01交换机基础.ppt

1、第一章 交换机的配置与管理1 交换机基础,主讲：王毅 E-mail:,交换机/路由器配置课程,2,重难点,重点： 交换机的分类 交换机的基本配置 难点： 交换机的基本配置,3,交换机工作原理 交换机分类,1 交换机的基本配置,1.1.1交换机的功能,1. 连接设备,所谓局域网络（Network），简单地说，其实就是若干计算机的集合。而这些计算机就是借助交换机才能相互连接在一起，因此，交换机往往拥有数量众多的端口（通常为848个端口）。,Cisco Catalyst 2950系列网络交换机,交换机最主要功能就是连接计算机、服务器、网络打印机、网络摄像头、IP电话等终端设备，并实现与其他交换机、无

2、线接入点、路由器等网络设备的互联，从而构建局域网络，实现所有设备之间的通讯。,交换机与终端设备和网络设备的连接,2. 隔离碰撞,由集线器构建的网络是一个低效率的广播网络。对于集线器而言，它对连接到自己身上的电脑一点儿也不认识，它的任务就是将一个端口传来的数据广播到其它所有的端口上。,如果网络中拥有大量的用户、繁忙的应用程序和各式各样的服务器，那么，整个网络的性能可能会非常低。交换机也可以将网络“分段”。交换机的每个端口就是一个“碰撞”域，可以将碰撞有效地隔离在每个端口内，只允许必要的网络流量通过交换机。同时，通过交换机的过滤和转发，可以有效的隔离广播风暴，减少误包和错包的出现，避免共享冲突。,

3、隔离碰撞域,1.1.2 交换机与交换式网络,我们可以形象地把计算机比喻为写字楼或工厂，网络布线比喻为城市马路或高速公路，网络应用比喻为不同类型的汽车，各种数据则是装在这些汽车上的货物，而交换机就是连接来自所有道路的立交桥。,由交换机构建的局域网络，计算机之间的通讯也是同时进行，彼此不受影响干扰，并且每个通讯都可以“独享”带宽，即拥有端口所能提供的传输速率。 这就好像在限速80千米/小时的立交桥上，每辆车都可以占用一个车道，都可以跑到80千米/小时。例如：6台计算机同时通讯的情形。,计算机同时通讯,由交换机构建的网络称为“交换式网络”。交换式网络的工作模式通常为“全双工”（Full Duplex

4、），即终端设备可以同时接收和发送数据，数据流是双向的 。对于100Mbps端口而言，在全双工工作模式下，接收和发送数据的速率均为100Mbps，总带宽即可达到200Mbps；对于1000Mbps端口而言，在全双工工作模式下，接收和发送数据的速率均为1000Mbps，总带宽即可达到2000Mbps。,全双工示意图,交换机的工作原理,交换机位于OSI模型中的链路层（即第2层），是一种基于MAC地址（Media Access Control，介质访问控制）识别，完成数据的封装和转发的网络设备。交换机可以“学习”MAC地址，并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的交换路

5、径，使数据帧直接由源地址到达目的地址。,交换机的工作过程：,1. 某个端口收到数据包读取源MAC地址建立源端口与源MAC地址的对应关系添加至地址表。 交换机能够自动根据收到的以太网帧中的源MAC地址更新地址表的内容。交换机使用的时间越长，学习到的MAC地址就越多，未知的MAC地址就越少，因而广播的包就越少（目的MAC地址未知，则作广播处理），处理速度就越快。 2.读取包头中的目的MAC地址，并在地址表中查找相应的端口。,3.如果地址表中有与这目的MAC地址对应的端口，把数据包直接复制到这端口上。由于不是将该帧发送到所有端口，从而使那些既非源端口又非目的端口的端口间仍然可以进行相互间的通信，从而

6、提供了更高的传输速率。 4.如果在MAC地址表中没有找到该MAC地址，则将该帧发送到所有其它端口（源端口除外）。拥有该MAC地址的网卡在接收到该广播帧后，将立即做出应答，从而使交换机将“端口号-MAC地址”对照表添加到地址表。 重复上述过程，逐步学习和记忆MAC地址。,交换机的工作过程：,19,1.1 Internet Explorer浏览器的使用,微软公司推出的Internet Explorer是一套功能强大的Internet 应用软件，它不仅是一个单纯的WWW浏览器，而是一套多功能的Internet应用程序。 现在最新版本IE9.0,20,交换机工作原理 交换机分类 交换机的基本配置,1

