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1、长治职业技术学院信息工程系毕业设计摘 要 1993年，局域网交换设备出现，1994年，国内掀起了交换网络技术的热潮。其实，交换技术是一个具有简化、低价、高性能和高端口密集特点的交换产品，体现了桥接技术的复杂交换技术在OSI参考模型的第二层操作。与桥接器一样，交换机按每一个包中的MAC地址相对简单地决策信息转发。而这种转发决策一般不考虑包中隐藏的更深的其他信息。与桥接器不同的是交换机转发延迟很小，操作接近单个局域网性能，远远超过了普通桥接互联网络之间的转发性能。 交换技术允许共享型和专用型的局域网段进行带宽调整，以减轻局域网之间信息流通出现的瓶颈问题。现在已有以太网、快速以太网、FDDI和ATM
2、技术的交换产品。 随着网络技术发展迅猛，以太网占据了统治地位。为了适应网络应用深化带来的挑战，网络的规模和速度都在急剧发展，局域网的速度已从最初的10Mbit/s提高到100Mbit/s，千兆以太网技术也已得到了普遍应用。 对于用户来说，在减低成本的前提下，保证网络的高可靠性、高性能、易维护、易扩展，与采用何种组网技术密切相关；对于设备厂商来说，在保证用户网络功能实现的基础上，如何能够取得更为可观的利润，采用组网技术的优劣，成为提高利润的一个手段。 目 录前 言3一、交换机的基础与发展趋势41、交换机的定义42、交换机的认识43、交换机的发展趋势6二、交换机的分类及应用71、交换机的分类72、
3、交换机的应用14三、交换机的体系结构15四、交换机的工作原理17五、交换机的选择依据191、选购因素192、技术特点20六、交换机的配置及优化241、基本配置242、配置方式31七、结论31八、参考文献32九、 谢辞32前 言集线器作为第一类广泛应用的网络集线设备，当时在各大局域网中应用非常广泛。但随着网络传输媒体类型的日益丰富，图形、图像及各种流媒体等多媒体内容的出现，人们对高网络数据传输速度和传输性能的要求日益提高。集线器由于它的共享介质传输、单工数据操作和广播数据发送方式等都先天决定了很难满足用户的上述速度和性能要求。在用户的需求下、在全球各大网络设备开发商的努力下，一种更新、更实用的集
4、线设备交换机出现了。交换机完全克服了集线器的上述种种不足之处，所以在短时间内得到业界广泛的认可和应用。交换机技术也得到了飞速发展，数据传输速度的发展也是一日千里。目前最快的以太网交换机端口带宽可达到10Gbps，千兆（G位）级的交换机在各企业骨干网络中早已得到广泛应用。一、 交换机的基础与发展趋势1、 交换机的定义 交换机是一种基于MAC（网卡的硬件地址）识别，能完成封装转发数据包功能的网络设备。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径，使数据帧直接由源地址到达目的地址。2、 交换机的认识交换机的英文名称之为“Switch”
5、，它是集线器的升级换代产品，从外观上来看的话，它与集线器基本上没有多大区别，都是带有多个端口的长方形盒状体。交换机是按照通信两端传输信息的需要，用人工或设备自动完成的方法把要传输的信息送到符合要求的相应路由上的技术统称。广义的交换机就是一种在通信系统中完成信息交换功能的设备。“交换”和“交换机”最早起源于电话通讯系统（PSTN）。我们以前经常在电影或电视中看到一些老的影片时常看到有人在电话机旁狂摇几下（注意不是拨号），然后就说：跟我接XXX，话务接线员接到要求后就会把相应端线头插在要接端子上，即可通话。其实这就是最原始的电话交换机系统，只不过它是一种人工电话交换系统，不是自动的，也不是我们今天
