交换机的基本原理概要

第一章交换机的基本配置和使用路由和交换基本原理2交换机基本原理交换机的主要参数交换机的基本配置和使用交换机的选型本课目录华为交换机产品及外观介绍3华为交换机产品及外观介绍目前市场常用数据通信产品品牌有：Cisco（思科）、Huawei（华为）、3COM（三康）、D-Link、TP-Link、RuiJie（锐捷）、神州数码、H3C（华三）等。4华为交换机产品及外观介绍华三H3C交换机产品线5华为交换机产品及外观介绍交换机外观6交换机基本原理交换机工作在OSI的第二层，可以看作是一台多端口的网桥，为所连接的两台设备提供一条独享的点到点的虚电路。交换机可以工作在全双工模式下。7交换机基本原理交换机的英文名称为“Switch”，它是集线器的升级换代产品，采用与集线器不同的工作原理。如果从产品的外观上来看，交换机与常用的集线器基本上没有多大区别，一般都是一个金属外壳的扁形长方体，在面板上有多个RJ-45接口。通常交换机应该具备以下基本的功能：物理编址、错误校验（一般情况下采用的是CRC校验方法）、帧序列以及流量控制等。8交换机基本原理交换机内部拥有一条很高带宽的背板总线、工作时使用的存储器、内部交换矩阵电路和其它相关控制机构。交换机这种方式我们可以明显地看出一方面效率高，不会浪费网络资源，只是对目的地址发送数据，一般来说不易产生网络堵塞；另一个方面数据传输安全，因为它不是对所有节点都同时发送，发送数据时其它节点很难侦听到所发送的信息。这也是交换机为什么会很快取代集线器的重要原因之一。9交换机基本原理交换机与集线器的区别：1.在OSI参考模型中的工作层次不同。集线器一般是工作在物理层，目前较为普通的交换机至少是工作在第二层，更高级的交换机可以工作在网络层和传输层。2.交换机的数据传输方式不同。集线器的数据传输方式是广播（broadcast）方式，而交换机是点对点的数据发送。3.带宽占用方式不同。在带宽占用方面，集线器所有端口是共享集线器的总带宽，而交换机的每个端口都具有自己的带宽。4.传输模式不同。集线器只能采用半双工方式进行传输的，因为集线器是共享传输介质的。10地址学习帧的转发/过滤回路防止交换机的三个功能交换机基本原理11交换机如何学习主机的位置•最初开机时MAC地址表是空的MAC地址表0260.8c01.11110260.8c01.22220260.8c01.33330260.8c01.4444E0E1E2E3ABCD交换机基本原理12交换机如何学习主机的位置•主机A发送数据帧给主机C•交换机通过学习数据帧的源MAC地址，记录下主机A的MAC地址对应端口E0•该数据帧转发到除端口E0以外的其它所有端口(不清楚目标主机的单点传送用泛洪方式)0260.8c01.11110260.8c01.22220260.8c01.33330260.8c01.4444E0:0260.8c01.1111E0E1E2E3DCBAMAC地址表交换机基本原理13交换机如何学习主机的位置•主机D发送数据帧给主机C•交换机通过学习数据帧的源MAC地址，记录下主机D的MAC地址对应端口E03•该数据帧转发到除端口E3以外的其它所有端口(不清楚目标主机的单点传送用泛洪方式)0260.8c01.11110260.8c01.22220260.8c01.33330260.8c01.4444E0:0260.8c01.1111E3:0260.8c01.4444E0E1E2E3DCABMAC地址表交换机基本原理14交换机如何过滤帧交换机A发送数据帧给主机C在地址表中有目标主机，数据帧不会泛洪而直接转发E0:0260.8c01.1111E2:0260.8c01.2222E1:0260.8c01.3333E3:0260.8c01.44440260.8c01.11110260.8c01.22220260.8c01.33330260.8c01.4444E0E1E2E3XXDCABMAC地址表交换机基本原理15•主机D发送广播帧或多点帧•广播帧或多点帧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广播帧和多点传送帧MAC地址表交换机基本原理16交换机的主要参数目前市场上的交换机品种繁多，应用技术不同，价格差异较大，不同的交换机所能提供的性能也不一样，不同的技术应用影响着企业网络的整体性能。