交換機(jī)的基本原理課件

第一章交換機(jī)的基本配置和使用路由和交換基本原理1交換機(jī)基本原理

交換機(jī)的主要參數(shù)

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

2華為交換機(jī)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(jī)產(chǎn)品及外觀介紹交換機(jī)外觀5交換機(jī)基本原理

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

交換機(jī)的英文名稱為“Switch”，它是集線器的升級(jí)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(jī)與常用的集線器基本上沒有多大區(qū)別，一般都是一個(gè)金屬外殼的扁形長方體，在面板上有多個(gè)RJ-45接口。通常交換機(jī)應(yīng)該具備以下基本的功能：物理編址、錯(cuò)誤校驗(yàn)（一般情況下采用的是CRC校驗(yàn)方法）、幀序列以及流量控制等。7交換機(jī)基本原理交換機(jī)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(jī)至少是工作在第二層，更高級(jí)的交換機(jī)可以工作在網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層。2.交換機(jī)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(jī)是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)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(jī)的每個(gè)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(jìn)行傳輸?shù)?，因?yàn)榧€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(jī)的三個(gè)功能交換機(jī)基本原理10交換機(jī)如何學(xué)習(xí)主機(jī)的位置最初開機(jī)時(shí)MAC地址表是空的MAC地址表0260.8c01.11110260.8c01.22220260.8c01.33330260.8c01.4444E0E1E2E3ABCD交換機(jī)基本原理11交換機(jī)如何學(xué)習(xí)主機(jī)的位置主機(jī)D發(fā)送數(shù)據(jù)幀給主機(jī)C交換機(jī)通過學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)幀的源MAC地址，記錄下主機(jī)D的MAC地址對(duì)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(biāo)主機(jī)的單點(diǎn)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(jī)基本原理13交換機(jī)如何過濾幀交換機(jī)A發(fā)送數(shù)據(jù)幀給主機(jī)C在地址表中有目標(biāo)主機(jī)，數(shù)據(jù)幀不會(huì)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(jī)基本原理14主機(jī)D發(fā)送廣播幀或多點(diǎn)幀廣播幀或多點(diǎn)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(diǎn)傳送幀MAC地址表交換機(jī)基本原理15交換機(jī)的主要參數(shù)1.MAC地址表交換機(jī)可以識(shí)別連在網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)卡MAC地址，并把它們保存到MAC地址表里。這個(gè)MAC地址表存放于交換機(jī)的緩存中，并記住這些地址，當(dāng)需要向目的地址發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，交換機(jī)就可在MAC地址表中查找這個(gè)MAC地址的節(jié)點(diǎn)位置，然后直接向這個(gè)位置的節(jié)點(diǎn)發(fā)送。17交換機(jī)的主要參數(shù)1.MAC地址表MAC地址數(shù)量是指交換機(jī)的MAC地址表中可以最多存儲(chǔ)的MAC地址數(shù)量。不同檔次的交換機(jī)每個(gè)端口所能夠支持的MAC數(shù)量不同。在交換機(jī)的每個(gè)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(jī)所能記憶的MAC地址數(shù)量的多少。越是高檔的交換機(jī)能記住的MAC地址數(shù)量就越多。18交換機(jī)的主要參數(shù)2.端口類型端口類型是指交換機(jī)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(jī)只有單一類型的端口，適合中小企業(yè)或個(gè)人用戶使用，而模塊化交換機(jī)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(jī)適合部門級(jí)以上級(jí)別用戶選擇?？焖僖蕴W(wǎng)交換機(jī)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(jī)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(jī)都支持全雙工。21交換機(jī)的主要參數(shù)5.