交换机基础知识zl

1、交换机基础知识交换机基础知识某学院计算机系有某学院计算机系有50台电脑，现在需要将台电脑，现在需要将这些计算机连接起来，组成一个局域网。这些计算机连接起来，组成一个局域网。同在一座办公楼内的机电工程系也组建了同在一座办公楼内的机电工程系也组建了一个内部局域网，机电工程系希望和计算一个内部局域网，机电工程系希望和计算机系的网络连接，实现资源共享。机系的网络连接，实现资源共享。主要内容主要内容 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

2、机概述 交换机，英文名称为交换机，英文名称为Switch，也称为交换式，也称为交换式集线器，它是一种基于集线器，它是一种基于MAC地址地址(网卡的硬件地网卡的硬件地址址)识别，能够在通信系识别，能够在通信系统中完成信息交换功能统中完成信息交换功能的设备。的设备。 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

3、照表以确定目的MAC地址的网卡（地址的网卡（NIC）挂接在哪个端）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。2.1.2 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（S

4、tore and 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。

5、优点：优点：没有残缺数据包转发，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

6、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。

7、环境，延迟时间跟帧的大小无关。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

8、换机的交换模式交换机的交换模式2.1.3 交换机与网桥的主要区别交换机与网桥的主要区别(1)(1)延迟小。延迟小。交换机通过硬件实现，而网桥通过软件实现。网交换机通过硬件实现，而网桥通过软件实现。网桥是通过运行于计算机系统上的桥接协议实现；交换机使用桥是通过运行于计算机系统上的桥接协议实现；交换机使用了专用集成电路（了专用集成电路（Application-Specific-Integrated Application-Specific-Integrated CircuitCircuit，ASIC)ASIC)，大大提高了网络转发速度。，大大提高了网络转发速度。(2)(2)端口多。端口多。交换机得

9、端口密度远大于网桥。交换机得端口密度远大于网桥。(3)(3)功能强大。功能强大。交换机除了转发交换机除了转发/ /过滤的功能，还有诸多管理过滤的功能，还有诸多管理功能，如网络管理协议的支持、虚拟局域网的划分等。功能，如网络管理协议的支持、虚拟局域网的划分等。（1）在）在OSI/RM网络体系结构中的工作层次不同网络体系结构中的工作层次不同 集线器工作在物理层，而交换机工作在数据链路层。更高级的交集线器工作在物理层，而交换机工作在数据链路层。更高级的交换机可以工作在第三层（网络层）、第四层（传输层）或更高层。换机可以工作在第三层（网络层）、第四层（传输层）或更高层。（2）数据传输方式不同）数据传输

10、方式不同 集线器的数据传输方式是广播（集线器的数据传输方式是广播（broadcast）方式，即所有端口）方式，即所有端口处在一个冲突域中；而交换机的数据传输一般只发生在源端口和目的处在一个冲突域中；而交换机的数据传输一般只发生在源端口和目的端口之间，即交换机的每个端口处在不同的冲突域。端口之间，即交换机的每个端口处在不同的冲突域。（3）带宽占用方式不同）带宽占用方式不同 集线器所有端口共享集线器的总带宽，而交换机的每个端口都具集线器所有端口共享集线器的总带宽，而交换机的每个端口都具有自己独立的带宽。有自己独立的带宽。（4）传输模式不同）传输模式不同 集线器采用半双工方式进行数据传输；交换机采用

11、全双工方式来集线器采用半双工方式进行数据传输；交换机采用全双工方式来传输数据。传输数据。2.1.3 交换机与集线器的主要区别交换机与集线器的主要区别2.1.3 交换机与集线器（交换机与集线器（HUB）的主要区别）的主要区别总结：总结： 交换机与集线器有着本质的不同，无论在工交换机与集线器有着本质的不同，无论在工作层次、通讯方式、传输速度和可管理性上，都作层次、通讯方式、传输速度和可管理性上，都都存在明显的差别，交换机与集线器相比具有无都存在明显的差别，交换机与集线器相比具有无与伦比的优势。目前，交换机已经成为组网中的与伦比的优势。目前，交换机已经成为组网中的普遍使用的网络连接设备，而集线器已经

