1、,交换机选型参考手册,工业交换机与商用交换机的区别,1.1 交换机概述,交换机，英文名称为Switch，也称为交换式集线器，它是一种基于MAC地址(网卡的硬件地址)识别，能够在通信系统中完成信息交换功能的设备，可以为接入交换机的任意两个网络节点提供独享的电信号通路。,1.2 交换机的交换模式,概念：交换机将数据从一个端口转发至到另一个端口的处理方式称为交换模式。,类型： 存储转发（Store and Forward ） 直通交换（CutThrough ） 碎片丢弃（Fragmentfree）,存储转发(Store and Forward)特点：交换机接收到数据包后，首先将数据包存储到缓冲器中，
2、进行CRC循环冗余校验,如果这个数据包有CRC错误，则该包将被丢弃；如果数据包完整，交换机查询地址映射表将其转发至相应的端口。 优点：没有残缺数据包转发，可减少潜在的不必要的数据转发 缺点：转发速率比直接转发方式慢。 适用环境：存储转发技术适用于普通链路质量或质量较为恶劣的网络环境，这种方式要对数据包进行处理，所以，延迟和帧的大小有关。,1.2.1 交换机的交换模式,直通交换(CutThrough)特点：交换机只读出数据帧的前6个字节，即通过地址映射表中查找目标地址，将数据帧传送到相应的端口上。直通交换能够实现较少的延迟，因为在数据帧的目的地址被读出，确定了转发端口后马上开始转发这个数据帧。
3、优点：转发速率快、减少延时和提高整体吞吐率 缺点：会给整个交换网络带来许多垃圾通信包 适用环境：网络链路质量较好、错误数据包较少的网络环境，延迟时间跟帧的大小无关。,1.2.2 交换机的交换模式,碎片丢弃（Fragmentfree）特点：这是介于前两者之间的一种解决方案。它检查数据包的长度是否够64个字节，如果小于64字节，说明是假包，则丢弃该包；如果大于等于64字节，则发送该包。 优点：数据处理速度比存储转发方式快 缺点：比直通式慢 适用环境：一般的通讯链路,1.2.3 交换机的交换模式,按照OSI的七层网络模型，交换机又可以分为： 第二层交换机 第三层交换机 第四层交换机 第七层交换机基于
4、MAC地址工作的第二层交换机最为普遍，用于网络接入层和汇聚层。基于IP地址和协议进行交换的第三层交换机应用于网络的核心层，也少量应用于汇聚层。部分第三层交换机也同时具有第四层交换功能，可以根据数据帧的协议端口信息进行目标端口判断。第四层以上的交换机称之为应用型交换机，主要用于互联网数据中心。,1.3.1 交换机的分类,按照交换机的可管理性，可分为：可管理型交换机 不可管理型交换机两者区别在于对SNMP、RMON等网管协议的支持。可管理型交换机便于网络监控、流量分析，但成本也相对较高。大中型网络在汇聚层应该选择可管理型交换机，在接入层视应用需要而定，核心层交换机则全部是可管理型交换机。,1.3.
