交換機(jī)基本知識 交換機(jī)知識入門

1、交換機(jī)基本知識交換機(jī)知識入門交換機(jī)是日常生活工作中經(jīng)常用到的物品，但不少人隊交換機(jī)基本知識卻不是很了解，本文從交換機(jī)的起源、類 型、應(yīng)用、交換方式等方面介紹了交換機(jī)基本知識（入門知識），希望對大家有所幫助。交換機(jī)定義什么是交換機(jī)？交換機(jī)英文名稱為Switch，也稱為交換式集線器，交換機(jī)是構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)平臺的“基石”，又稱網(wǎng)絡(luò)開 關(guān)它是一種基于MAC地址（網(wǎng)卡的硬件標(biāo)志）識別，能夠在通信系統(tǒng)中完成信息交換功能的設(shè)備。其工作原理可以簡單 地描述為“存儲轉(zhuǎn)發(fā)”四個字。因?yàn)榻粨Q機(jī)支持全雙工”模式，所以B在接收A發(fā)送數(shù)據(jù)的同時，還可以向A或其他 的計算機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)。如果在MAC地址中沒有B的地址信息，那么交換機(jī)

2、可以通過“MAC地址學(xué)習(xí)”功能將連接到自身 的B計算機(jī)MAC地址記住，形成一個節(jié)點(diǎn)與MAC地址的對應(yīng)表。交換和交換機(jī)最早起源于電話通訊系統(tǒng)（PSTN），我們現(xiàn)在還能在老電影中看到這樣的場面：首長（主叫用戶） 拿起話筒來一陣猛搖，局端是一排插滿線頭的機(jī)器，戴著耳麥的話務(wù)小姐接到連接要求后，把線頭插在相應(yīng)的出口， 為兩個用戶端建立起連接，直到通話結(jié)束。這個過程就是通過人工方式建立起來的交換。當(dāng)然現(xiàn)在我們早已普及了程 控交換機(jī)，交換的過程都是自動完成。交換機(jī)的類型交換機(jī)類型的了解是交換機(jī)的基本知識，必須掌握。交換機(jī)有多種分類方式：從網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍劃分交換機(jī)可以分為以下兩類：廣域網(wǎng)交換機(jī)和局域網(wǎng)交換機(jī)?

3、根據(jù)傳輸介質(zhì)和傳輸速度分：以太網(wǎng)交換機(jī)、快速以太網(wǎng)交換機(jī)、千兆以太網(wǎng)交換機(jī)、10千兆以太網(wǎng)交換機(jī)、 ATM交換機(jī)、FDDI交換機(jī)和令牌環(huán)交換機(jī)。?根據(jù)交換機(jī)應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)層次劃分企業(yè)級交換機(jī)、校園網(wǎng)交換機(jī)、部門級交換機(jī)和工作組交換機(jī)、桌機(jī)型交換機(jī)。?根據(jù)交換機(jī)端口結(jié)構(gòu)劃分固定端口交換機(jī)和模塊化交換機(jī)。?根據(jù)工作協(xié)議層劃分第二層交換機(jī)、第三層交換機(jī)和第四層交換機(jī)?根據(jù)是否支持網(wǎng)管功能劃分網(wǎng)管型交換機(jī)和非網(wǎng)管理型交換機(jī)交換機(jī)的應(yīng)用作為局域網(wǎng)的主要連接設(shè)備，交換機(jī)成為應(yīng)用普及最快的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之一。隨著交換技術(shù)的不斷發(fā)展，交換機(jī)的價 格急劇下降，交換機(jī)的普及度進(jìn)一步增加。如果你的以太網(wǎng)絡(luò)上擁有大量的用戶、繁忙

4、的應(yīng)用程序和各式各樣的服務(wù)器，而且你還未對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)做出任何調(diào) 整，那么整個網(wǎng)絡(luò)的性能可能會非常低。解決方法之一是在以太網(wǎng)上添加一個100Mbps/1000Mbps的交換機(jī)。如果網(wǎng)絡(luò)的利用率超過了 40%，并且碰撞率大于10%，交換機(jī)可以幫你解決一點(diǎn)問題。帶有100Mbps快速以太 網(wǎng)的交換機(jī)可以全雙工方式運(yùn)行，可以建立起專用的200Mbps連接。不僅不同網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下交換機(jī)的作用各不相同，在同一網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下添加新的交換機(jī)和增加現(xiàn)有交換機(jī)的交換端口對 網(wǎng)絡(luò)的影響也不盡相同。充分了解和掌握網(wǎng)絡(luò)的流量模式是能否發(fā)揮交換機(jī)作用的一個非常重要的因素。因?yàn)槭褂媒?換機(jī)的目的就是盡可能的減少和過濾網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)流量

