22 交换机基础知识

1、交换机基础知识交换机基础知识本章内容本章内容 交换机概述交换机概述 交换机的分类与性能指标交换机的分类与性能指标 交换机的接口与连接方式交换机的接口与连接方式 虚拟局域网与多层交换虚拟局域网与多层交换 交换机产品简介交换机产品简介2.1 交换机概述交换机概述 1. 1. 交换机的基本概念交换机的基本概念 交换机交换机英文名称为英文名称为Switch，也称为，也称为交换式集线器交换式集线器,是一种基于是一种基于MACMAC地址识别地址识别，能完成封装转发数据包功能的网络设，能完成封装转发数据包功能的网络设备。交换机可以备。交换机可以“学习学习”MACMAC地址，并地址，并把其存放在内部地址表中，

2、通过在数据把其存放在内部地址表中，通过在数据帧的始发者和目标接收者之间建立临时帧的始发者和目标接收者之间建立临时的交换路径，使数据帧直接由源地址到的交换路径，使数据帧直接由源地址到达目的地址。达目的地址。2.1.1 交换机简介交换机简介交换机的工作特点：交换机的工作特点： 拥有一条很高带宽的背板总线和内部交换矩阵拥有一条很高带宽的背板总线和内部交换矩阵 所有的端口都挂接在这条背板总线上所有的端口都挂接在这条背板总线上 控制电路收到数据包以后，处理端口会查找内存中的地址控制电路收到数据包以后，处理端口会查找内存中的地址对照表以确定目的对照表以确定目的MAC地址的网卡（地址的网卡（NIC）挂接在哪

3、个端）挂接在哪个端口上，通过内部交换矩阵迅速将数据包传送到目的端口口上，通过内部交换矩阵迅速将数据包传送到目的端口 目的目的MAC若不存在才广播到所有的端口，接收端口回应若不存在才广播到所有的端口，接收端口回应后交换机会后交换机会“学习学习”新的地址，并把它添加入内部新的地址，并把它添加入内部MAC地址表中。地址表中。2. 2. 交换机的特性交换机的特性 与网桥和集线器相比，交换机从下面几方面改进了性能：与网桥和集线器相比，交换机从下面几方面改进了性能： （1 1）通过支持并行通信，提高了交换机的信息吞吐量。）通过支持并行通信，提高了交换机的信息吞吐量。 （2 2）将传统的一个大局域网上的用户

4、分成若干工作组，每个端口连接一台）将传统的一个大局域网上的用户分成若干工作组，每个端口连接一台设备设备 或连接一个工作组，有效地解决拥挤现象。或连接一个工作组，有效地解决拥挤现象。 （3 3）虚拟网（）虚拟网（Virtual LANVirtual LAN）技术的出现，给交换机的使用和管理带来了）技术的出现，给交换机的使用和管理带来了更大更大 的灵活性。的灵活性。 （4 4）端口密度可以与集线器相媲美）端口密度可以与集线器相媲美, ,一般的网络系统都是有一个或几个服一般的网络系统都是有一个或几个服务器，而绝大部分都是普通的客户机。客户机都需要访问服务器，这样就导致务器，而绝大部分都是普通的客户机

5、。客户机都需要访问服务器，这样就导致服务器的通信和事务处理能力成为整个网络性能好坏的关键。服务器的通信和事务处理能力成为整个网络性能好坏的关键。3. 3. 交换机的三个主要功能交换机的三个主要功能（1 1）学习）学习 以太网交换机了解每一端口相连设备的以太网交换机了解每一端口相连设备的MACMAC地址，并将地地址，并将地址同相应的端口映射起来存放在交换机缓存中的址同相应的端口映射起来存放在交换机缓存中的MACMAC地址表中。地址表中。（2 2）转发）转发/ /过滤过滤 当一个数据帧的目的地址在当一个数据帧的目的地址在MACMAC地址表中有映射时，地址表中有映射时，它被转发到连接目的节点的端口而

6、不是所有端口（如该数据帧为广播它被转发到连接目的节点的端口而不是所有端口（如该数据帧为广播/ /组播帧则转发至所有端口）。组播帧则转发至所有端口）。（3 3）消除回路）消除回路 当交换机包括一个冗余回路时，以太网交换机通过生当交换机包括一个冗余回路时，以太网交换机通过生成树协议避免回路的产生，同时允许存在后备路径。成树协议避免回路的产生，同时允许存在后备路径。2.1.2 交换机的交换模式交换机的交换模式概念：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。方式称为交换模式。 类型：类型：存储转发存储转发（Store and