5、2 交换机的分类,非网管型交换机优缺点,非网管型交换机的缺点： 1、非网管型工业交换机功能有限，适合小型网络中。 2、不支持ARP防护，ARP攻击不是病毒因而几乎所有的杀毒软件对之都无可奈何；但它却胜似病毒因为它轻可造成通信变慢、网络瘫痪，重会造成信息的泄密。 3、不支持mac地址的绑定。 4、不支持vlan的划分，在非网管的交换机上连接的终端用户处于同一广播域中，会爆发广播风暴，不能对其进行防护和抑制。使整个网络出现拥塞、阻断、泛洪，导致整个网络瘫痪。 5、不支持基于流量的控制。 6、数据传输的可靠性差，出现丢包现象严重非网管型交换机优点： 1、价格便宜，节省开支。2、端口数量密集。 3、用
6、户使用灵活。,网管型以太网交换机优缺点,网管型以太网交换机优点： 1、背板带宽大，数据转发速度更快。 2、组网灵活，应用大中型网络的接入层。 3、提供的端口灵活，根据网络的应用选择不同的接口形式如：SFP、GE、快速以太口、以太口等。 4、支持vlan的划分，用户可以针对不同的应用进行区域划分，有效的对网络进行控制和管理。进步抑制广播风暴。 5、可网管交换机的数据吞吐量（Throughput）大、包丢失率（PacketLoss）小、延迟（Latency）低。 6、可以基于源、目的、网段进行数据信息流的控制 7、链路聚合可以让交换机和交换机以及交换机和服务器之间通过多个以太网端口绑定在一起，实现
7、负载均衡。 8、具有ARP的防护功能，进步减少网络的ARP欺骗。 9、具有MAC地址的绑定。 10、端口镜像功能可以将一个端口的流量和状态复制到交换机的另一个端口，用于监管。 11、支持DHCP的功能。 12、访问控制列表它可以对IP数据包进行控制，比如限制它的流量、出入以及提供QoS等等。,网管型以太网交换机优缺点,13、具有较好的安全性能：交换机都可以进行MAC地址的过滤、MAC地址锁定，并可以构建静态的MAC转发表。 14、能够支持IEEE802.1Q和基于端口技术的VLAN。而IEEE802.1QVLAN中涉及的GVRP（GARP，VLAN注册协议）和GMRP（GARP组播注册协议）也
8、被广泛地支持。 15、具有SNMP功能，更能对网络实现很好的管理和控制。 16、易于扩展，灵活应用，可以通过网络管理软件进行管理，也可以通过其本身的访问控制对其进行远程访问。增加网络的安全性和可控制性。网管型以太网交换机的缺点：1、比非网管交换机稍贵。 2、与非网管交换机比操作复杂，需要配置。,背板带宽与端口速率 包转换率 模块化与固定配置 单/多MAC地址类型 端口密度 机框尺寸 模块热插拔 支持的协议 设备电源和功率,2 交换机的主要性能指标,背板带宽与端口速率背板带宽和端口速率是衡量交换机的交换能力的主要参数。 背板带宽：指通过交换机所有通信的最大值。 交换机的端口速率：每秒通过的比特数
9、。10Mbps100Mbps1000Mbps 10000Mbps,2.1 交换机的主要性能指标,2.1.1背板带宽,背板带宽，就是指板卡 （接口板 连接到交换矩阵的带宽，它代表了板卡与引擎之间所能 传输的最大数据量，它代表了交换机总的数据处理能力，单位为 Gbps。,2.2 包转换率,包转发率是指交换机转发芯片在同一时间所能处理的最大数据包数 量，这个参数的变化取 决于背板带宽和交换容量。,模块化与固定配置 模块化交换机：具有很强的可扩展性，可在机箱内提供一系列扩展模块，如千兆位以太网模块、FDDI模块、ATM模块、快速以太网模块、令牌环模块等，所以能够将具有不同协议、不同拓扑结构的网络连接起
10、来。但是它的价格一般也比较昂贵。模块化交换机一般作为骨干交换机来使用。固定配置交换机：一般具有固定端口配置，比如Cisco公司的Catalyst l900/2900交换机，Bay公司的BayStack350/450交换机等。固定配置交换机的可扩充性显然不如模块化交换机，但是价格要低得多。,2.3 交换机的主要性能指标,2.3.1模块化配置交换机,2.3.2固定配置交换机,单/多MAC地址类型 单MAC交换机：每个端口只有一个MAC地址 多MAC交换机：每个端口捆绑有多个MAC硬件地址单MAC交换机主要用于连接最终用户、网络共享资源或非桥接路由器，它们不能用于连接集线器或含有多个网络设备的网段；