5、，所以如果網(wǎng)絡(luò)中的某臺交換機(jī)由于安裝位置設(shè)置不當(dāng)，幾乎 需要轉(zhuǎn)發(fā)接收到的所有數(shù)據(jù)包的話，交換機(jī)就無法發(fā)揮其優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能的作用，反而降低了數(shù)據(jù)的傳輸速度，增加了 網(wǎng)絡(luò)延遲。除安裝位置之外，如果在那些負(fù)載較小，信息量較低的網(wǎng)絡(luò)中也盲目添加交換機(jī)的話，同樣也可能起到負(fù)面影響。 受數(shù)據(jù)包的處理時間、交換機(jī)的緩沖區(qū)大小以及需要重新生成新數(shù)據(jù)包等因素的影響，在這種情況下使用簡單的HUB 要比交換機(jī)更為理想。因此，我們不能一概認(rèn)為交換機(jī)就比HUB有優(yōu)勢，尤其當(dāng)用戶的網(wǎng)絡(luò)并不擁擠，尚有很大的 可利用空間時，使用HUB更能夠充分利用網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)有資源。交換機(jī)的交換方式交換機(jī)的交換方式是交換機(jī)的入門知識。交換機(jī)有3種

6、交換方式：1. 直通式（CutThrough ）直通式的交換機(jī)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(jī)。它在輸入端口檢測到一個數(shù)據(jù)包時， 歡迎共閱檢查該包的包頭，獲取包的目的地址，啟動內(nèi)部的動態(tài)查找表轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的輸出端口，在輸入與輸出交叉處接通，把 數(shù)據(jù)包直通到相應(yīng)的端口，實(shí)現(xiàn)交換功能。由于不需要存儲，延遲非常小、交換非?？欤@是它的優(yōu)點(diǎn)。它的缺點(diǎn)是， 因?yàn)閿?shù)據(jù)包內(nèi)容并沒有被以太網(wǎng)交換機(jī)保存下來，所以無法檢查所傳送的數(shù)據(jù)包是否有誤，不能提供錯誤檢測能力。 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。.存儲轉(zhuǎn)發(fā)（Store & Forward ）存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式

7、是計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的方式。它把輸入端口的數(shù)據(jù)包先存儲起來，然后進(jìn)行CRC （循環(huán) 冗余碼校驗(yàn)）檢查，在對錯誤包處理后才取出數(shù)據(jù)包的目的地址，通過查找表轉(zhuǎn)換成輸出端口送出包。正因如此，交 換機(jī)存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式在數(shù)據(jù)處理時延時大，這是它的不足，但是它可以對進(jìn)入交換機(jī)的數(shù)據(jù)包進(jìn)行錯誤檢測，有效地改 善網(wǎng)絡(luò)性能。尤其重要的是它可以支持不同速度的端口間的轉(zhuǎn)換，保持高速端口與低速端口間的協(xié)同工作。.碎片隔離（FragmentFree ）這是介于前兩者之間的一種解決方案。交換機(jī)檢查數(shù)據(jù)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。這種方式也不提供數(shù)

8、據(jù)校驗(yàn)。它的數(shù)據(jù)處理速度比存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式快， 但比直通式慢。交換機(jī)功能交換機(jī)的功能可能大家都非常熟悉了，是最基本的交換機(jī)知識。交換機(jī)的主要功能包括物理編址、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、錯誤校驗(yàn)、幀序列以及流控、VLAN、鏈路匯聚、防火墻等功 能。交換機(jī)除了能夠連接同種類型的網(wǎng)絡(luò)之外，還可以在不同類型的網(wǎng)絡(luò)之間起到互連作用。一般來說，交換機(jī)的每個端口都用來連接一個獨(dú)立的網(wǎng)段，但是有時為了提供更快的接入速度，我們可以把一些 重要的網(wǎng)絡(luò)計算機(jī)直接連接到交換機(jī)的端口上。這樣，網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵服務(wù)器和重要用戶就擁有更快的接入速度，支持更 大的信息流量。交換機(jī)相關(guān)術(shù)語交換機(jī)交換機(jī)是用來實(shí)現(xiàn)交換式網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備，在ISO的OSI模型