目前交换机的主要参数有：17交换机的主要参数1.MAC地址表交换机可以识别连在网络上的节点的网卡MAC地址，并把它们保存到MAC地址表里。这个MAC地址表存放于交换机的缓存中，并记住这些地址，当需要向目的地址发送数据时，交换机就可在MAC地址表中查找这个MAC地址的节点位置，然后直接向这个位置的节点发送。18交换机的主要参数1.MAC地址表MAC地址数量是指交换机的MAC地址表中可以最多存储的MAC地址数量。不同档次的交换机每个端口所能够支持的MAC数量不同。在交换机的每个端口，都需要足够的缓存来记忆这些MAC地址，缓存容量的大小就决定了相应交换机所能记忆的MAC地址数量的多少。越是高档的交换机能记住的MAC地址数量就越多。19交换机的主要参数2.端口类型端口类型是指交换机上提供的端口是以太网、令牌环、FDDI还是ATM等类型，一般来说固定端口交换机只有单一类型的端口，适合中小企业或个人用户使用，而模块化交换机由于可以有不同介质类型的模块可供选择，端口类型更为丰富，这类交换机适合部门级以上级别用户选择。快速以太网交换机端口类型一般包括10Base-T、100Base-TX、100Base-FX，其中10Base-T和100Base-TX一般是由10M/100M自适应端口提供。20交换机的主要参数3.端口数量交换机设备的端口数量是交换机最直观的衡量因素，通常此参数是针对固定端口交换机而言，常见的标准的固定端口交换机端口数有8、16、24、48等以8的倍数提供端口几种。固定端口交换机虽然价格相对便宜，但由于它只能提供有限的端口和固定类型的接口，无论从可连接的用户数量上，还是所从可使用的传输介质上来讲都具有一定的局限性，但这种交换机在工作组中应用较多，一般适用于小型企业网络、管理子系统和工作区子系统环境。21交换机的主要参数4.传输模式传输模式有全双工、半双工、全双工/半双工自适应等三种模式。全双工的好处在于迟延小，速度快。目前的交换机都支持全双工。22交换机的主要参数5.传输速率交换机的传输速度是指交换机端口的数据交换速度。目前常见的有10Mbps、100Mbps、1000Mbps等几类。除此之外还有10GMbps交换机，但目前市场供给很少。10M/100Mbps自适应交换机适合工作组级别使用，纯100Mbps或1000Mbps交换机一般应用在部门级以上的应用或骨干级别的应用当中。10GMbps的交换机主要用在电信等骨干网络上。23交换机的主要参数6.模块化插槽数模块化插槽数量是针对模块化交换机而言。模块化插槽数量就是指模块化交换机所能安插的最大模块数。在模块化交换机中，为用户预留了不同数量的空余插槽，以方便用户扩充各种接口，预留的插槽越多，用户扩充的余地就越大。模块化交换机配备了多个空闲的插槽，用户可选择不同数量、不同速率和不同接口类型的模块，以适应千变万化的网络需求。但拥有更大的灵活性和可扩充性。像这样模块化交换机的端口数量就取决于模块的数量和插槽的数量。24交换机的主要参数7.交换方式目前交换机在传送源和目的端口的数据包时通常采用直通式交换、存储转发式和碎片隔离方式三种数据包交换方式。目前的存储转发式是交换机的主流交换方式。直通交换方式。采用直通交换方式的以太网交换机在输入端口检测到一个数据帧时，检查该帧的包头，获取帧的目的地址，启动内部的动态查找表转换成相应的输出端口，在输入与输出交叉处接通，把数据帧直通到相应的端口，实现交换功能。