7、Forward ）直通交换直通交换（CutThrough ）碎片丢弃碎片丢弃（Fragmentfree）2.2.1 1 交换机交换机概述概述存储转发存储转发(Store and Forward)(Store and Forward)特点：特点：交换机接收到数据包后，首先将数据包存储到缓冲交换机接收到数据包后，首先将数据包存储到缓冲器中，进行器中，进行CRC循环冗余校验循环冗余校验,如果这个数据包有如果这个数据包有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。换机查询地址映射表将其转发至相应的端口。优点：优点：没有残

8、缺数据包转发，可减少潜在的不必要的数据没有残缺数据包转发，可减少潜在的不必要的数据转发转发缺点：缺点：转发速率比直接转发方式慢。转发速率比直接转发方式慢。适用环境：适用环境：存储转发技术适用于普通链路质量或质量较为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，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。所以，延迟和帧的大小有关。2.1.2 交换机的交换模式交换机的交换模式直通交换直通交换(Cut(CutThrough)Through)特点：特点：交换机只读出数据帧的前交换机只读出数据帧的前6个字节，即通过地址映个字节，即通过地址映

9、射表中查找目标地址，将数据帧传送到相应的端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。开始转发这个数据帧。优点：优点：转发速率快、减少延时和提高整体吞吐率转发速率快、减少延时和提高整体吞吐率缺点：缺点：会给整个交换网络带来许多垃圾通信包会给整个交换网络带来许多垃圾通信包适用环境：适用环境：网络链路质量较好、错误数据包较少的网络网络链路质量较好、错误数据包较少的网络环境，延迟时间跟帧的大小无关。环境，延迟时间跟帧

10、的大小无关。2.1.2 交换机的交换模式交换机的交换模式碎片丢弃（碎片丢弃（FragmentfreeFragmentfree）特点：特点：这是介于前两者之间的一种解决方案。它检查数据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包的长度是否够64个字节，如果小于个字节，如果小于64字节，说明字节，说明是假包，则丢弃该包；如果大于等于是假包，则丢弃该包；如果大于等于64字节，则发字节，则发送该包。送该包。 优点：优点：数据处理速度比存储转发方式快数据处理速度比存储转发方式快缺点：缺点：比直通式慢比直通式慢适用环境：适用环境：一般的通讯链路一般的通讯链路2.1.2 交换机的交换模式交换

11、机的交换模式2 2.2 .2 交换机的分类与性能指标交换机的分类与性能指标2.2.1 交换机的分类交换机的分类按组建园区网的网络拓扑结构层次，可划分为：按组建园区网的网络拓扑结构层次，可划分为：接入层交换接入层交换机机、汇聚层交换机汇聚层交换机和和核心层交换机。核心层交换机。核心层交换机核心层交换机: 一般采用机箱式模块化设计，机箱中可承载一般采用机箱式模块化设计，机箱中可承载管理模块、光端口模块、高速电口模块、电源等，具有很高的管理模块、光端口模块、高速电口模块、电源等，具有很高的背板容量；背板容量；汇聚层交换机汇聚层交换机: 可以是机箱式模块化交换机，也可以是固定可以是机箱式模块化交换机，

12、也可以是固定配置的交换机，具有较高的接入能力和带宽，一般会包含光端配置的交换机，具有较高的接入能力和带宽，一般会包含光端口、高速电口等端口；口、高速电口等端口；接入层交换机接入层交换机: 一般是固定配置的交换机，端口密度较大，一般是固定配置的交换机，端口密度较大，具有较高的接入能力，以具有较高的接入能力，以10/100M10/100M端口为主，以固定端口或扩展端口为主，以固定端口或扩展槽方式提供槽方式提供1000Mbps1000Mbps的上联端口。的上联端口。双冗余热备份网络拓扑结构 根据根据传输介质、传输速度以及发展历史传输介质、传输速度以及发展历史上看，局域网上看，局域网交换机有这样一些类

