交换机的基本原理课案

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1、 第一章 交换机的基本配置和使用 路由和交换 基 本 原 理 1 交换机基本原理 交换机的主要参数 交换机的 基本配置 和使用 交换机的选型 本 课 目 录 华为交换机产品及外观介绍 2 华为交换机产品及外观介绍 目前市场常用数据通信产品品牌有： Cisco（思科）、 Huawei（华为）、 3COM（三康）、 D-Link、 TP-Link、 RuiJie（锐捷）、 神州数码、 H3C（华三） 等。 3 华为交换机产品及外观介绍 华三 H3C 交换 机产 品线 4 华为交换机产品及外观介绍 交换机外观 5 交换机基本原理 交换机工作在OSI的第二层，可以 看作是一台多端口的网桥，为所连接 的

2、两台设备提供一条独享的点到点的 虚电路。 交换机可以工作在全双工模式下 。 6 交换机基本原理 交换机的英文名称为“Switch”，它是 集线器的升级换代产品，采用与集线器 不同的工作原理。如果从产品的外观上 来看，交换机与常用的集线器基本上没 有多大区别，一般都是一个金属外壳的 扁形长方体，在面板上有多个RJ-45接口 。 通常交换机应该具备以下基本的功 能：物理编址、错误校验（一般情况下 采用的是CRC校验方法）、帧序列以及流 量控制等。 7 交换机基本原理 交换机内部拥有一条很高带宽的背板总线、 工作时使用的存储器、内部交换矩阵电路和其 它相关控制机构。交换机这种方式我们可以明 显地看出

3、一方面效率高，不会浪费网络资源， 只是对目的地址发送数据，一般来说不易产生 网络堵塞；另一个方面数据传输安全，因为它 不是对所有节点都同时发送，发送数据时其它 节点很难侦听到所发送的信息。这也是交换机 为什么会很快取代集线器的重要原因之一。 8 交换机基本原理 交换机与集线器的区别： 1.在OSI参考模型中的工作层次不同。集线器 一般是工作在物理层，目前较为普通的交换机 至少是工作在第二层，更高级的交换机可以工 作在网络层和传输层。 2.交换机的数据传输方式不同。集线器的数据 传输方式是广播（broadcast）方式，而交换 机是点对点的数据发送。 3.带宽占用方式不同。在带宽占用方面，集线

4、器所有端口是共享集线器的总带宽，而交换机 的每个端口都具有自己的带宽。 4.传输模式不同。集线器只能采用半双工方式 进行传输的，因为集线器是共享传输介质的。 9 地址学习 帧的转发/过滤 回路防止 交换机的三个功能 交换机基本原理 10 交换机如何学习主机的位置 最初开机时MAC地址表是空的 MAC地址表 0260.8c01.1111 0260.8c01.2222 0260.8c01.3333 0260.8c01.4444 E0E1 E2E3 AB CD 交换机基本原理 11 交换机如何学习主机的位置 主机A发送数据帧给主机C 交换机通过学习数据帧的源MAC地址，记录下主机A的 MAC地址 对

5、应端口E0 该数据帧转发到除端口E0以外的其它所有端口 (不清楚 目标主机的单点传送用泛洪方式) 0260.8c01.1111 0260.8c01.2222 0260.8c01.3333 0260.8c01.4444 E0: 0260.8c01.1111 E0E1 E2E3 DC BA MAC地址表 交换机基本原理 12 交换机如何学习主机的位置 主机D发送数据帧给主机C 交换机通过学习数据帧的源MAC地址，记录下主机D的 MAC地址对应端口E03 该数据帧转发到除端口E3以外的其它所有端口 (不清楚目标 主机的单点传送用泛洪方式) 0260.8c01.1111 0260.8c01.2222

6、0260.8c01.3333 0260.8c01.4444 E0: 0260.8c01.1111 E3: 0260.8c01.4444 E0E1 E2E3 DC AB MAC地址表 交换机基本原理 13 交换机如何过滤帧 交换机A发送数据帧给主机C 在地址表中有目标主机，数据帧不会泛洪而 直接转发 E0: 0260.8c01.1111 E2: 0260.8c01.2222 E1: 0260.8c01.3333 E3: 0260.8c01.4444 0260.8c01.1111 0260.8c01.2222 0260.8c01.3333 0260.8c01.4444 E0E1 E2E3 X X

7、DC AB MAC地址表 交换机基本原理 14 主机D发送广播帧或多点帧 广播帧或多点帧泛洪到除源端口外的所有端口 0260.8c01.1111 0260.8c01.2222 0260.8c01.3333 0260.8c01.4444 E0E1 E2E3 DC AB E0: 0260.8c01.1111 E2: 0260.8c01.2222 E1: 0260.8c01.3333 E3: 0260.8c01.4444 广播帧和多点传送帧 MAC地址表 交换机基本原理 15 交换机的主要参数 目前市场上的交换机品种繁多，应 用技术不同，价格差异较大，不同的交 换机所能提供的性能也不一样，不同的 技

8、术应用影响着企业网络的整体性能。 目前交换机的主要参数有： 16 交换机的主要参数 1.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。 17 交换机的主要参数 1.MAC地址表 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。不 同档次的交换机每个端口所能够支持 的MAC数量不同。在交换机的每个端 口，都需要足够的缓存来记忆这些 MAC地址，缓存容

