弱電工程交換機技術(shù)講義

網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集成技術(shù)

NetworksSystemIntegrating

第三章交換機工作原理和技術(shù)第三章交換機工作原理和技術(shù)本章主要內(nèi)容3.1交換機的概念3.2交換機的分類3.3交換機的連接3.4交換機的配置3.5交換機的交換技術(shù)3.6交換機的交換結(jié)構(gòu)3.7交換機的技術(shù)指標(biāo)3.8VLAN技術(shù)原理3.1交換機的概念按照線纜段微化的思想，線纜段越多，可用帶寬就越高。極限情況是每一臺計算機處在一個獨立的纜段上。如果網(wǎng)絡(luò)上有10臺計算機，需要一個10端口的網(wǎng)橋?qū)⑺鼈冞B接起來，但實現(xiàn)這樣一個網(wǎng)橋不太現(xiàn)實，軟件轉(zhuǎn)發(fā)速度也跟不上。交換機將上述多端口的網(wǎng)橋硬件整合，以達到更低的成本和更高的性能。交換機內(nèi)有一條很高帶寬的背板總線和內(nèi)部交換矩陣，此背板總線帶寬通常是交換機每個端口帶寬的幾十倍。交換機的所有端口都掛接在這條背板總線交換矩陣上，每個端口都有自己的固定帶寬，同時具有兩個信道，在同一時刻既可發(fā)送數(shù)據(jù)，又接收其他端口發(fā)送來的數(shù)據(jù)。與共享帶寬（一個時間只能為一對網(wǎng)絡(luò)節(jié)點服務(wù)）、無目的地進行數(shù)據(jù)發(fā)送（廣播）的集線器不同，交換機可以在一個時間內(nèi)同時為所有的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點服務(wù)，并可以有目的地發(fā)送數(shù)據(jù)，所以在帶寬占用、減少阻塞、網(wǎng)絡(luò)安全和全雙工傳輸方面都是集線器不可相比的。交換機的功能交換機的每個端口都具有橋接功能，可以互聯(lián)一個LAN或一臺高性能計算機。所有端口由專用處理器進行控制，并經(jīng)過控制管理總線轉(zhuǎn)發(fā)信息。中高檔交換機可以用專門的網(wǎng)管軟件進行集中管理?？蓪⒚總€端口所互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)工作站分割為獨立的LAN（VLAN）。每個端口都與大帶寬的背板連通，從而為每個端口提供專用的帶寬。流量控制（網(wǎng)橋無流量控制能力）。采用專用集成電路（ASIC）處理器完成高速交換。3.2交換機的分類交換機和集線器不能“以貌取人”桌面型交換機和模塊化交換機異在“按需定制”TP-linkTL-HP8MUHUBD-LinkDFE-916DXHUB

3ComSuperStack34400switch

3ComSwitchs按網(wǎng)絡(luò)類型分類有線交換機和無線交換機10/100Mbps自適應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)交換機1Gbps(千兆位)以太網(wǎng)交換機（模塊化）10Gbps(萬兆位)以太網(wǎng)交換機（全光纖接口）ATM交換機（傳輸介質(zhì)一般采用光纖，成本高，通常用作ADSL和HFC的骨干節(jié)點，廣泛用于電信、郵政網(wǎng)的主干網(wǎng)段）FDDI交換機（全光纖接口，成本高）Quidway?S8500