9、中，它是位于第二層一一數(shù)據(jù)鏈路層的設(shè)備，能對幀進(jìn)行操 作，是一種智能型設(shè)備。IEEE802.3以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.3u快速以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)4.IEEE802.3ab千兆以太網(wǎng)（非屏蔽雙絞線）標(biāo)準(zhǔn)5.IEEE802.3z千兆以太網(wǎng)（光纖、銅纜）標(biāo)準(zhǔn)6.IEEE802.3x流量控制標(biāo)準(zhǔn)7.IEEE802.1X基于端口的訪問控制標(biāo)準(zhǔn)8.IEEE802.1qVLAN標(biāo)準(zhǔn)9.IEEE802.1p流量優(yōu)先權(quán)控制標(biāo)準(zhǔn)10.IEEE802.1d生成樹協(xié)議11.數(shù)據(jù)鏈路層位于ISO/OSI參考模型第二層，負(fù)責(zé)在節(jié)點(diǎn)間的線路上通過檢測、流量控制和重發(fā)等一系列手段無差錯的傳送一幀為 單位的數(shù)據(jù)，使得從它的上一層（網(wǎng)

10、絡(luò)層）看起來是一條無差錯的鏈路。全、半雙工在網(wǎng)絡(luò)中，全雙工是指接收與發(fā)送采用兩個相互獨(dú)立的通道，可同時進(jìn)行，互不干擾。而半雙工則是接收與發(fā)送共用 一個通道，同一時刻只能發(fā)送或只能接收，所以半雙工可能會產(chǎn)生沖突。我們所說的交換機(jī)是個全雙工設(shè)備，而集線 器是半雙工設(shè)備。MAC地址MAC地址就是在媒體接入層使用的地址，通俗點(diǎn)說就是網(wǎng)卡（局域網(wǎng)節(jié)點(diǎn)）的物理地址。在網(wǎng)絡(luò)底層的物理傳輸過程 中，是通過物理地址來識別主機(jī)（局域網(wǎng)節(jié)點(diǎn)）的，它一般也是全球唯一的。現(xiàn)在的MAC地址一般都采用6字節(jié)48 位。14.IP地址IP地址就是給每個連接在Internet上的主機(jī)分配的一個32bit地址。通過IP地址就可以訪

11、問到每一臺主機(jī)。自適應(yīng)/自協(xié)商（Auto-Negotiation）Auto-Negotiation標(biāo)準(zhǔn)使交換器按照以下順序適應(yīng)工作速率和工作模式：100M全雙工，100M半雙工，10M全雙工， 10M半雙工。全雙工流量控制遵循IEEE802.3x標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)擁塞時，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備利用預(yù)定義的Pause幀進(jìn)行流控。半雙工流量控制（背壓技術(shù)Backpressure）基于IEEE802.3x標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)處理器發(fā)現(xiàn)緩沖器將要填滿時，就向源發(fā)站發(fā)出一個假沖突信號，使之延遲一個隨機(jī)時間， 然后繼續(xù)發(fā)送。能夠緩解和消除擁塞。線速交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的理論最大值。廣播風(fēng)暴控制網(wǎng)絡(luò)上的廣播幀（由于被轉(zhuǎn)發(fā)）數(shù)量急劇增加而影響正常

12、的網(wǎng)絡(luò)通訊的反?，F(xiàn)象，廣播風(fēng)暴會占用相當(dāng)客觀的網(wǎng)絡(luò)帶 寬，造成整個網(wǎng)絡(luò)無法正常工作。廣播風(fēng)暴控制是允許端口對網(wǎng)絡(luò)上出現(xiàn)的廣播風(fēng)暴進(jìn)行過濾。開啟廣播風(fēng)暴控制后， 當(dāng)端口收到的廣播幀累計到預(yù)定門限值時，端口將自動丟棄收到的廣播幀。當(dāng)未啟用該功能或廣播幀未累計到門限時， 廣播幀將被正常廣播到交換機(jī)的其它端口。TRUNK （端口匯聚）通常被用于將多個端口聚合在一起，從而形成一個高帶寬的數(shù)據(jù)傳輸通道。交換機(jī)把聚集在一起的所有端口看作一個 邏輯端口。VLAN （VirtualLocalAreaNetwork,虛擬局域網(wǎng)）是由一組終端工作站組成的廣播域，處于同一 VLAN的主機(jī)（交換機(jī)端口）才能互相通信，它