由于它只检查数据帧的包头（通常只检查14个字节），不需要存储，所以切入方式具有延迟小，交换速度快的优点。25交换机的主要参数8.背板带宽交换机的背板带宽也叫交换带宽，是交换机接口处理器或接口卡和数据总线间所能吞吐的最大数据量，它决定着交换机的数据处理能力。背板带宽标志了交换机总的数据交换能力，一台交换机的背板带宽越高，所能处理数据的能力就越强，但同时设计成本也会越高。交换机上所有端口能提供的总带宽计算公式为端口数×相应端口速率×2（全双工模式）。例如一台16口的10M/100Mbps交换机的总带宽＝16×100Mbps×2＝3.2Gbps。如果总带宽小于等于标称背板带宽，那么在背板带宽上是线速的。26交换机的主要参数9.转发速率转发速率也称吞吐量，是指交换机每秒钟接收数据位并通过合适的端口发送出去的最大数据位数。就相当于一座立交桥每秒钟能通过的车辆的流量。它是交换机的一个重要参数，标志着交换机的具体性能。交换机的转发速率=千兆端口数量×1.488Mpps+百兆端口数量*0.1488Mpps。因为包转发线速的衡量标准是以单位时间内发送64byte的数据包（最小包）的个数作为计算基准的。27交换机的主要参数10.VLAN支持VLAN是一种将局域网设备从逻辑上划分成一个个更小的局域网，从而实现虚拟工作组的数据交换技术。这种技术可以实现端口的分隔，即便在同一个交换机上，处于不同VLAN的端口也是不能通信的。它还有利于网络的安全，不同VLAN不能直接通信，杜绝了广播信息的不安全性。第三个优势是可以进行灵活的管理，更改用户所属的网络不必换端口和连线，只更改软件配置就可以了。VLAN能将网络划分为多个广播域，从而有效地控制广播风暴的发生；可以用于控制网络中不同部门、不同站点之间的互相访问。28交换机的主要参数11.延扩方式当一个网络需要的端口数量不能被一台交换机满足时，可以通过两种方式来扩展交换机的端口：级联和堆叠。级联是指使用普通的线缆将两台或两台以上的交换机连接在一起，实现相互之间的通讯。能级联的交换机的前面板上通常有一个Up-Link口，这就是和上级设备级联的地方。级联的设备是上下级关系，下级设备的所有端口共享着和上级连接的端口的带宽。29交换机的主要参数12.端口聚合端口聚合它可将多物理连接当作一个单一的逻辑连接来处理，它允许两个交换器之间通过多个端口并行连接同时传输数据以提供更高的带宽、更大的吞吐量和可恢复性的技术。将多个物理链路捆绑在一起后，还可以同时经由被绑定的多个物理链路传输，具有链路冗余的作用。一般来说，两个普通交换器连接的最大带宽取决于媒介的连接速度（100BASE-TX双绞线为200M），而使用端口聚合技术可以将4个200M的端口捆绑后成为一个高达800M的连接。这一技术的优点是以较低的成本通过捆绑多端口提高带宽。30交换机的主要参数13.三层交换三层交换是相对于传统交换概念而提出的。传统的交换技术是在OSI网络标准模型中的数据链路层进行操作的，而三层交换技术是在网络模型中的第三层实现了数据包的高速转发。简单地说，三层交换技术就是：二层交换技术＋三层转发技术。在交换机中它可以实现虚拟局域网之间的线速连接，解决VLAN之间的通信联通问题和传输瓶颈问题。通常三层交换机用在企业网络的信息中心和设备间子系统中。31交换机的主要参数14.管理功能具有管理功能的交换机是中高端交换机具有的功能，目的是让企业的网络处于可管理状态和提高网络通信的性能。不同的交换机提供的管理内容不同，通常交换机的管理内容包括VLAN、三层交换、端口聚合、负载均衡、生成树和SNMP功能等。根据管理功能的不同，交换机的价格差异较大，从几百元到几十万元不等。32交换机的主要参数14.管理功能可网管交换机在外观上都有一个共同的特点，即在交换机前面板或后面板都提供一个Console端口。虽然Console端口的接口类型因不同品牌或型号