傳輸速率交換機(jī)的傳輸速度是指交換機(jī)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(jī)，但目前市場供給很少。10M/100Mbps自適應(yīng)交換機(jī)適合工作組級(jí)別使用，純100Mbps或1000Mbps交換機(jī)一般應(yīng)用在部門級(jí)以上的應(yīng)用或骨干級(jí)別的應(yīng)用當(dāng)中。10GMbps的交換機(jī)主要用在電信等骨干網(wǎng)絡(luò)上。22交換機(jī)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(duì)模塊化交換機(jī)而言。模塊化插槽數(shù)量就是指模塊化交換機(jī)所能安插的最大模塊數(shù)。在模塊化交換機(jī)中，為用戶預(yù)留了不同數(shù)量的空余插槽，以方便用戶擴(kuò)充各種接口，預(yù)留的插槽越多，用戶擴(kuò)充的余地就越大。模塊化交換機(jī)配備了多個(gè)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(kuò)充性。像這樣模塊化交換機(jī)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(jī)的主要參數(shù)8.背板帶寬交換機(jī)的背板帶寬也叫交換帶寬，是交換機(jī)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(jī)的數(shù)據(jù)處理能力。背板帶寬標(biāo)志了交換機(jī)總的數(shù)據(jù)交換能力，一臺(tái)交換機(jī)的背板帶寬越高，所能處理數(shù)據(jù)的能力就越強(qiáng)，但同時(shí)設(shè)計(jì)成本也會(huì)越高。交換機(jī)上所有端口能提供的總帶寬計(jì)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(tái)16口的10M/100Mbps交換機(jī)的總帶寬＝16×100Mbps×2＝3.2Gbps。如果總帶寬小于等于標(biāo)稱背板帶寬，那么在背板帶寬上是線速的。25交換機(jī)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(jī)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(dāng)于一座立交橋每秒鐘能通過的車輛的流量。它是交換機(jī)的一個(gè)重要參數(shù)，標(biāo)志著交換機(jī)的具體性能。交換機(jī)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?yàn)榘D(zhuǎn)發(fā)線速的衡量標(biāo)準(zhǔn)是以單位時(shí)間內(nèi)發(fā)送64byte的數(shù)據(jù)包（最小包）的個(gè)數(shù)作為計(jì)算基準(zhǔn)的。26交換機(jī)的主要參數(shù)12.端口聚合端口聚合它可將多物理連接當(dāng)作一個(gè)單一的邏輯連接來處理，它允許兩個(gè)交換器之間通過多個(gè)端口并行連接同時(shí)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(gè)物理鏈路捆綁在一起后，還可以同時(shí)經(jīng)由被綁定的多個(gè)物理鏈路傳輸，具有鏈路冗余的作用。一般來說，兩個(gè)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(gè)200M的端口捆綁后成為一個(gè)高達(dá)800M的連接。這一技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是以較低的成本通過捆綁多端口提高帶寬。29交換機(jī)的主要參數(shù)13.三層交換三層交換是相對(duì)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(biāo)準(zhǔn)模型中的數(shù)據(jù)鏈路層進(jìn)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(shí)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(jī)中它可以實(shí)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(jī)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(jī)的主要參數(shù)14.管理功能具有管理功能的交換機(jī)是中高端交換機(jī)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(jī)提供的管理內(nèi)容不同，通常交換機(jī)的管理內(nèi)容包括VLAN、三層交換、端口聚合、負(fù)載均衡、生成樹和SNMP功能等。根據(jù)管理功能的不同，交換機(jī)的價(jià)格差異較大，從幾百元到幾十萬元不等。31交換機(jī)的主要參數(shù)14.管理功能可網(wǎng)管交換機(jī)在外觀上都有一個(gè)共同的特點(diǎn)，即在交換機(jī)前面板或后面板都提供一個(gè)Console端口。雖然Console端口的接口類型因不同品牌或型號(hào)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(diǎn)就是在該端口都標(biāo)注有“Console”字樣，只要找到這樣標(biāo)有這個(gè)字樣的端口即屬于可網(wǎng)管型交換機(jī)。32交換機(jī)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(jī)時(shí)，應(yīng)當(dāng)遵循以下幾個(gè)原則：