12、逐渐在普遍使用的网络连接设备，而集线器已经逐渐在退出历史舞台。退出历史舞台。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从应用区域划分：广域网交换机和局域网交换机从应用区域划分：广域网交换机和局域网交换机 广域网交换机广域网交换机: 主要应用于电信领域，提供通信基础平台。主要应用于电信领域，提供通信基础平台。局域网交换机则局域网交换机则: 应用于局域网络，用于连接终端设备，应用于局域网络，用于连接终端设备，如如PC机及网络打印机等。机及网络打印机等。 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

13、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，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

14、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。 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

15、机交换机 令牌环交换机令牌环交换机 2.2.1 交换机的分类交换机的分类根据根据架构架构特点，人们还将局域网交换机分为特点，人们还将局域网交换机分为 机架式机架式 带扩展槽固定配置式带扩展槽固定配置式 不带扩展槽固定配置式不带扩展槽固定配置式 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

16、层。基于IPIP地址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

17、换机不可管理型交换机 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（

18、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。 背板带宽与端口速率背板带宽与端口速率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。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。 交换机的端口速率交换机

19、的端口速率：每秒通过的比特数。：每秒通过的比特数。 10Mbps 100Mbps 1000Mbps10000Mbps2.2.2 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

20、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： （A

21、pplication-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单单/多多MAC地址类型地址类型 单单MAC交换机交换机：每个端口只有一个：每个端口只有一个MAC地址地址 多多MAC交换机交换机：每个端口捆绑有多个：每个端口捆绑有多个MAC硬件地址硬件地址 单单MACMAC交换机主要用于连接最终用户、网络共享资源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；多络设备的网段；多MACMA

22、C交换机的每个端口可以看作是一个交换机的每个端口可以看作是一个集线器，而多集线器，而多MACMAC交换机可以看作是集线器的集线器。交换机可以看作是集线器的集线器。 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一、交换机的接口类型一、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

23、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-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

24、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100Base-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

25、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

26、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ConsoleConsole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F

27、DDI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：级联级联堆叠堆叠级联级联 是最常见的

28、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

29、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

30、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及之只有支持堆叠的交换及之间才可进行堆叠，使用专用的间才可进行堆叠，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叠接口使用一定的连接方式连接起来。接起来。 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

31、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

32、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交换式局域网的组建分为用单一交换机和交换式局域网的组建分为用单一交换机和多台交换机两种情况多台交换机两种情况最简单的局域网通常由一台交换机和若干最简单的局域网通常由一台交换机和若干台计算机组成。当单一交换机所能提供的台计算机组成。当单一交换机所能提供的端口数不能满足网

33、络需求时，必须要使用端口数不能满足网络需求时，必须要使用更多交换机更多交换机交换机之间的连接一般有两种方法：交换机之间的连接一般有两种方法：级联级联和堆叠和堆叠在较大局域网中，多台设备按照性能和用在较大局域网中，多台设备按照性能和用途一般可形成总线型，树型或星型的级联途一般可形成总线型，树型或星型的级联结构。结构。通常，级联分为双绞线端口的级联和光纤通常，级联分为双绞线端口的级联和光纤端口的级联端口的级联级联既可使用普通端口也可使用特殊的级联既可使用普通端口也可使用特殊的MDI-II端口。端口。当相互级联的两个端口分别为普通端口（即当相互级联的两个端口分别为普通端口（即MDI-X）端口和端口和

34、MDI-II端口时，应当使用直通电缆。当相互级端口时，应当使用直通电缆。当相互级联的两个端口均为普通端口（即联的两个端口均为普通端口（即MDI-X）或均为）或均为MDI-II端口时，则应当使用交叉电缆端口时，则应当使用交叉电缆无论是无论是10Base-T以太网、以太网、100Base-TX快速以太网快速以太网还是还是1000Base-T千兆以太网，级联交换机所使用的千兆以太网，级联交换机所使用的电缆长度均可达到电缆长度均可达到100米，这个长度与交换机到计算米，这个长度与交换机到计算机之间长度完全相同。因此，级联除了能够扩充端机之间长度完全相同。因此，级联除了能够扩充端口数量外，另外一个用途就