13、型：交换机有这样一些类型： 以太网交换机以太网交换机 快速以太网交换机快速以太网交换机 千兆以太网交换机千兆以太网交换机 万兆以太网交换机万兆以太网交换机 FDDI交换机交换机 ATM交换机交换机 令牌环令牌环交换机交换机 2.2.1 交换机的分类交换机的分类按照按照OSI的七层网络模型，交换机又可以分为：的七层网络模型，交换机又可以分为： 第二层交换机第二层交换机 第三层交换机第三层交换机 第四层交换机第四层交换机 第七层交换机第七层交换机 基于基于MACMAC地址工作的第二层交换机最为普遍，用于网络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。基于接入层和汇聚层。基于IPIP地址

14、和协议进行交换的第三层交换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。用型交换机，主要用于互联网数据中心。2.2.1 交换机的分类交换机的分类按照交换机的按照交换机的可管理性可管理性，可分为：，可分为： 可管理型交换机可管理型交换机 不可管理型交换机不可管理型交换机

15、 两者区别在于对两者区别在于对SNMPSNMP、RMONRMON等网管协议的支持。可管理等网管协议的支持。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。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视应用需要而定，核心层交换机则全部是可管理型交换机。2.2.1 交换机的分类交换机的分类2.2.1 交换机的分类交换机的分类按照交换机可否堆叠分为按照交换机可否堆叠分为 可堆叠交换机可堆叠交换机 不可堆叠交换机不可堆叠交换机2.2.1 交

16、换机的分类交换机的分类从应用的角度划分，交换机又可分为：从应用的角度划分，交换机又可分为： 电话交换机（电话交换机（PBX）：）：主要应用于电信领域，提供语音通主要应用于电信领域，提供语音通讯。讯。数据交换机（数据交换机（Switch）：）： 应用于计算机网络。应用于计算机网络。 注意：注意：我们重点学习的是数据交换机。我们重点学习的是数据交换机。背板带宽、包转发率、端口速率背板带宽、包转发率、端口速率协议与功能协议与功能模块化与固定配置模块化与固定配置专用芯片与通用芯片专用芯片与通用芯片单单/多多MAC地址类型地址类型2.2.2 交换机的主要性能指标交换机的主要性能指标背板带宽与端口速率背板

17、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。背板带宽背板带宽：指通过交换机所有通信的最大值。：指通过交换机所有通信的最大值。 包转发率：包转发率：交换机转发数据包能力的大小，单位为交换机转发数据包能力的大小，单位为pps（包每秒）。（包每秒）。交换机的端口速率交换机的端口速率：每秒通过的比特数。：每秒通过的比特数。 10Mbps 100Mbps 1000Mbps 10000Mbps2.2.2 交换机的主要性能指标交换机的主要性能指标模块化与固定配置模块化与固定配置模块化交换机模块化交换机：具有很强的可扩展性，可在机箱内

18、提供一系列扩展模：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、块，如千兆位以太网模块、FDDI模块、模块、ATM模块、快速以太网模块、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来。但是它的价格一般也比较昂贵。模块化交换机的网络连接起来。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。一般作为骨干交换机来使用。固定配置交换机固定配置交换机：一般具有固定端口配置，比如：一般具有固定端口配置，比如Cisco公司的公司的Catalyst l900/2900交换机，交换

19、机，Bay公司的公司的BayStack350/450交换机等。固交换机等。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。得多。2.2.2 交换机的主要性能指标交换机的主要性能指标专用芯片与通用芯片专用芯片与通用芯片 X86： 通用计算机芯片通用计算机芯片ASIC： （Application-Specific-Integrated Circuit ）NP： 专用网络处理器专用网络处理器2.2.2 交换机的主要性能指标交换机的主要性能指标2.3 2.3 交换机的接口与连接方式交换机的接口与连接方式2.3.1 交换机的接口类型

20、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：发展而产生的不同的接口规格，主要有： 双绞线双绞线RJ-45接口接口 光纤接口光纤接口 AUI接口与接口与BNC Console接口接口 FDDI接口接口双绞线双绞线RJ-45接口接口 数量最多、应用最广的数量最多、应用最广的一种接口类型，它属于以太网一种接口类型，它属于以太网接口类型。它不仅在最基本的接口类型。它不仅在最基本的10Base-T10Base-T以太网网络中使用以太网网络中使用，还在目前主流的，还在目前主流的100Base-100Base-

