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CCNA:交换部分
一、交换机工作原理和技术
交换机的概念
按照线缆段微化的思想,线缆段越多,可用带宽就越高。极限情况是每一台计算机处在一个独立的缆段上。如果网络上有10台计算机,需要一个10端口的网桥将它们连接起来,但实现这样一个网桥不太现实,软件转发速度也跟不上。交换机将上述多端口的网桥硬件整合,以达到更低的成本和更高的性能。
交换机内有一条很高带宽的背板总线和内部交换矩阵,此背板总线带宽通常是交换机每个端口带宽的几十倍。交换机的所有端口都挂接在这条背板总线交换矩阵上,每个端口都有自己的固定带宽,同时具有两个信道,在同一时刻既可发送数据,又接收其他端口发送来的数据。
与共享带宽(一个时间只能为一对网络节点服务)、无目的地进行数据发送(广播)的集线器不同,交换机可以在一个时间内同时为所有的网络节点服务,并可以有目的地发送数据,所以在带宽占用、减少阻塞、网络安全和全双工传输方面都是集线器不可相比的。
交换机的功能
交换机的每个端口都具有桥接功能,可以互联一个LAN或一台高性能计算机。所有端口由专用处理器进行控制,并经过控制管理总线转发信息。中高档交换机可以用专门的网管软件进行集中管理。
可将每个端口所互联的网络工作站分割为独立的LAN(VLAN)。
每个端口都与大带宽的背板连通,从而为每个端口提供专用的带宽。
流量控制(网桥无流量控制能力)。
采用专用集成电路(ASIC)处理器完成高速交换。
交换机的分类
交换机和集线器
不能“以貌取人”
桌面型交换机和模块化交换机
异在“按需定制”
TP-link TL-HP8MU HUB
D-Link DFE-916DX HUB
3Com SuperStack 3 4400 switch
3Com Switchs
交换机的交换技术
端口交换
端口间的通道由人工预先设定并固定下来,改变端口间的互联通道须由人工配置—基于物理层,非真正意义的所谓“端口交换机”
帧交换
Cut-through(直通交换方式)
只检查数据包的包头(通常14字节)中目的地址,一确认即开始传送(不需要存储,延迟最小,无检错功能)
Fragment Free(碎片隔离方式,Modified Cut-through)
传送时会检查是否有冲突(少于64字节的“残帧”)发生,若有则丢弃该包——中等延迟,广泛应用于低档交换机。
Store and Forward (存储转发方式)
接收端口将传送来的整个数据包完整接收下来后存储在缓冲区中,然后进行检错,只有完好的数据包才能得以向目的地址转发。应用最广泛。
优点:无错转发;支持不同速度端口间的转发,改善网络性能
缺点:延迟最大
信元交换
定长包,硬件快速交换,语音、视频等多媒体信号传输最佳,但设备昂贵
两种第三层交换技术
报文到报文的交换
每一个报文都要经历第三层处理,且基于IP地址进行数据转发
优点:能适应路由的拓扑变化,LAN互联中广泛使用
流交换
只分析数据流中的第一个报文,完成路由处理,后续报文使用某种基于MAC地址的“捷径”技术(如只通过二层交换通路)交换数据报文
优点:易实现线速路由
缺点:技术复杂,主要用于广域网
交换机的主要技术指标
背板带宽——交换机背板总线或交换矩阵的总吞吐能力(GB)
包转发率——以数据包为单位表示的交换能力(Mpps,百万包/每秒,一般几十到几百)。各厂商公布的都是以64字节定长包在设备上传输为测试标准。
端口类型——以太网/令牌环/FDDI/ATM等
端口速率——10/100/1000/10000Mbps
端口密度——所有模块插槽均插满时的最大端口数
堆叠能力——堆叠的带宽和台数
VLAN数量——现在大多支持1000个以上的VLAN
MAC地址数量——交换机的地址存储表中最多可存储的MAC地址数,通常几千到几万,越多则数据转发速度越高
线速三层交换——具有和二层交换相同的交换速率
二、VLAN技术
VLAN技术原理
影响网络运行速度的两大因素
争用冲突
——以太网的性质所决定
影响:用户数量增加导致通信“变慢”
网络广播
——TCP/IP协议的性质所决定
(如ARP通过广播从IP地址中解析 MAC地址)
影响:产生大量目标地址为广播地址的无用网络流量
解决方案
使用路由器分割成小网——组网成本太高
使用二层交换机划分VLAN——缩小冲突域,但不能抑制广播
使用三层交换机——缩小冲突域和广播域
广播域——同一VLAN,但未必是同一端口