331.性能選擇根據(jù)性能不同，常將交換機(jī)分為企業(yè)級(jí)交換機(jī)、部門級(jí)交換機(jī)和工作組級(jí)交換機(jī)。企業(yè)級(jí)交換機(jī)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(jí)隊(duì)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(diǎn)，保證網(wǎng)絡(luò)的可靠運(yùn)行。它在帶寬、傳輸速率以背板容量上要比一般交換機(jī)要高出許多。通常企業(yè)級(jí)交換機(jī)能支持500個(gè)信息點(diǎn)以上大型企業(yè)應(yīng)用。交換機(jī)的選型341.性能選擇部門級(jí)交換機(jī)是面向部門級(jí)網(wǎng)絡(luò)使用的交換機(jī)。這類交換機(jī)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(jí)交換機(jī)一般具有較為突出的智能型特點(diǎn)，支持基于端口的VLAN，可實(shí)現(xiàn)端口管理，可對(duì)流量進(jìn)行控制，有網(wǎng)絡(luò)管理的功能，可通過計(jì)算機(jī)的串口或經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)對(duì)交換機(jī)進(jìn)行配置、監(jiān)控和測試。部門級(jí)交換機(jī)一般支持300個(gè)信息點(diǎn)以下中型企業(yè)網(wǎng)絡(luò)。交換機(jī)的選型351.性能選擇工作組交換機(jī)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(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)，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(jī)一般沒有網(wǎng)絡(luò)管理的功能，通常將支持100個(gè)信息點(diǎn)以內(nèi)的交換機(jī)稱為工作組級(jí)交換機(jī)。交換機(jī)的選型362.端口選擇端口指的是交換機(jī)的接口數(shù)量及端口類型，交換機(jī)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(jià)格就會(huì)越高。在計(jì)劃交換機(jī)的端口數(shù)量時(shí)要有適當(dāng)?shù)娜哂啵閷砥髽I(yè)規(guī)模的擴(kuò)大留有余地。交換機(jī)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(jī)具有多個(gè)RJ45口，有的還會(huì)提供一個(gè)UP-Link口，用來實(shí)現(xiàn)交換設(shè)備的級(jí)聯(lián)?，F(xiàn)在市場上許多交換機(jī)的端口支持MDI/MDIX自動(dòng)跳線功能，通過該功能可以在級(jí)聯(lián)交換設(shè)備時(shí)自動(dòng)按照適當(dāng)?shù)木€序連接，無須進(jìn)行手工配置。具有光纖端口的交換機(jī)價(jià)格很貴。交換機(jī)的選型373.傳輸速率選擇現(xiàn)在市場上交換機(jī)主要分為百兆、千兆和萬兆交換機(jī)三類。百兆交換機(jī)主要以10/100Mbps自適應(yīng)交換機(jī)為主，能夠通過網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)判斷、自適應(yīng)運(yùn)行。當(dāng)前的千兆交換機(jī)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(jī)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(jī)的選型384.結(jié)構(gòu)選擇從結(jié)構(gòu)上分類，交換機(jī)可分為固定端口交換機(jī)和模塊化交換機(jī)兩類。固定端口的交換機(jī)提供有限數(shù)量和類型的網(wǎng)絡(luò)接口，用戶不能對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行改變。而模塊化交換機(jī)提供一些標(biāo)準(zhǔn)化插槽，具有較高的靈活性和可擴(kuò)充性，用戶可以根據(jù)自己企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際情況選購相應(yīng)類型、速率和數(shù)量的模塊安裝進(jìn)去。模塊化交換機(jī)在價(jià)格上相對(duì)比固定端口的交換機(jī)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(jī)，有利于企業(yè)網(wǎng)絡(luò)以后的擴(kuò)容和升級(jí)，在建筑物和樓層的設(shè)備間選擇固定端口的交換機(jī)。交換機(jī)的選型395.外型選擇從交換機(jī)的外型上可分為機(jī)架式交換機(jī)和桌面式交換機(jī)。桌面式交換機(jī)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(kuò)大了規(guī)模的工作區(qū)子系統(tǒng)，連接一個(gè)辦公室內(nèi)的幾臺(tái)有限的計(jì)算機(jī)。機(jī)架式交換機(jī)有標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜中。這類交換機(jī)通常都有大于8的端口數(shù)量，性能上比桌面式交換機(jī)好，常用于管理子系統(tǒng)或設(shè)備間子系統(tǒng)。交換機(jī)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(jī)堆疊在一起，將它們作為一個(gè)邏輯上的交換機(jī)使用和管理，實(shí)現(xiàn)高速連接。采用堆疊方式時(shí)，交換機(jī)之間的連接帶寬通常較高，例如將2臺(tái)16端口的交換機(jī)堆疊在一起其性能就相當(dāng)于1臺(tái)32端口的交換機(jī)。不過，由于堆疊需要借助于專門的模塊和電纜實(shí)現(xiàn)，因此價(jià)格相對(duì)較高。通常用于網(wǎng)絡(luò)規(guī)模擴(kuò)大了的企業(yè)信息中心和建筑物設(shè)備間。交換機(jī)的選型417.安全性及VLAN功能選擇交換機(jī)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(shí)現(xiàn)的，同時(shí)VLAN也是強(qiáng)化網(wǎng)絡(luò)管理，保護(hù)網(wǎng)絡(luò)安全的強(qiáng)有力手段?，F(xiàn)在交換機(jī)是否支持VLAN已成為衡量其性能好壞的重要參數(shù)。交換機(jī)的選型428.協(xié)議層選擇二層交換機(jī)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(cuò)誤校驗(yàn)、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(jī)。三層交換機(jī)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(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)段間數(shù)據(jù)的線速交換。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較大時(shí)，可以根據(jù)特殊應(yīng)用需求劃分為小而獨(dú)立的VLAN網(wǎng)段，以減小廣播所造成的影響。通過三層交換機(jī)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(jī)的選型439.網(wǎng)管功能選擇根據(jù)交換機(jī)是否支持網(wǎng)絡(luò)管理功能，可以將交換機(jī)又可大分為“網(wǎng)管型”和“非網(wǎng)管