21、TXTX快速以太网和快速以太网和1000Base-TX1000Base-TX千兆以太网中使用。千兆以太网中使用。 2.3.1 交换机的接口类型交换机的接口类型光纤接口光纤接口 目前光纤传输介质发展目前光纤传输介质发展相当迅速，各种光纤接口也是相当迅速，各种光纤接口也是层出不穷，分别应用于层出不穷，分别应用于100Base-FX100Base-FX、1000Base-FX1000Base-FX等等网络中。在局域网交换机中，网络中。在局域网交换机中， SCSC类型是一种常见的光纤接口类型是一种常见的光纤接口，SCSC接口的芯在接头里面，右接口的芯在接头里面，右图所示的是一款图所示的是一款100Ba

22、se-FX100Base-FX网络的网络的SCSC光纤接口模块。光纤接口模块。2.3.1 交换机的接口类型交换机的接口类型AUI接口接口 这是专门用于连接粗同这是专门用于连接粗同轴电缆的，目前这种网络在轴电缆的，目前这种网络在局域网中已不多见。现在部局域网中已不多见。现在部分交换机保留了分交换机保留了AUIAUI接口。接口。 AUI AUI接口是一个接口是一个1515针针“D D”形接口，类似于显示器形接口，类似于显示器接口。这种接口在其他网络接口。这种接口在其他网络设备中也可以见到，如路由设备中也可以见到，如路由器，甚至服务器中。右图中器，甚至服务器中。右图中所示的是交换机上的所示的是交换机

23、上的AUIAUI接口接口示意图。示意图。2.3.1 交换机的接口类型交换机的接口类型BNC 接口接口 这是专门用于连接细同这是专门用于连接细同轴电缆的接口，目前提供这轴电缆的接口，目前提供这种接口的交换机比较少见。种接口的交换机比较少见。个别交换机保留个别交换机保留BNCBNC接口，主接口，主要是用于与细同轴电缆作为要是用于与细同轴电缆作为传输介质的令牌网络连接。传输介质的令牌网络连接。 右图是右图是BNCBNC接口的网卡。接口的网卡。2.3.1 交换机的接口类型交换机的接口类型Console接口接口 用于配置交换机而使用用于配置交换机而使用的接口。的接口。 不同交换机的不同交换机的Conso

24、leConsole接受有所不同，有些与接受有所不同，有些与CiscoCisco路由器一样采用路由器一样采用RJ-RJ-4545类型类型ConsoleConsole接口，而接口，而有的则采用串口作为有的则采用串口作为ConsoleConsole接口。接口。2.3.1 交换机的接口类型交换机的接口类型FDDI接口接口 在早期的在早期的100Mbps100Mbps时代，时代，还有一种还有一种FDDIFDDI网络类型，即网络类型，即“光纤分布式数据接口光纤分布式数据接口”，其传输介质也是光纤，其接其传输介质也是光纤，其接口类型如右图。目前由于它口类型如右图。目前由于它的优势不明显，已经很少见的优势不明

25、显，已经很少见了。了。2.3.1 交换机的接口类型交换机的接口类型2.3.2 交换机的连接方式交换机的连接方式 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：来看交换机之间有哪些连接方式：级联级联冗余冗余堆叠堆叠级联级联 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。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：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，直接连接的两个交换机端口要

26、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。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：双绞线介质连接： 分普通端口和使用分普通端口和使用Uplink端口级联两种情况。普通端口之间相端口级联两种情况。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端口相连使用直通双绞线。绞线。注意：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在两台交换机之间建立连接。均可在两台交换机之间建立连接。2.3.2 交换机的连接方式交换机的连接方式冗余

27、冗余SpanningTree冗余连接：冗余连接：工作方式是工作方式是StandBy，一条链，一条链路在工作，其余链路处于待机路在工作，其余链路处于待机(StandBy)状态，效率没有状态，效率没有提高，可靠性提高。提高，可靠性提高。PortTrunking连接：连接：多条冗余连接链路实现负载分担。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。交换机之间联结带宽成倍提高，可靠性已得到增强。2.3.2 交换机的连接方式交换机的连接方式堆叠堆叠 只有支持堆叠的交换之间只有支持堆叠的交换之间才可进行堆叠，使用专用的堆才可进行堆叠，使用专用的堆叠线通过交换机上提供的堆叠叠线