35、是快速延伸网络直径。口数量外，另外一个用途就是快速延伸网络直径。当有当有4台交换机级联时，网络跨度就可以达到台交换机级联时，网络跨度就可以达到500米米把计算机连接至集线器或交换机把计算机连接至集线器或交换机把集线器或交换机的把集线器或交换机的Uplink端口连接至另端口连接至另一集线器或交换机的普通端口一集线器或交换机的普通端口将集线器和交换机与路由器的将集线器和交换机与路由器的LAN端口相端口相连连将光收发模块与交换机、计算机和收发器将光收发模块与交换机、计算机和收发器相连相连连接网卡与交换机连接网卡与交换机原则：不同类型设备相连采用直通线原则：不同类型设备相连采用直通线两台计算机通过网卡

36、直连两台计算机通过网卡直连以级联方式将集线器或交换机的普通端口以级联方式将集线器或交换机的普通端口连接到一起连接到一起总体原则：相同类型设备进行连接时采用总体原则：相同类型设备进行连接时采用交叉线交叉线某些集线器或交换机的某些集线器或交换机的RJ-45端口拥有识别端口拥有识别功能，可以自动判断另一端所连接设备的功能，可以自动判断另一端所连接设备的类型，并自动实现类型，并自动实现MDI/MDI-II间的切换间的切换集线器或交换机的特定端口拥有集线器或交换机的特定端口拥有MDI/MDI-II开关，可通过拨动该开关选择使用直通线开关，可通过拨动该开关选择使用直通线或交叉线与其他设备连接或交叉线与其他

37、设备连接用户可通过查看说明书，查看连接端口，用户可通过查看说明书，查看连接端口，实际测试等方法判断集线器或交换机是否实际测试等方法判断集线器或交换机是否需要交叉线连接需要交叉线连接光纤端口的级联是交换机独有的级联方式光纤端口的级联是交换机独有的级联方式由于光纤端口的价格仍然非常昂贵，所以，由于光纤端口的价格仍然非常昂贵，所以，光纤主要被用于核心交换机和骨干交换机光纤主要被用于核心交换机和骨干交换机之间连接，或被用于骨干交换机之间的级之间连接，或被用于骨干交换机之间的级联。联。需要注意的是，光纤端口均没有堆叠的能需要注意的是，光纤端口均没有堆叠的能力，只能被用于级联。力，只能被用于级联。所有交换

38、机的光纤端口都是所有交换机的光纤端口都是2个，分别是一个，分别是一发一收。光纤跳线也必须是发一收。光纤跳线也必须是2根。当交换机根。当交换机通过光纤端口级联时，必须将光纤跳线两通过光纤端口级联时，必须将光纤跳线两端的收发对调，当一端接端的收发对调，当一端接“收收”时，另一时，另一端接端接“发发”。同理，当一端接。同理，当一端接“发发”时，时，另一端接另一端接“收收”提供堆叠接口的交换机之间可以通过专用的堆叠提供堆叠接口的交换机之间可以通过专用的堆叠线连接起来。线连接起来。通常，堆叠的带宽是交换机端口速率的几十倍，通常，堆叠的带宽是交换机端口速率的几十倍，例如，一台例如，一台100Mbps交换机

39、，堆叠后两台交换机交换机，堆叠后两台交换机之间的带宽可以达到几百兆甚至上千兆。之间的带宽可以达到几百兆甚至上千兆。多台交换机的堆叠是靠一个提供背板总线带宽的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联实现的，多口堆叠母模块与单口的堆叠子模块相联实现的，并插入不同的交换机实现交换机的堆叠。并插入不同的交换机实现交换机的堆叠。并不是所有的交换机都支持堆叠的，这取决于交并不是所有的交换机都支持堆叠的，这取决于交换机的品牌、甚至是型号是否支持堆叠。换机的品牌、甚至是型号是否支持堆叠。不同厂商的设备之间不能混合堆叠不同厂商的设备之间不能混合堆叠交换机的堆叠是扩展端口最快