萬兆核心路由交換機Quidway?S8500系列萬兆核心交換機是由華為3Com公司自主開發(fā)的新一代高性能萬兆核心路由交換機產(chǎn)品，可廣泛應(yīng)用于電子政務(wù)網(wǎng)核心層、校園網(wǎng)及教育城域網(wǎng)核心層、園區(qū)網(wǎng)和企業(yè)網(wǎng)核心層以及運營商IP城域網(wǎng)核心層、匯聚層。按網(wǎng)絡(luò)規(guī)模分類企業(yè)級交換機一般采用模塊配置，屬于第三層或第四層千兆位（或以上）交換機，通常能支持500個信息點以上。部門級交換機一般為千兆位第三層交換機，固定配置或模塊配置，通常能支持300～500個信息點。工作組級交換機一般為固定配置，10/100Mbps自適應(yīng)，通常支持的信息點少于100個。按網(wǎng)管功能分類非網(wǎng)管型交換機不支持網(wǎng)絡(luò)管理網(wǎng)管型交換機可通過網(wǎng)絡(luò)方式進行管理，包括交換機各端口的流量控制、QoS和端口協(xié)議的配置等，以便使所有的網(wǎng)絡(luò)資源盡可能處于最佳狀態(tài)網(wǎng)管型交換機上都有一個“Console”控制端口(一般為RS232串口型)以便進行基本配置，有的還支持基于Web頁面和Telnet遠程登錄網(wǎng)絡(luò)等多種網(wǎng)絡(luò)管理方式支持SNMP（簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議），并采用RMON(RemoteMonitoring，遠程監(jiān)視）技術(shù)跟蹤流量和會話狀態(tài)（允許用戶查看每個交換端口上的流量），增強了流量管理、監(jiān)視與分析能力。交換機的Console控制端口可進行網(wǎng)絡(luò)管理的交換機上一般都有一個“Console”端口，它是專門用于對交換機進行配置和管理的。通過Console端口連接并配置交換機，是配置和管理交換機必須經(jīng)過的步驟。因為其他方式的配置往往需要借助于IP地址、域名或設(shè)備名稱才可以實現(xiàn)，而新購買的交換機顯然不可能內(nèi)置有這些參數(shù)，所以Console端口是最常用、最基本的交換機管理和配置端口。絕大多數(shù)交換機都采用RJ－45端口，但也有少數(shù)采用DB－9串口端口或DB－25串口端口。DB-9串行端口DB-25串行端口按協(xié)議層次分類第二層交換機（網(wǎng)橋技術(shù)）使用可編程的ASIC（專用集成電路）通過高速背板/總線（速率可達每秒幾十GB）并基于MAC地址完成不同端口間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，價格最低，性能亦最低，支持VLAN，通常為非網(wǎng)管型第三層交換機（路由技術(shù)）使用可編程的ASIC（專用集成電路）而不是運行在處理器之上的軟件進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和IP路由處理，具有線速路由功能，可為每個端口配置獨立的IP地址，可根據(jù)IP地址劃分為小而獨立的VLAN——既可完成第二層交換機的端口交換功能，又能完成部分路由器的路由功能第四層交換機能夠基于傳輸層中的TCP/UDP應(yīng)用端口號決定傳輸，即根據(jù)端口主機的應(yīng)用需求來自主確定或動態(tài)限制端口的交換過程和數(shù)據(jù)流量，即具有第四層智能應(yīng)用交換需求第七層交換技術(shù)亦稱“第七層認(rèn)知技術(shù)”，是目前最新的交換技術(shù)，可以實現(xiàn)有效的數(shù)據(jù)流優(yōu)化和智能負(fù)載均衡。用戶不僅能驗證是否在發(fā)送正確的內(nèi)容，而且還能打開網(wǎng)絡(luò)上傳送的數(shù)據(jù)包（不用考慮IP地址或端口），并根據(jù)包中的信息做出負(fù)載均衡決定。如端口80，除了WEB傳輸流，還有許多類型的傳輸流（如流媒體數(shù)據(jù)）通過此端口傳輸。第四層交換無法區(qū)分這兩種類型的數(shù)據(jù)，而第七層交換可以自由地完全打開傳輸流的應(yīng)用層/表示層，仔細分析其中的內(nèi)容，根據(jù)應(yīng)用的類型而非僅僅根據(jù)IP和端口號做出更智能的負(fù)載均衡決定，比如規(guī)定WEB傳輸流具有更高優(yōu)先級。目前還沒有這類第七層的標(biāo)準(zhǔn)。3.3交換機的連接當(dāng)單一交換機所能夠提供的端口數(shù)量不足以滿足網(wǎng)絡(luò)計算機的需求時，必須要有兩個以上的交換機提供相應(yīng)數(shù)量的端口，這也就要涉及到交換機之間連接的問題。從根本上來講，交換機之間的連接不外乎兩種方式，一是堆疊，一是級聯(lián)。級聯(lián)(Uplink)上層交換機普通以太網(wǎng)端口與下層交換機的Uplink（級聯(lián)）端口連接需要注意的是交換機不能無限制級聯(lián)，超過一定數(shù)量的交換機進行級聯(lián)，最終會引起廣播風(fēng)暴，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)性能嚴(yán)重下降。堆疊(Stack)幾臺交換機堆疊在一起，采用專用堆疊電纜進行連接堆疊中的所有交換機可視為一個整體交換機來進行管理，但必須有專門端口（Up和Down，通常都是D型25孔接口）群集（集群）堆疊和級聯(lián)技術(shù)的綜合，可將分布各處的交換機邏輯地組合到一起，其中一臺為Commander（管理者），其他交換機則處于從屬地位，由Commander統(tǒng)一管理。堆疊和級聯(lián)的區(qū)別堆疊(Stack)和級聯(lián)(Uplink)是多臺交換機或