28、通过交换机上提供的堆叠接口使用一定的连接方式连接接口使用一定的连接方式连接起来。起来。 多台交换机的堆叠是靠一多台交换机的堆叠是靠一个提供背板总线带宽的多口堆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，并插入不同的交相连实现的，并插入不同的交换机实现交换机的堆叠。换机实现交换机的堆叠。2.3.2 交换机的连接方式交换机的连接方式交换机堆叠连接方法交换机堆叠连接方法 堆叠中的所有交换机可视为一个整体的交换机来进堆叠中的所有交换机可视为一个整体的交换机来进行管理，也就是说，堆叠中所有的交换机从拓扑结构上可行管理，也就是说，堆叠中所有的交换机从拓扑结构上

29、可视为一个交换机。堆栈在一起的交换机可以当作一台交换视为一个交换机。堆栈在一起的交换机可以当作一台交换机来统一管理。交换机堆叠技术采用了专门的管理模块和机来统一管理。交换机堆叠技术采用了专门的管理模块和堆栈连接电缆，这样做的好处是，一方面增加了用户端口堆栈连接电缆，这样做的好处是，一方面增加了用户端口，能够在交换机之间建立一条较宽的宽带链路，这样每个，能够在交换机之间建立一条较宽的宽带链路，这样每个实际使用的用户带宽就有可能更宽（只有在并不是所有端实际使用的用户带宽就有可能更宽（只有在并不是所有端口都在使用情况下）。另一方面多个交换机能够作为一个口都在使用情况下）。另一方面多个交换机能够作为一

30、个大的交换机，便于统一管理。大的交换机，便于统一管理。可堆叠交换机常用的堆叠方式有两种可堆叠交换机常用的堆叠方式有两种：菊花型菊花型 菊花型堆叠要求堆菊花型堆叠要求堆叠交换机通过堆叠接口或叠交换机通过堆叠接口或模块首尾相连，是一种类模块首尾相连，是一种类似于普通的交换机之间级似于普通的交换机之间级联连接，通过相对高速的联连接，通过相对高速的端口串接和软件的支持，端口串接和软件的支持，最终实现构建一个多交换最终实现构建一个多交换机的层叠结构。机的层叠结构。可堆叠交换机常用的堆叠方式有两种可堆叠交换机常用的堆叠方式有两种：星型星型 星型堆叠是需要一星型堆叠是需要一个主交换机，其它是从交个主交换机，

31、其它是从交换机，每台从交换机都通换机，每台从交换机都通过堆叠接口或模块与主交过堆叠接口或模块与主交换机相连。这种方式要求换机相连。这种方式要求主交换机的交换容量（背主交换机的交换容量（背板带宽）要比从交换机的板带宽）要比从交换机的要大。要大。堆叠和级联的区别堆叠和级联的区别连接方式不同：连接方式不同：级联是两台交换机通过两个级联是两台交换机通过两个PORT互联，而堆互联，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。宽，而级联是不能增加设备的总带宽。 通用行不同：通用行不同：级联可通过光

32、纤或双绞线在任何网络设备厂家的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。必须具有堆叠功能才可实现。 连接距离不同：连接距离不同：级联的设备之间可以有较远的距离（级联的设备之间可以有较远的距离（100米米-几几百米），而堆叠的设备之间距离十分有限，必须在几米以内。百米），而堆叠的设备之间距离十分有限，必须在几米以内。2.3.2 交换机的连接方式交换机的连接方式2.42.4多层交换多层交换和和虚拟局域网虚拟局域网2.4.1 三层交换三层交换概念概念 三层交换

33、是相对于传统交换概念而提出的。众所周知，传统的交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换技术是在OSIOSI网络标准模型中的第二层网络标准模型中的第二层-数据链路层进行操作的，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。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。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

34、器低速、复杂所造成的网络瓶颈问题。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。 2.4.1 三层交换三层交换 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”。 那么三层交换是怎样实现的呢？三层交换的技术细节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

35、换机理解为由一台路由器和一台二层交换机构成，如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。下图所示。 两台处于不同子网的主机通信，必须要通过路由器进行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，主机路由。在上图中，主机A向主机向主机B发送的第发送的第1个数据包必须要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时，就不必再经过路由处理器处理了，因为三层交换机有理器处理了，因为三层交换机有“记忆记忆”路由的功能。路