7、交换机的基本配置,21,交换机的主要参数,1.MAC地址表 2.端口类型 3.端口数量 4.传输模式 5.传输速率 6.模块化插槽数 7.交换方式 8.背板带宽 9.转发速率 10. VLAN支持 11.延扩方式12.端口聚合 13.三层交换 14.管理功能,22,MAC地址表,交换机可以识别连在网络上的节点的网卡MAC地址，并把它们保存到MAC地址表里。这个MAC地址表存放于交换机的缓存中，并记住这些地址，当需要向目的地址发送数据时，交换机就可在MAC地址表中查找这个MAC地址的节点位置，然后直接向这个位置的节点发送。所谓MAC地址数量是指交换机的MAC地址表中可以最多存储的MAC地址数量，

8、存储的MAC地址数量越多，那么数据转发的速度和效率也就就越高。 但是不同档次的交换机每个端口所能够支持的MAC数量不同。,23,端口类型,交换机常见的端口有4种类型，即光纤端口、双绞线端口、GBIC插槽或SFP插槽。,24,端口数量,常见的标准的固定端口交换机端口数有8、16、24、48等以8的倍数提供端口几种。非标准的端口数主要有：4端口，5端口、10端口、12端口、20端口、22端口和32端口等。 固定端口交换机虽然价格相对便宜，但由于它只能提供有限的端口和固定类型的接口，无论从可连接的用户数量上，还是所从可使用的传输介质上来讲都具有一定的局限性，但这种交换机在工作组中应用较多，一般适用于

9、小型企业网络、管理子系统和工作区子系统环境。,25,传输模式,传输模式有全双工、半双工、全双工/半双工自适应等三种模式。 半双工是指数据通信的两端在一个时间点上只能进行数据接收和发送的其中一种操作，要么处于数据发送状态，要么处于数据接收状态。这种传输模式效率相对较低，已基本退出市场。 交换机的全双工是指交换机在发送数据的同时也能够接收数据，两者同步进行，这好像进行电话交流的两端，说话的同时也能够听到对方的声音。全双工的好处在于迟延小，速度快。目前的交换机都支持全双工。,26,传输速率,交换机的传输速度是指交换机端口的数据交换速度。目前常见的有100Mbps、1Gbps等几类。除此之外还有10G

10、bps交换机，但目前市场供给很少。 10M/100Mbps自适应交换机适合工作组级别使用，纯100Mbps或1000Mbps交换机一般应用在部门级以上的应用或骨干级别的应用当中。10GMbps的交换机主要用在电信等骨干网络上，其他应用很少涉及到。,27,模块化插槽数,在模块化交换机中，为用户预留了不同数量的空余插槽，以方便用户扩充各种接口，预留的插槽越多，用户扩充的余地就越大。 这类交换机通常用在企业的信息中心或一幢建筑物的设备间子系统。,28,模块类型：毫无疑问，支持的模块类型（如LAN接口模块、WAN接口模块、ATM接口模块、扩展功能模块等）越多，交换机的可扩展性越强。仅以局域网接口模块为

11、例，就应当包括RJ-45模块、GBIC（Giga Bitrate Interface Converter）模块、SFP（Small Form Pluggable）模块、10Gbps模块等等，以适应大中型网络中复杂环境和网络应用的需求。,29,如图所示Cisco Catalyst 6513交换机拥有13个插槽，并且支持的模块类型有几十款，具有非常大的可扩展性，可适用于各种复杂的网络环境，并可满足各种网络应用需求，因此，非常适宜充当大中型网络中的核心交换机。,30,交换方式,1、直通转发模式 2、存储转发模式 3、准直通转发模式 4、智能交换模式,31,直通转发模式, 读取数据包的目的地址 查询并

12、得到端口目的地址 交换到目的端口,32,存储转发模式,数据包进入RAM时读取其目的地址 整个数据包进入RAM，计算CRC 得到端口目的地址 将数据包从RAM转发到目的端口,33,准直通转发模式,准直通转发模式，只转发长度至少为512 bit（64字节）的帧。既然所有残帧的长度都小于512比特的长度，那么，该种转发模式自然也就避免了残帧的转发。 为了实现该功能，准直通转发交换机使用了一种特殊的缓存。这种缓存是一种先进先出的FIFO，比特从一端进入然后再以同样的顺序从另一端出来。如果帧以小于512比特的长度结束，那么FIFO中的内容（残帧）就会被丢弃。因此，它是一个非常好的解决方案，也是目前大多数