11、多MAC交换机的每个端口可以看作是一个集线器，而多MAC交换机可以看作是集线器的集线器。,2.4 交换机的主要性能指标,2.5端口密度,2.6机框尺寸,2.7模块热插拔,模块热插拔,2.8支持的协议,2.9 设备电源和功率,3 交换机的接口类型,交换机的接口是随着网络类型的变化和传输介质的发展而产生的不同的接口规格，主要有：双绞线RJ-45接口 光纤接口 AUI接口与BNC Console接口 FDDI接口,双绞线RJ-45接口数量最多、应用最广的一种接口类型，它属于以太网接口类型。它不仅在最基本的10Base-T以太网网络中使用，还在目前主流的100Base-TX快速以太网和1000Base
12、-TX千兆以太网中使用。,3.1 交换机的接口类型,光纤接口 目前光纤传输介质发展相当迅速，各种光纤接口也是层出不穷，分别应用于100Base-FX、1000Base-FX等网络中。在局域网交换机中， SC类型是一种常见的光纤接口，SC接口的芯在接头里面，右图所示的是一款100Base-FX网络的SC光纤接口模块。,3.2 交换机的接口类型,AUI接口 这是专门用于连接粗同轴电缆的，目前这种网络在局域网中已不多见。现在部分交换机保留了AUI接口。AUI接口是一个15针“D”形接口，类似于显示器接口。这种接口在其他网络设备中也可以见到，如路由器，甚至服务器中。右图中所示的是交换机上的AUI接口示
13、意图。,3.3 交换机的接口类型,BNC 接口这是专门用于连接细同轴电缆的接口，目前提供这种接口的交换机比较少见。个别交换机保留BNC接口，主要是用于与细同轴电缆作为传输介质的令牌网络连接。右图是BNC接口的网卡。,3.4 交换机的接口类型,Console接口 用于配置交换机而使用的接口。不同交换机的Console接受有所不同，有些与Cisco路由器一样采用RJ-45类型Console接口，而有的则采用串口作为Console接口。,3.5 交换机的接口类型,FDDI接口 在早期的100Mbps时代，还有一种FDDI网络类型，即“光纤分布式数据接口”，其传输介质也是光纤，其接口类型如右图。目前由
14、于它的优势不明显，已经很少见了。,3.6 交换机的接口类型,4 交换机的连接方式,我们常见的网络都是多台网络设备连接在一起，我们来看交换机之间有哪些连接方式：级联 冗余 堆叠,级联是最常见的连接方式，即使用网线将两个交换机连接起来。有使用光纤介质连接和双绞线介质连接两种情况。 光纤介质连接： 直接连接的两个交换机端口要保证一致的光纤规格、端口速率，发送信号光纤端口与接收信号光纤端口相连。 双绞线介质连接：分普通端口和使用Uplink端口级联两种情况。普通端口之间相连，使用交叉双绞线；一台交换机使用UPlink端口相连使用直通双绞线。 注意：目前有些交换机已实现智能判断，即使用交叉线或直通线均可
15、在两台交换机之间建立连接。,4.1 交换机的连接方式,冗余 SpanningTree冗余连接：工作方式是StandBy，一条链路在工作，其余链路处于待机(StandBy)状态，效率没有提高，可靠性提高。 PortTrunking连接：多条冗余连接链路实现负载分担。交换机之间联结带宽成倍提高，可靠性已得到增强。,4.2 交换机的连接方式,堆叠 只有支持堆叠的交换及之间才可进行堆叠，使用专用的堆叠线通过交换机上提供的堆叠接口使用一定的连接方式连接起来。多台交换机的堆叠是靠一个提供背板总线带宽的多口堆叠母模块与单口的堆叠子模块相连实现的，并插入不同的交换机实现交换机的堆叠。,4.3 交换机的连接方式