36、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三层交换机的路由记忆功能是由路由缓存来实现的。当。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交换机在路由缓存中没有发

37、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。理器进行处理，处理之后再转发数据包。 类型：类型：纯硬件纯硬件和和纯软件纯软件两大类两大类 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。既可以完成数据交换功能，又可以完成数据路由功能。2.4.2 多层交换多层交换概念：概念： 随着交换技术的不断发展，以及交换机产品的不断更随着交换技术的不断发展，以及交换机产品的不断更新，在传统交换机上实现的功能日益变得丰富起来。现在新，在传统交换机上实现的

38、功能日益变得丰富起来。现在不仅有了不仅有了“路由功能的交换机路由功能的交换机”，有些交换机还具有通过，有些交换机还具有通过辨别第四层协议端口的能力，有人将此类型的交换机称为辨别第四层协议端口的能力，有人将此类型的交换机称为第四层交换机，甚至还有可以识别应用层协议的交换机，第四层交换机，甚至还有可以识别应用层协议的交换机，因而，也出现了因而，也出现了“应用层交换机应用层交换机”的概念。凡是超越传统的概念。凡是超越传统工作在二层的交换大家统称为工作在二层的交换大家统称为“多层交换多层交换”。 第四层交换第四层交换 第四层交换的主要作用体现在，可以将第四层交换的主要作用体现在，可以将端到端性能和服务

39、质量要求实现对所有联网端到端性能和服务质量要求实现对所有联网设备的负载进行细致的均衡，以保证客户机设备的负载进行细致的均衡，以保证客户机与服务器之间数据平滑地流动。与服务器之间数据平滑地流动。 2.4.3 多层交换多层交换第七层交换第七层交换 目前，在高可用性和负载均衡方面，有部分交换机可目前，在高可用性和负载均衡方面，有部分交换机可以利用由应用返回给最终用户的第七层信息。这些交换机以利用由应用返回给最终用户的第七层信息。这些交换机使用户可以容易地确认站点内容的响应性和正确性，或从使用户可以容易地确认站点内容的响应性和正确性，或从客户的角度来试测你的站点，看看是否存在正确的应用和客户的角度来试

40、测你的站点，看看是否存在正确的应用和内容。具有这样功能的交换机我们称为内容。具有这样功能的交换机我们称为“第七层交换机第七层交换机”。 2.4.3 多层交换多层交换2.43虚拟局域网简介 虚拟局域网（虚拟局域网（Virtual Local Area NetworkVirtual Local Area Network）通常简称为通常简称为VLANVLAN。它是将局域网从逻辑上划分为。它是将局域网从逻辑上划分为一个个的网段，从而实现虚拟工作组的一种交换一个个的网段，从而实现虚拟工作组的一种交换技术技术。虚拟局域网简介 使用集线器或交换机所构成的一个物理局域网，整个网络使用集线器或交换机所构成的一个

41、物理局域网，整个网络属于同一个广播域。网桥、集线器和交换机设备都会转发广属于同一个广播域。网桥、集线器和交换机设备都会转发广播帧，因此任何一个广播帧或多播帧（播帧，因此任何一个广播帧或多播帧（Multicast FrameMulticast Frame）都）都将被广播到整个局域网中的每一台主机。将被广播到整个局域网中的每一台主机。 路由器具有路由转发、防火墙和隔离广播的作用，路由器不路由器具有路由转发、防火墙和隔离广播的作用，路由器不会转发广播帧，因此，要实现对网络的分段和广播域的隔离，会转发广播帧，因此，要实现对网络的分段和广播域的隔离，应使用路由器来实现。应使用路由器来实现。一个一个VLA

42、NVLAN就是一个网段，通过在交换机上划分就是一个网段，通过在交换机上划分VLANVLAN，可，可将一个大的局域网划分成若干个网段，每个网段内所有将一个大的局域网划分成若干个网段，每个网段内所有主机间的通讯和广播仅限于该主机间的通讯和广播仅限于该VLANVLAN内，广播帧不会被转内，广播帧不会被转发到其他网段，即一个发到其他网段，即一个VLANVLAN就是一个广播域，就是一个广播域，VLANVLAN间是间是不能进行直接通信的，从而就实现了对广播域的分割和不能进行直接通信的，从而就实现了对广播域的分割和隔离。隔离。若要实现若要实现VLANVLAN间的通讯，就必须为间的通讯，就必须为VLANVLA