9、量的大小就决定了 相应交换机所能记忆的MAC地址数量 的多少。越是高档的交换机能记住的 MAC地址数量就越多。 18 交换机的主要参数 2.端口类型 端口类型是指交换机上提供的端口是以太网、 令牌环、FDDI还是ATM等类型，一般来说 固定端口交换机只有单一类型的端口，适合 中小企业或个人用户使用，而模块化交换机 由于可以有不同介质类型的模块可供选择， 端口类型更为丰富，这类交换机适合部门级 以上级别用户选择。快速以太网交换机端口 类型一般包括10Base-T、100Base-TX、 100Base-FX，其中10Base-T和100Base- TX一般是由10M/100M自适应端口提供。 1

10、9 交换机的主要参数 3.端口数量 交换机设备的端口数量是交换机最直观的衡量 因素，通常此参数是针对固定端口交换机而 言，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 。 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 于小型企业网络、管理子系统和工作区子系 统环境。 20 交换机的主要参数 4.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。 全双工的好处在于迟延小，速度快。目 前的

11、交换机都支持全双工。 21 交换机的主要参数 5.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10Mbps、 100Mbps、1000Mbps等几类。除此 之外还有10GMbps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。 22 交换机的主要参数 6.模块化插槽数 模块化插槽数量是针对模块化交换机而言。模 块化插槽数量就是指模块化交换机所能安插 的最大模块数。在模块化交换机中，为用户

12、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。 模块化交换机配备了多个空闲的插槽，用户可 选择不同数量、不同速率和不同接口类型的 模块，以适应千变万化的网络需求。但拥有 更大的灵活性和可扩充性。像这样模块化交 换机的端口数量就取决于模块的数量和插槽 的数量。 23 交换机的主要参数 7.交换方式 目前交换机在传送源和目的端口的数据包时通 常采用直通式交换、存储转发式和碎片隔离 方式三种数据包交换方式。目前的存储转发 式是交换机的主流交换方式。 直通交换方式。采用直通交换方式的以太网交 换机在输入端口检测到一个数据帧时，检查 该帧的包头，获取帧的目的

13、地址，启动内部 的动态查找表转换成相应的输出端口，在输 入与输出交叉处接通，把数据帧直通到相应 的端口，实现交换功能。由于它只检查数据 帧的包头（通常只检查14个字节），不需要 存储，所以切入方式具有延迟小，交换速度 快的优点。 24 交换机的主要参数 8.背板带宽 交换机的背板带宽也叫交换带宽，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，它决定着交换机的数据处理能 力。背板带宽标志了交换机总的数据交换能 力，一台交换机的背板带宽越高，所能处理 数据的能力就越强，但同时设计成本也会越 高。交换机上所有端口能提供的总带宽计算 公式为端口数相应端口速率2（全双工模 式）。例如一

14、台16口的10M/100Mbps交换 机的总带宽16100Mbps23.2Gbps。 如果总带宽小于等于标称背板带宽，那么在 背板带宽上是线速的。 25 交换机的主要参数 9.转发速率 转发速率也称吞吐量，是指交换机每秒钟 接收数据位并通过合适的端口发送出去 的最大数据位数。就相当于一座立交桥 每秒钟能通过的车辆的流量。它是交换 机的一个重要参数，标志着交换机的具 体性能。交换机的转发速率=千兆端口数 量1.488Mpps+百兆端口数量 *0.1488Mpps。因为包转发线速的衡量 标准是以单位时间内发送64byte的数据 包（最小包）的个数作为计算基准的。 26 交换机的主要参数 10.VL

15、AN支持 VLAN是一种将局域网设备从逻辑上划分成一 个个更小的局域网，从而实现虚拟工作组的 数据交换技术。这种技术可以实现端口的分 隔，即便在同一个交换机上，处于不同 VLAN的端口也是不能通信的。它还有利于 网络的安全，不同VLAN不能直接通信，杜 绝了广播信息的不安全性。第三个优势是可 以进行灵活的管理，更改用户所属的网络不 必换端口和连线，只更改软件配置就可以了 。 VLAN能将网络划分为多个广播域，从而有效 地控制广播风暴的发生；可以用于控制网络 中不同部门、不同站点之间的互相访问。 27 交换机的主要参数 11.延扩方式 当一个网络需要的端口数量不能被一台 交换机满足时，可以通过两

16、种方式来 扩展交换机的端口：级联和堆叠。 级联是指使用普通的线缆将两台或两台 以上的交换机连接在一起，实现相互 之间的通讯。能级联的交换机的前面 板上通常有一个Up-Link口，这就是和 上级设备级联的地方。级联的设备是 上下级关系，下级设备的所有端口共 享着和上级连接的端口的带宽。 28 交换机的主要参数 12.端口聚合 端口聚合它可将多物理连接当作一个单一的逻 辑连接来处理，它允许两个交换器之间通过 多个端口并行连接同时传输数据以提供更高 的带宽、更大的吞吐量和可恢复性的技术。 将多个物理链路捆绑在一起后，还可以同时 经由被绑定的多个物理链路传输，具有链路 冗余的作用。一般来说，两个普通交换器连 接的最大带宽取决于媒介的连接速度（ 100BASE-TX双绞线为200M），而使用端 口聚合技术可以将4个200M的端口捆绑后成 为一个高达800M