13、交换机使用的直通转发方式。,34,智能交换模式,智能交换模式（Intelligent），是指交换机能够根据所监控网络中错误包传输的数量，自动智能地改变转发模式。如果堆栈发觉每秒错误少于20个，将自动采用直通式转发模式；如果堆栈发觉每秒错误大于20个或更多，将自动采用存储转发模式，直到返回的错误数量为0时，再切换回直通式转发模式。,35,背板带宽,带宽是交换机接口处理器或接口卡和数据总线间所能吞吐的最大数据量，就像是立交桥所拥有的车道的总和。 带宽越大，提供给各端口的可用带宽越大，数据交换速度越快。即背板带宽决定着交换机的数据处理能力，背板带宽越高，所能处理数据的能力就越强。因此背板带宽越大越好

14、。若欲实现网络的双全工无阻塞传输，必须满足最小背板带宽的要求。,36,背板带宽,背板带宽计算公式如下： 背板带宽=端口数量*端口速率*2 Cisco Catalyst 6500系列交换机依据插槽数量的不同，其背板带宽分别为32Gbps、256Gbps和720Gbps。根据上述公式计算，256Gbps的背板只能满足128个1000Mbps端口的无阻塞并发传输。同理，由于Cisco Catalyst 4506系列交换机的背板带宽仅为64Gbps，因此，也就只能满足32个1000Mbps端口的无阻塞并发传输 。,37,转发速率,包转发线速的衡量标准是以单位时间内发送64byte的数据包（最小包）的个

15、数作为计算基准的。以千兆以太网端口为例，其计算方法如下：1 000 000 000 bps/ 8bit /（64812）byte = 1 488 095pps 当以太网帧为64byte时，需考虑8byte的帧头和12byte的帧间隙的固定开销。由此可见，线速的千兆以太网端口的包转发率为1.488Mpps。而快速以太网的线速端口包转发率，则为千兆以太网的十分之一，即0.1488Mpps。,38,例如，对于一台拥有24个千兆端口的交换机而言，其满配置吞吐量应达到 81.488Mpps = 35.71Mpps，才能够确保在所有端口均线速工作时，实现无阻塞的包交换。同样，如果一台交换机最多能够提供17

16、6个千兆端口，那么，其吞吐量至少应当为261.8Mpps（176 x 1.488Mpps = 261.8），才是真正的无阻塞结构设计。,39,下图为充当中小型网络核心层的Cisco Catalyst 4500系列交换机，依据所采用超级引擎的不同，其转发速率分别为48Mpps、75Mpps和102Mpps。对于Cisco Catalyst 4510R而言，尽管最多可以支持384个1000Mbps端口和2个10Gbps端口，但是，若欲实现线速转发，其端口组合应当为2个10Gbps端口+48个1000Mbps端口；或者68个1000Mbps端口。,40,下图为用于充当大中型网络核心层的Cisco 6

17、500系列交换机，依据所采用的超级引擎不同，其最大转发速率分别为15 Mpps、210 Mpps和400 Mpps。以Cisco 6509为例，尽管最多可以支持32个10Gbps端口或386个1000Mbps端口，但是，即使采用性能最好的超级引擎Supervisor Engine 720，400Mbps的转发速率也只能支持26个10Gbps端口，或者268个1000Mbps端口的线速转发。,41,VLAN的意义和作用 （1）控制广播 （2）增强安全性 （3）网络监督和管理的自动化 （4）降低移动和变更的管理成本,2.VLAN的类型及适用 （1）基于端口的VLAN （2）基于MAC的VLAN （

18、3）基于IP的VLAN （4）基于组播的VLAN,VLAN支持,42,基于端口的VLAN,43,跨越交换机的VLAN与Trunk,44,基于MAC地址的VLAN,45,VLAN的局限性 （1）VLAN的限制 （2）复杂的STP （3）IP地址的紧缺 （4）路由的限制,46,PVLAN技术(私有虚拟网技),47,交换机扩展端口听方式有两种，一是级联，二是堆叠。 Cisco Catalyst 2950/2960系列、Catalyst 3550/3560系列和Catalyst 3750系列交换机，都是既支持级联又支持堆叠。,延扩方式,48,Cisco Catalyst 3560系列交换机,49,端口聚合,也叫链路汇聚，是将多台设备之间的多条物理链路捆绑为一个逻辑链路，使得该逻辑链路的容量为所有物理链路的容量之和。同时，当其中一条物理链路中断时，整个逻辑链路不会中断，大大地提高了网络连接的可靠性。,端口聚合,50,VLAN间借助三层交换机通信,第三层交换技术,51,第三层交换技术的强大功能表现在： 根据第三层协议对路由进行计算，其支持路由协议包括RIP（路由选择信息协议）和OSPF（开放最短路径优先）等。 支持IGMP（Internet组管理协议）、DVMRP（距离矢量组播路由选择协议）等各种常用