43、N设置路由，这可设置路由，这可使用路由器或三层交换机来实现。使用路由器或三层交换机来实现。二层交换机可以划分二层交换机可以划分VLANVLAN，若没有路由器，则无法实现，若没有路由器，则无法实现VLANVLAN间的通讯，由于间的通讯，由于三层交换机具备路由功能，在实际应用中，通常在三层三层交换机具备路由功能，在实际应用中，通常在三层交换机中来划分交换机中来划分VLANVLAN，以支持，以支持VLANVLAN间的相互通讯。间的相互通讯。 从中可见，通过在局域网中划分从中可见，通过在局域网中划分VLANVLAN，可起到以下，可起到以下方面的作用：方面的作用： 控制网络的广播，增加广播域的数量，减小

44、广播域控制网络的广播，增加广播域的数量，减小广播域的大小的大小。 便于对网络进行管理和控制。便于对网络进行管理和控制。VLANVLAN是对端口的逻辑是对端口的逻辑分组，不受任何物理连接的限制，同一分组，不受任何物理连接的限制，同一VLANVLAN中的用户，中的用户，可以连接在不同的交换机，并且可以位于不同的物理位可以连接在不同的交换机，并且可以位于不同的物理位置，增加了网络连接、组网和管理的灵活性。置，增加了网络连接、组网和管理的灵活性。 增加网络的安全性增加网络的安全性。 VLANVLAN的汇聚链接与封装协议的汇聚链接与封装协议 在实际应用中，通常需要跨越多台交换机在实际应用中，通常需要跨越

45、多台交换机的多个端口划分的多个端口划分VLANVLAN，比如，同一个部门的员，比如，同一个部门的员工，可能会分布在不同的建筑物或不同的楼层工，可能会分布在不同的建筑物或不同的楼层中，此时的中，此时的VLANVLAN，就将跨越多台交换机，就将跨越多台交换机 。跨越多台交换机的VLAN 解决的办法就是解决的办法就是在交换机上各拿出一个在交换机上各拿出一个端口，用于将两台交换机级联起来，专门用端口，用于将两台交换机级联起来，专门用于提供该于提供该VLANVLAN内的主机跨交换机相互通讯。内的主机跨交换机相互通讯。有多少个有多少个VLANVLAN，就对应地需要占用多少个端，就对应地需要占用多少个端口，

46、用来提供口，用来提供VLANVLAN内主机的跨交换机相互通内主机的跨交换机相互通讯讯，如下图所示。，如下图所示。 VLANVLAN内的主机在交换机间的通讯内的主机在交换机间的通讯 这种方法虽然解决了这种方法虽然解决了VLANVLAN内主机间的跨交换机通讯，内主机间的跨交换机通讯，但每增加一个但每增加一个VLANVLAN，就需要在交换机间添加一条互联链路，就需要在交换机间添加一条互联链路，并且还要额外占用交换机端口，这对保贵的交换机端口而并且还要额外占用交换机端口，这对保贵的交换机端口而言，是一种严重的浪费，而且扩展性和管理效率都很差。言，是一种严重的浪费，而且扩展性和管理效率都很差。解决方法：

47、让交换机间的互联链路汇集到一条链路上，让解决方法：让交换机间的互联链路汇集到一条链路上，让该链路允许各个该链路允许各个VLANVLAN的通讯流经过，的通讯流经过，这条用于实现各这条用于实现各VLANVLAN在交换机间通讯的链路，称为交换机的汇聚链路或主干链在交换机间通讯的链路，称为交换机的汇聚链路或主干链路（路（Trunk LinkTrunk Link），如下图所示。），如下图所示。用于提供汇聚链路的端口，称为汇聚端口。用于提供汇聚链路的端口，称为汇聚端口。 利用汇聚链路实现各利用汇聚链路实现各VLAN内主机跨交换机的通讯内主机跨交换机的通讯 引入引入VLANVLAN后，交换机的端口按用途就分为了访问连接端口后，交换机的端口按用途就分为了访问连接端口（Access LinkAccess Link）和汇聚连接（）和汇聚连接（Trunk LinkTrunk Link）端口两种。访问）端口两种。访问连接端口通常用于连接客户连接端口通常用于