6、要谈的计算机交换机，但是我们现在要讲的计算机交换机也就是在这个电话交换机技术上发展而来。在计算机网络系统中，交换概念的提出是相对于共享工作模式的改进。我们知道集线器（HUB）是一种共享介质的网络设备，而且HUB本身不能识别目的地址，是采用广播方式向所有节点发送。即当同一局域网内的A主机给B主机传输数据时，数据包在以HUB为架构的网络上是以广播方式传输的，对网络上所有节点同时发送同一信息，然后再由每一台终端通过验证数据包头的地址信息来确定是否接收。在这种方式下我们知道很容易造成网络堵塞，因为其实接收数据的一般来说只有一个终端节点，而现在对所有节点都发送，那么绝大部分数据流量是无效的，这样就造成整
7、个网络数据传输效率相当低。另一方面由于所发送的数据包每个节点都能侦听到，那显然就不会很安全了，容易出现一些不安全因素。交换机拥有一条很高带宽的背部总线和内部交换矩阵。交换机的所有的端口都挂接在这条背部总线上。控制电路收到数据包以后，处理端口会查找内存中的MAC地址（网卡的硬件地址）对照表以确定目的MAC的NIC（网卡）挂接在哪个端口上，通过内部交换矩阵直接将数据迅速包传送到目的节点，而不是所有节点，目的MAC若不存在才广播到所有的端口。这种方式我们可以明显地看出一方面效率高，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
8、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。交换机还有一个重要特点就是它不是像集线器一样每个端口共享带宽，它的每一端口都是独享交换机的一部分总带宽，这样在速率上对于每个端口来说有了根本的保障。另外，使用交换机也可以把网络“分段”，通过对照地址表，交换机只允许必要的网络流量通过交换机，这就是后面将要介绍的VLAN（虚拟局域网）。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。这样交换机就可以在同一时刻可进行多个节点对之间的数据传输，每一节点都可视为独立的网段，连接在其上的网络设备独自享有固定的一部分带宽，无须
9、同其他设备竞争使用。如当节点A向节点D发送数据时，节点B可同时向节点C发送数据，而且这两个传输都享有带宽，都有着自己的虚拟连接。打个比方就是，如果现在使用的是10Mbps 8端口以太网交换机，因每个端口都可以同时工作，所以在数据流量较大时，那它的总流量可达到810Mbps80Mbps，而使用10Mbps的共享式HUB时，因为它是属于共享带宽式的，所以同一时刻只能允许一个端口进行通信，那数据流量再忙HUB的总流通量也不会超出10Mbps。如果是16端口、24端口的更是明显了！ 交换机的主要功能包括物理编址、网络拓扑结构、错误校验、帧序列以及流量控制。目前一些高档交换机还具备了一些新的功能，如对V
10、LAN（虚拟局域网）的支持、对链路汇聚的支持，甚至有的还具有路由和防火墙的功能。交换机除了能够连接同种类型的网络之外，还可以在不同类型的网络（如以太网和快速以太网）之间起到互连作用。如今许多交换机都能够提供支持快速以太网或FDDI等的高速连接端口，用于连接网络中的其它交换机或者为带宽占用量大的关键服务器提供附加带宽。一般来说，交换机的每个端口都用来连接一个独立的网段，但是有时为了提供更快的接入速度，我们可以把一些重要的网络计算机直接连接到交换机的端口上。这样，网络的关键服务器和重要用户就拥有更快的接入速度，支持更大的信息流量。总之，交换机是一种基于MAC地址识别，能完成封装转发数据包功能的网络