集線器連接在一起的兩種方式。它們的主要

目的是增加端口密度。但它們實現(xiàn)的方法不同。級聯(lián)是通過集線器的某個端口與其它集線器相連的，如使用一個集線器UPLINK口到另一個的普通端口；而堆疊是通過集線器的背板連接起來的，它是一種建立在芯片級上的連接，如2個24口交換機堆疊起來的效果就像是一個48口的交換機，優(yōu)點是不會產(chǎn)生瓶頸的問題。級聯(lián)可通過一根雙絞線在任何網(wǎng)絡(luò)設(shè)備廠家的交換機之間，集線器之間，或交換機與集線器之間完成。而堆疊只有在自己廠家的設(shè)備之間，且此設(shè)備必須具有堆疊功能才可實現(xiàn)。級聯(lián)只需單做一根雙絞線(或其他媒介)，堆疊需要專用的堆疊模塊和堆疊線纜。交換機的級聯(lián)在理論上是沒有級聯(lián)個數(shù)限制的(注意：集線器級聯(lián)有個數(shù)限制，且10M和100M的要求不同)，而堆疊各個廠家的設(shè)備會標(biāo)明最大堆疊個數(shù)。堆疊和級聯(lián)的區(qū)別（續(xù)）級聯(lián)相對容易，但堆疊這種技術(shù)有級聯(lián)不可達到的優(yōu)勢。首先，多臺交換機堆疊在一起，從邏輯上來說，它們屬于同一個設(shè)備。這樣，如果你想對這幾臺交換機進行設(shè)置，只要連接到任何一臺設(shè)備上，就可看到堆疊中的其他交換機。而級聯(lián)的設(shè)備邏輯上是獨立的，如果想要網(wǎng)管這些設(shè)備，必須依次連接到每個設(shè)備。多個設(shè)備級聯(lián)會產(chǎn)生級聯(lián)瓶頸。例如，兩個百兆交換機通過一根雙絞線級聯(lián)，則它們的級聯(lián)帶寬是百兆。這樣不同交換機之間的計算機要通訊，都只能通過這百兆帶寬。而兩個交換機通過堆疊連接在一起，堆疊線纜將能提供高于1G的背板帶寬，極大地減低了瓶頸。級聯(lián)還有一個堆疊達不到的目的，是增加連接距離。比如，一臺計算機離交換機較遠，超過了單根雙絞線的最長距離100米，則可在中間再放置一臺交換機，使計算機與此交換機相連。堆疊線纜最長也只有幾米，所以堆疊時應(yīng)予考慮。堆疊和級聯(lián)各有優(yōu)點，在實際的方案設(shè)計中經(jīng)常同時出現(xiàn)，可靈活應(yīng)用。參考閱讀：/pub/article/c1084_a178357_p1.htmlUplink端口GBIC端口模塊GBIC（GigaStackGigabitInterfaceConverter）是一個通用的、低成本的千兆位以太網(wǎng)堆疊模塊，可提供交換機間的高速連接，既可建立高密度端口的堆疊，又可實現(xiàn)與服務(wù)器或千兆位主干的連接，為快速以太網(wǎng)向千兆以太網(wǎng)的過渡，提供了廉價的、高性能的選擇方案。此外，借助于光纖，還可實現(xiàn)與遠程高速主干網(wǎng)絡(luò)的連接。GBIC模塊分為兩大類，一是普通級聯(lián)使用的GBIC模塊，二是堆疊專用的GBIC模塊。

級聯(lián)GBIC模塊級聯(lián)使用的GBIC模塊分為4種，一是1000Base-TGBIC模塊（如圖1所示），適用于超五類或六類雙絞線，最長傳輸距離為100米；二是1000Base-SXGBIC模塊(如圖2所示)，適用于多模多纖，最長傳輸距離為500米；三是1000Base-LXGBIC模塊，適用于單模光纖,最長傳輸距離為10千米；四是1000Base-ZXGBIC，適用于長波單模光纖，最長傳輸距離為70千米~100千米。圖11000Base-TGBIC模塊

圖21000Base-SXGBIC模塊

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