通交換方式

這種交換方式的缺點主要有三個方面：一是因為數(shù)據包內容并沒有被以太網交換機保存下來，所以無法檢查所傳送的數(shù)據包是否有誤，不能提供錯誤檢測能力；第二，由于沒有緩存，不能將具有不同速率的輸入/輸出端口直接接通，而且容易丟包。如果要連到高速網絡上，如提供快速以太網（100BASE－T）、FDDI或ATM連接，就不能簡單地將輸入/輸出端口“接通”，因為輸入/輸出端口間有速度上的差異，必須提供緩存；第三，當以太網交換機的端口增加時，交換矩陣變得越來越復雜，實現(xiàn)起來就越困難。

2-1交換機概述計算機網絡工程技術PPT全文共51頁，當前為第28頁。四、交換機的交換方式

2.存儲轉發(fā)方式

存儲轉發(fā)是計算機網絡領域使用得最為廣泛的技術之一，以太網交換機的控制器先將輸入端口到來的數(shù)據包緩存起來，先檢查數(shù)據包是否正確，并過濾掉沖突包錯誤。確定包正確后，取出目的地址，通過查找表找到想要發(fā)送的輸出端口地址，然后將該包發(fā)送出去。存儲轉發(fā)方式在數(shù)據處理時延時大，這是它的不足。但是它可以對進入交換機的數(shù)據包進行錯誤檢測，并且能支持不同速度的輸入/輸出端口間的交換，可有效地改善網絡性能。它的另一優(yōu)點就是這種交換方式支持不同速度端口間的轉換，保持高速端口和低速端口間協(xié)同工作。實現(xiàn)的辦法是將10Mbps低速包存儲起來，再通過100Mbps速率轉發(fā)到端口上。2-1交換機概述計算機網絡工程技術PPT全文共51頁，當前為第29頁。四、交換機的交換方式

3.碎片隔離式

這是介于直通式和存儲轉發(fā)式之間的一種解決方案。它在轉發(fā)前先檢查數(shù)據包的長度是否夠64個字節(jié)，如果小于64字節(jié)，說明是假包，則丟棄該包；如果大于64字節(jié)，則發(fā)送該包。該方式的數(shù)據處理速度比存儲轉發(fā)方式快，但比直通式慢，但由于能夠避免假包的轉發(fā)，所以被廣泛應用于低檔交換機中。2-1交換機概述計算機網絡工程技術PPT全文共51頁，當前為第30頁。轉發(fā)方式時延管理功能轉發(fā)速率MAC地址數(shù)擴展樹背板帶寬端口速率全雙工三層交換能力堆疊能力VLAN技術五、交換機的主要技術參數(shù)2-1交換機概述計算機網絡工程技術PPT全文共51頁，當前為第31頁。一、交換機的接口2-2交換機的接口和連接線纜網絡接口管理端口（console）雙絞線接口BNC接口光纖接口AUI接口、FDDI接口計算機網絡工程技術PPT全文共51頁，當前為第32頁。RJ-45接口計算機網絡工程技術PPT全文共51頁，當前為第33頁。BNC接口

計算機網絡工程技術PPT全文共51頁，當前為第34頁。AUI接口計算機網絡工程技術PPT全文共51頁，當前為第35頁。二、交換機的端口配置線纜2-2交換機的接口和連接線纜Console線雙絞線DB-9DB-25計算機網絡工程技術PPT全文共51頁，當前為第36頁。2-3交換機的啟動過程一、交換機的內存體系

交換機主要采用4種類型的內存：只讀內存（ROM）隨機內存（RAM）閃存（FLASH）非易失性內存（NVRAM）

計算機網絡工程技術PPT全文共51頁，當前為第37頁。

ROM：

ROM在交換機中的功能與計算機中的ROM相似，主要用于系統(tǒng)初始化等功能。有些交換機將一套完整的IOS保存在ROM中，以做應急用。

ROM通常存放在一個或多個芯片上。2-3交換機的啟動過程一、交換機的內存體系計算機網絡工程技術PPT全文共51頁，當前為第38頁。RAM：

RAM與計算機的RAM作用相似，在交換機工作時臨時存放IOS系統(tǒng)文件和配置文件。

RAM是可讀可寫的存儲器，它存儲的內容在系統(tǒng)重啟或關機后將被清除

。2-3交換機的啟動過程一、交換機的內存體系計算機網絡工程技術PPT全文共51頁，當前為第39頁。

FLASH：

FLASH相當于交換機的硬盤，主要用于保存IOS軟件

。如果FLASH足夠大，可以保存多個IOS映像文件，提供多重啟動。

FLASH安裝在交換機的SIMM槽上或做成一塊PCMCIA卡。2-3交換機的啟動過程一、交換機的內存體系計算機網絡工程技術PPT全文共51頁，當前為第40頁。

NVRAM：

NVRAM主要用于保存交換機啟動時要讀入的配置文件。

NVRAM可讀可寫，交換機掉電時內容不會丟失。2-3交換機的啟動過程一、交換機的內存體系計算機網絡工程技術PPT全文共51頁，當前為第41頁。二、交換機的啟動過程ROM中的BIOS裝入RAM；

FLASH中的IOS裝入RAM；檢測NVRAM中是否有配置文件，若有，將配置文件裝入內存，交換機啟動完成；若沒有，引導程序執(zhí)行ROM中的設置腳本，進入初始配置狀態(tài)。2-3交換機的啟動過程計算機網絡工程技術PPT全文共51頁，當前為第42頁。一、配置交換機的連接方式

使用console口連接（一般用于初始配置），配置時使用命令行方式（CLI）使用普通交換機端口連接（一般用于初始配置后的進一步配置），配置時可使用命令行方式，也可以使用Web方式（支持Web管理的交換機）2-4交換機的配置基礎計算機網絡工程技術PPT全文共51頁，當前為第43頁。

使用console口連接：設備連接利用console線將計算機的串口與交換機的console端口連接在一起。在此之前應保證計算機安裝了操作系統(tǒng)并安裝了超級終端組件。一、配置交換機的連接方式2-4交換機的配置基礎計算機網絡工程技術PPT全文共51頁，當前為第44頁。

使用console口連接：計算機與交換機通信計算機開機，選擇開始-程序-附件-通訊-超級終端；在打開的窗口中雙擊hypertrm.exe圖標；在出現(xiàn)的對話框中的名稱輸入框輸入連接標識，確定；在連接到對話框中的連接時使用下拉列表框中連接線纜連接到的串口，一般為串口1，確定；在COM1對話框中，波特率選擇9600（一般默認），其余均為默認，確定；交換機開機，通過自檢后連續(xù)按回車鍵，直至出現(xiàn)初始配置界面。一、配置交換機的連接方式2-4交換機的配置基礎計算機網絡工程技術PPT全文共51頁，當前為第45頁。

使用console口連接后的基本配置：（1）配置IP地址（2）配置子網掩碼和網關（3）配置密碼

password，不加密，安全性較差

secretpassword，加密，比password級別高（1）和（2）是必須的，password通常也在初始配置設置，secretpassword通常在進一步配置時設置。一、配置交換機的連接方式2-4交換機的配置基礎計算機網絡工程技術PPT全文共51頁，當前為第46頁。

使用普通端口連接：準備工作用于管理的計算機安裝了TCP/IP協(xié)議并配置了IP地址；交換機配置好了IP地址。連接使用直通線連接計算機與交換機的普通端口。一、