40、捷、最便利的方式。交换机的堆叠是扩展端口最快捷、最便利的方式。堆叠的优点主要包括以下几个方面：堆叠的优点主要包括以下几个方面：高密度端口高密度端口 不同品牌的交换机支持堆叠的层数有所不同，不同品牌的交换机支持堆叠的层数有所不同，一般情况下，最少可堆叠一般情况下，最少可堆叠2层，而最多可堆叠至层，而最多可堆叠至8层，层，因此，可在一个狭小的空间内为密集的计算机网络因此，可在一个狭小的空间内为密集的计算机网络提供上百个端口。提供上百个端口。便于管理便于管理 一个叠堆的若干台交换机可视为一台交换机进一个叠堆的若干台交换机可视为一台交换机进行管理，只需赋予其行管理，只需赋予其1个个IP地址，即可通过该

41、地址，即可通过该IP地址地址对所有的交换机进行管理，从而大大减少了管理的对所有的交换机进行管理，从而大大减少了管理的强度和难度，极大地节约了管理成本。强度和难度，极大地节约了管理成本。1 硬件连接方式硬件连接方式通过厂家提供的一条专用堆叠电缆，从一通过厂家提供的一条专用堆叠电缆，从一台交换机的台交换机的“UP”堆叠端口直接连接到另堆叠端口直接连接到另一台交换机的一台交换机的“DOWN”堆叠端口，以实堆叠端口，以实现单台交换机端口数的扩充现单台交换机端口数的扩充主要有两种，菊花链式和星型模式主要有两种，菊花链式和星型模式（1）菊花链式堆叠）菊花链式堆叠菊花链式堆叠是一种基于级联结构的堆叠菊花链式

42、堆叠是一种基于级联结构的堆叠技术，对交换机硬件上没有特殊的要求，技术，对交换机硬件上没有特殊的要求，通过相对高速的端口串接和软件的支持，通过相对高速的端口串接和软件的支持，最终实现构建一个多交换机的层叠结构最终实现构建一个多交换机的层叠结构堆叠时，每台交换机都有两个堆叠接口，堆叠时，每台交换机都有两个堆叠接口，通过堆叠电缆和相邻的交换机堆叠接口相通过堆叠电缆和相邻的交换机堆叠接口相连。连。要实现链路冗余可将最要实现链路冗余可将最后一台交换机后一台交换机的的”UP“UP“接口与第一台接口与第一台交换机的交换机的”DOWN“DOWN“接口接口相连，形成环路相连，形成环路环路可以实现冗余环路可以实现

43、冗余, ,但但也会带来广播风暴，任也会带来广播风暴，任何两台成员交换机之间何两台成员交换机之间的数据交换都需绕环一的数据交换都需绕环一周，经过所有交换机的周，经过所有交换机的交换端口，效率较低交换端口，效率较低菊花链式堆叠的层数一般不应超过菊花链式堆叠的层数一般不应超过4 4层层星型堆叠技术是一种高级堆叠技术，对交星型堆叠技术是一种高级堆叠技术，对交换机而言，需要提供一个独立的或者集成换机而言，需要提供一个独立的或者集成的高速交换中心（的高速交换中心（堆叠中心堆叠中心），所有的堆），所有的堆叠主机通过专用的（也可以是通用的高速叠主机通过专用的（也可以是通用的高速端口）高速堆叠端口上行到统一的堆

44、叠中端口）高速堆叠端口上行到统一的堆叠中心，堆叠中心一般是一个基于专用心，堆叠中心一般是一个基于专用ASIC的的硬件交换单元，根据其交换容量，带宽一硬件交换单元，根据其交换容量，带宽一般在般在1032G之间，其之间，其ASIC交换容量限制交换容量限制了堆叠的层数了堆叠的层数星型堆叠连接图星型堆叠连接图星型堆叠需要一个主交换机，其他是从交星型堆叠需要一个主交换机，其他是从交换机，每台从交换机都通过堆叠接口或模换机，每台从交换机都通过堆叠接口或模块与主交换机相连，这种方式要求主交换块与主交换机相连，这种方式要求主交换机的交换容量要比从交换机大机的交换容量要比从交换机大星型模式克服了菊花链模式多层次