13、不需要考慮具體布線結(jié) 構(gòu)就可以建立邏輯工作組。配置靈活，增加系統(tǒng)的安全性。PortVLAN基于端口的VLAN，處于同一 VLAN端口之間才能相互通信。TagVLAN基于 正802.1。，用VID來劃分不同的VLAN。VID（VLANID）VLAN的標(biāo)識符，用于表示某個TagVLANoMTUVLAN在交換機(jī)的VLAN設(shè)置時，將每個用戶所占用的端口與上行端口劃分為一個單獨(dú)的VLAN。MAC地址老化時間交換機(jī)中各端口具有自動學(xué)習(xí)地址的功能，通過端口發(fā)送和接收的幀的源地址（源MAC地址、交換機(jī)端口號）將存儲到 地址表中。老化時間是一個影響交換機(jī)學(xué)習(xí)進(jìn)程的參數(shù)。從一個地址記錄加入地址表以后開始計時，如果

14、在老化時間 內(nèi)各端口未收到源地址為該MAC地址的幀，那么，這些地址將從動態(tài)轉(zhuǎn)發(fā)地址表（由源MAC地址、目的MAC地址 和它們相對應(yīng)的交換機(jī)的端口號）中被刪除。靜態(tài)MAC地址表不受地址老化時間影響。靜態(tài)地址表靜態(tài)MAC地址區(qū)別與一般的由學(xué)習(xí)得到的動態(tài)MAC地址。靜態(tài)地址一旦被加入，該地址在刪除之前將一直有效， 不受最大老化時間的限制。靜態(tài)地址表記錄了端口的靜態(tài)地址。靜態(tài)地址表中一個MAC地址對應(yīng)一個端口，如果設(shè) 置，則所有發(fā)給這個地址的數(shù)據(jù)只會轉(zhuǎn)發(fā)給該端口。也成為MAC地址綁定。28.SNMP簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議（SimpleNetworkManagementProtocol，簡寫為SNMP）是OS

15、I第7層（應(yīng)用層）的協(xié)議，用于遠(yuǎn)程 監(jiān)視和配置網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。SNMP使得網(wǎng)管工作站能夠讀取并修改網(wǎng)關(guān)、路由器、交換機(jī)，以及其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的設(shè)置值。29.IGMP （ InternetGroupManagementProtocol）IP通過使用交換機(jī)、組播路由器、支持IGMP的主機(jī)來管理組播通信。一組主機(jī)、路由器（或交換機(jī)）與屬于同一個組 播組的成員交流組播數(shù)據(jù)流。并且在這個組的所有設(shè)備使用同一個組播組地址。IGMPSnooping技術(shù)針對視頻點(diǎn)播等 應(yīng)用，大幅提高網(wǎng)絡(luò)利用率。在網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)為各種各樣的多媒體應(yīng)用進(jìn)行IP組播通信時，您可以通過在交換機(jī)每個端 口上設(shè)置IGMP來減少不必要的帶寬使用。30.

16、IEEE802.1D/STPIEEE802.1D生成樹協(xié)議（SpanningTreeProtocol）檢測到網(wǎng)絡(luò)上存在環(huán)路時，自動斷開環(huán)路連接。當(dāng)交換機(jī)間存在多條 連接時，將只啟動最主要的一條連接，而將其他連接都阻塞掉，將這些連接變?yōu)閭溆眠B接。當(dāng)主連接出現(xiàn)問題時，生 成樹協(xié)議將自動起用備用連接接替主連接的工作，不需要任何人工干預(yù)。31.IEEE802.1X 認(rèn)證協(xié)議基于端口的訪問控制協(xié)議（PortBaseNetworkAccessControlProtocol）。該協(xié)議體系結(jié)構(gòu)分為三部分：客戶端、認(rèn)證系統(tǒng)、 認(rèn)證服務(wù)器。我司網(wǎng)管型交換機(jī)內(nèi)置802.1x認(rèn)證系統(tǒng)和RADIUS客戶端，為用戶提供先進(jìn)的計費(fèi)方案。包轉(zhuǎn)發(fā)率是指交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的速度，單位一般為pps（包每秒），一般交換機(jī)的包轉(zhuǎn)發(fā)率在幾十kpps到幾百kpps不等，包轉(zhuǎn) 發(fā)率越大網(wǎng)速越快。全雙工與半雙工以及端口不同傳輸速率的包轉(zhuǎn)發(fā)率都是不同的。背板帶寬是指交換機(jī)接口處理器和數(shù)據(jù)總線之間所能吞吐的最大數(shù)據(jù)量，背板帶寬越寬越好，它是衡量交換機(jī)數(shù)據(jù)處理能力的 關(guān)鍵指標(biāo)之一。目前，一般5 口和8 口桌面交換機(jī)的背板帶寬在1Gbps3.2Gbps之間，專業(yè)交換機(jī)的背板帶寬更高， 比如一般的千兆交換機(jī)背板帶寬可以達(dá)到8.8G