11、设备。交换机对于因第一次发送到目的地址不成功的数据包会再次对所有节点同时发送，企图找到这个目的MAC地址，找到后就会把这个地址重新加入到自己的MAC地址列表中，这样下次再发送到这个节点时就不会发错。交换机的这种功能就称之为“MAC地址学习”功能。3、 交换机的发展趋势近几年来，随着企业数据通信业务以及相关的融合业务的迅猛发展，以太网交换机作为不可或缺的关键设备不仅在数量上获得了极大的提高，而且在质量、性能等方面不断完善。企业的信息应用正在全面走向宽带化和融合化，在这一背景下，传统的实现简单连接和数据传输功能的以太网交换机已成为过去，纵观当前整个发展趋势，我们发现以太网交换机正朝着高速化、智能化
12、的方向前进。首先，速度是我们衡量网络性能的一个重要标准，从而也就成为以太网交换机等设备发展的一个重要方向。从最初的百兆到千兆再到万兆，以太网不断满足着人们快速增长的需求，给人们带来超乎寻常的体验。目前，人们对带宽的要求正在迅速提高，如迅猛发展的存储网络必需的海量数据传输通道;大量高带宽汇聚的城域网络;不断丰富的宽带应用所需的带宽支持;大型金融机构的数据集中;企业核心业务、ERP、CRM等复杂的应用扩展。今天，千兆为骨干、百兆为接入的主流结构，将逐渐向万兆为骨干、千兆为接入的结构过渡。其次是智能化，这里所指的智能化不仅包括交换机设备智能化的管理，还包括它们对越来越多的智能业务的支持。随着网络部署
13、新应用和融合多业务的需求日益迫切，单一交换机需要拥有丰富的功能以提供更多的支持，与此同时，复杂的网络环境加剧了网络管理的难度，通过智能交换设备进行网络的集中管理，不仅简化了管理步骤，而且降低了部署和维护的成本。从目前的市场发展趋势来看，智能交换机的需求量有了明显上升，越来越多的用户更愿意将智能交换机作为设备采购的首选。现在，越来越多的网络厂商更加注重交换设备的管理性能和功能融合，QoS、单一IP地址管理、远程控制等功能成为智能交换机不可或缺的重要特性。为了承载远程教学、呼叫中心、视频会议、VoIP语音服务、VOD视频点播等对带宽和时延敏感的应用，智能化的以太网交换机还提供了丰富的QoS策略，保
14、证了关键业务的快速、及时转发。流量访问控制、速度限制、远程管理等智能管理特性都成为以太网交换机帮助用户提升网络运行效率的重要因素。此外，以太网交换机越来越多地融入路由功能。以往，大家习惯将交换机看作基于局域网技术的一种设备，认为只有在局域网上，才考虑使用交换机，如果要与广域网互连，那就是路由器的事情。实际上，随着ASIC技术和网络处理器的不断发展成熟以及网络逐渐被IP技术所统一，以太网交换技术已经走出了当年“桥接”设备的框架，可以应用到汇聚层和骨干层，路由器中所具有的丰富的网络接口，在目前的交换机上已经可以实现;路由器中拥有的丰富的路由协议，在交换机中也得到大量的应用;路由器中具有的大容量路由
15、表在交换机中也可以实现。对于整个以太网来说，它正在从企业级应用进入电信市场，出现了“电信级以太网”的概念和相关的解决方案。电信业务的转型是电信级以太网产生的最大动力。首先，IPTV、三网融合等业务是当下最热门的应用，而以太网对于承载这些业务将非常胜任，在市场空间越来越广阔的今天，电信级的以太网就成为关键;其次，以太网越来越多地应用于家庭用户和企业用户的业务融合方面，打包式的业务组合是现在运营商开展的重点;最后，在IMS技术中，用以太网可以承载无线网络底层的IP传输。二、 交换机的分类及应用1、 交换机的分类（1）从网络覆盖范围划分 1） 广域网交换机 广域网交换机主要是应用于电信城域网互联、互联网接入等领域的广域网中，提供通信用的基础平台，2）局域网交换机这种交换机就是我们常见的交换机了，也是我们学习的重点。局域网交换机应用于局域网络，用于连接终端设备，如服务器、工作站、集线器、路由器、网络打印机等网络设备，提供高速独立通信通道。其实在局域网交换机中又可以划分为多种不同类型的交换机。下面继续介绍局域网交换机的主要分类标准、（2）根据传输介质和传输速度划分根据交换机使用的网络传输介质及传输速度的不同我们一般可以将局域网交换机分为以太网交换机、快速以太网交换机、千兆（G位）以太网交换