45、转发时星型模式克服了菊花链模式多层次转发时的高时延影响，但需要提供高带宽堆叠中的高时延影响，但需要提供高带宽堆叠中心，成本较高，且堆叠中心接口一般不具心，成本较高，且堆叠中心接口一般不具有通用性，无论是堆叠中心还是成员交换有通用性，无论是堆叠中心还是成员交换机的堆叠接口，都不能用来连接其他网络机的堆叠接口，都不能用来连接其他网络设备设备并不是所有的交换机都支持堆叠的，这取决于交并不是所有的交换机都支持堆叠的，这取决于交换机的品牌、型号是否支持堆叠换机的品牌、型号是否支持堆叠;并且还需要使用并且还需要使用专门的堆叠电缆和堆叠模块专门的堆叠电缆和堆叠模块有些交换机只允许同型号的交换机进行堆叠有些交

46、换机只允许同型号的交换机进行堆叠了解交换机的最大堆叠级数，由此决定堆叠后交了解交换机的最大堆叠级数，由此决定堆叠后交换机最多支持的端口数换机最多支持的端口数由于厂家提供的堆叠连接电缆一般都在由于厂家提供的堆叠连接电缆一般都在1M左右，左右，故只能在很近的距离内使用堆叠功能故只能在很近的距离内使用堆叠功能进行堆叠各交换机的软件版本应保持一致。进行堆叠各交换机的软件版本应保持一致。堆叠后的交换机可整体视为一个交换机来进行管堆叠后的交换机可整体视为一个交换机来进行管理理级联是通过集线器的某个端口与其它集线级联是通过集线器的某个端口与其它集线器相连的，如使用一个集线器器相连的，如使用一个集线器UPLI

47、NK口到口到另一个的普通端口；另一个的普通端口；而堆叠是通过集线器的背板连接起来的，而堆叠是通过集线器的背板连接起来的，它是一种建立在芯片级上的连接，如它是一种建立在芯片级上的连接，如2个个24口交换机堆叠起来的效果就像是一个口交换机堆叠起来的效果就像是一个48口口的交换机，优点是不会产生瓶颈的问题的交换机，优点是不会产生瓶颈的问题堆叠和级联是多台交换机或集线器连接在一起的两堆叠和级联是多台交换机或集线器连接在一起的两种方式。它们的主要目的是增加端口密度。但它们种方式。它们的主要目的是增加端口密度。但它们的实现方法是不同的。的实现方法是不同的。级联可通过一根双绞线在任何网络设备厂家的交换级联可

48、通过一根双绞线在任何网络设备厂家的交换机之间，集线器之间，或交换机与集线器之间完成机之间，集线器之间，或交换机与集线器之间完成；而堆叠只有在自己厂家的设备之间，且此设备必须而堆叠只有在自己厂家的设备之间，且此设备必须具有堆叠功能才可实现。具有堆叠功能才可实现。级联只需单做一根双绞线级联只需单做一根双绞线( (或其他媒介或其他媒介) )；堆叠需要堆叠需要专用的堆叠模块和堆叠线缆，而这些设备可能需要专用的堆叠模块和堆叠线缆，而这些设备可能需要单独购买。单独购买。交换机的级联在理论上是没有级联个数限制的而堆交换机的级联在理论上是没有级联个数限制的而堆叠各个厂家的设备会标明最大堆叠个数叠各个厂家的设备

49、会标明最大堆叠个数级联相对容易，但堆叠这种技术有级联不可达到的级联相对容易，但堆叠这种技术有级联不可达到的优势。首先，多台交换机堆叠在一起，从逻辑上来优势。首先，多台交换机堆叠在一起，从逻辑上来说，它们属于同一个设备。这样，如果你想对这几说，它们属于同一个设备。这样，如果你想对这几台交换机进行设置，只要连接到任何一台设备上，台交换机进行设置，只要连接到任何一台设备上，就可看到堆叠中的其他交换机。而级联的设备逻辑就可看到堆叠中的其他交换机。而级联的设备逻辑上是独立的，如果想要网管这些设备，必须依次连上是独立的，如果想要网管这些设备，必须依次连接到每个设备接到每个设备多个设备级联会产生级联瓶颈。例