16、,堆叠和级联的区别 连接方式不同：级联是两台交换机通过两个PORT互联，而堆叠是交换机通过专门的背板堆叠模块相连。堆叠可以增加设备总带宽，而级联是不能增加设备的总带宽。 通用行不同：级联可通过光纤或双绞线在任何网络设备厂家的交换机之间进行连接，而堆叠只有在自己厂家的设备之间，且设备必须具有堆叠功能才可实现。 连接距离不同：级联的设备之间可以有较远的距离（100米-几百米），而堆叠的设备之间距离十分有限，必须在几米以内。,4.4 交换机的连接方式,5 虚拟局域网和多层交换,5.1 虚拟局域网(VLAN),概念：VLAN(Visual Local Area Network)，即虚拟局域网，是指网络
17、中的站点不拘泥于所处的物理位置，而可以根据需要灵活地加入不同的逻辑子网中的一种网络技术。,特点：在交换式以太网中，构成虚拟局域网的站点不必拘泥于所处的物理位置，它们既可以挂接在同一个交换机中，也可以挂接在不同的交换机中。虚拟局域网技术使得网段的划分变得非常灵活。,虚拟局域网的划分方法：,5.1.1 虚拟局域网(VLAN),基于端口的虚拟局域网 基于MAC地址(网卡的硬件地址)的虚拟局域网 基于IP地址的虚拟局域网,5.1.2 VLAN划分,基于端口的虚拟局域网基于端口的虚拟局域网是最实用的虚拟局域网，它保持了最普通常用的虚拟局域网成员定义方法，按照交换机的端口来确定虚拟局域网的定义。处于同一个
18、虚拟局域网的成员端口可以位于一台交换机上，也可以位于不同交换机上的端口。定义简单、灵活。,5.1.3 虚拟局域网(VLAN),基于MAC地址的虚拟局域网 在基于MAC地址的虚拟局域网中，交换机对站点的MAC地址和交换机端口进行跟踪，在新站点入网时根据需要将其划归至某一个虚拟局域网，而无论该站点在网络中怎样移动，由于其MAC地址保持不变，因而其依然属于原来的局域网。,5.1.4 虚拟局域网(VLAN),基于IP地址的虚拟局域网 在基于IP地址的虚拟局域网中，新站点在入网时无需进行太多配置，交换机则根据各站点网络地址自动将其划分成不同的虚拟局域网。在三种虚拟局域网的实现技术中，基于IP地址的虚拟局
19、域网智能化程度最高，实现起来也最复杂 。,5.1.5 虚拟局域网(VLAN),5.2 以太网供电（POE）,6 三层交换,概念 三层交换是相对于传统交换概念而提出的。众所周知，传统的交换技术是在OSI网络标准模型中的第二层-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。 特点 解决了局域网中网段划分之后，网段间子网必须依赖路由器进行管理的局面，解决了传统路由器低速、复杂所造成的网络瓶颈问题。,三层交换,三层交换是相对于传统的交换概念而提出的。传统的交换技术是在OSI网络参考模型中的第二层（即数据链路层）进
20、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，三层交换机就是“二层交换机+基于硬件的路由器”。,三层交换,那么三层交换是怎样实现的呢？三层交换的技术细节非常复杂，不可能一下子讲清楚，不过您可以简单地将三层交换机理解为由一台路由器和一台二层交换机构成，如下图所示。,三层交换,两台处于不同子网的主机通信，必须要通过路由器进行路由。在上图中，主机A向主机B发送的第1个数据包必须要经过三层交换机中的路由处理器进行路由才能到达主机B，但是当以后的数据包再发向主机B时，就不必再经过路由处理器处理了，因为三层交换机有“记忆”路由的功能。 三层交换机的路由记忆功能是由路由缓存来实现的。当一个数据包发往三层交换机时，三层交换机首先在它的缓存列表里进行检查，看看路由缓存里有没有记录，如果有记录就直接调取缓存的记录进行路由，而不再经过路由处理器进行处理，这样的数据包的路由速度就大大提高了。如果三层交换机在路由缓存中没有发现记录，再将数据包发往路由处理器进行处理，处理之后再转发数据包。,三层交换机工作原理,三层交换机实质上是将二层交换机与路由器结合起来的网络设备，它既可以完成数据交换功能，又可以完成数据路由功能。,