50、如，两个百兆交多个设备级联会产生级联瓶颈。例如，两个百兆交换机通过一根双绞线级联，则它们的级联带宽是百换机通过一根双绞线级联，则它们的级联带宽是百兆。这样不同交换机之间的计算机要通讯，都只能兆。这样不同交换机之间的计算机要通讯，都只能通过这百兆带宽。而两个交换机通过堆叠连接在一通过这百兆带宽。而两个交换机通过堆叠连接在一起，堆叠线缆将能提供高于起，堆叠线缆将能提供高于1G的背板带宽，极大地的背板带宽，极大地减低了瓶颈。减低了瓶颈。级联还有一个堆叠达不到的目的，是增加连级联还有一个堆叠达不到的目的，是增加连接距离。比如，一台计算机离交换机较远，接距离。比如，一台计算机离交换机较远，超过了单根双绞

51、线的最长距离超过了单根双绞线的最长距离100米，则可米，则可在中间再放置一台交换机，使计算机与此交在中间再放置一台交换机，使计算机与此交换机相连。换机相连。堆叠线缆最长也只有几米，所以堆叠时应予堆叠线缆最长也只有几米，所以堆叠时应予考虑。考虑。 堆叠和级联各有优点，在实际的方案设计中堆叠和级联各有优点，在实际的方案设计中经常同时出现，可灵活应用经常同时出现，可灵活应用2.4 2.4 虚拟局域网和多层交换虚拟局域网和多层交换2.4.1 虚拟局域网虚拟局域网(VLAN)概念：概念： VLAN(Visual Local Area Network)VLAN(Visual Local Area Netw

52、ork)，即虚拟局域网，即虚拟局域网，是指网络中的站点不拘泥于所处的物理位置，而可以根据需是指网络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。要灵活地加入不同的逻辑子网中的一种网络技术。 特点：特点： 在交换式以太网中，构成虚拟局域网的站点不必拘泥在交换式以太网中，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，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。的划分变得非常灵活。 虚拟局域网的划分方法

53、：虚拟局域网的划分方法：2.4.1 虚拟局域网虚拟局域网(VLAN)基于端口的虚拟局域网基于端口的虚拟局域网基于基于MAC地址地址(网卡的硬件地址网卡的硬件地址)的虚拟局域网的虚拟局域网基于基于IP地址的虚拟局域网地址的虚拟局域网基于端口的虚拟局域网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。处于同一个虚拟局域网的端口来确定虚拟局域网的定义。处于同一个虚拟局域网的成员端口可以位于一台交换机上，也可

54、以位于不同交换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。机上的端口。定义简单、灵活。 2.4.1 虚拟局域网虚拟局域网(VLAN)基于基于MAC地址的虚拟局域网地址的虚拟局域网 在基于在基于MACMAC地址的虚拟局域网中，交换机对站点的地址的虚拟局域网中，交换机对站点的MACMAC地址和交换机端口进行跟踪，在新站点入网时根据需要将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，由于其移动，由于其MACMAC地址保持不变，因而其依然属于原来的地址保持不变

55、，因而其依然属于原来的局域网。局域网。2.4.1 虚拟局域网虚拟局域网(VLAN)基于基于IP地址的虚拟局域网地址的虚拟局域网 在基于在基于IPIP地址的虚拟局域网中，新站点在入网时无需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。分成不同的虚拟局域网。 在三种虚拟局域网的实现技术中，基于在三种虚拟局域网的实现技术中，基于IPIP地址的虚拟地址的虚拟局域网智能化程度最高，实现起来也最复杂局域网智能化程度最高，实现起来也最复杂 。 2.4.1 虚拟局域网虚拟局域网(VLAN)2.4.

56、2 三层交换三层交换概念概念 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

57、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。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。 2.4.2 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

58、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

59、三层交换机有“记忆记忆”路由的功能。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

60、据包发往路由处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。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。类型：类型：纯硬件纯硬件和和纯软件纯软件两大类两大类 2.4.2 三层交换三层交换2.4.3 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