第1章交换机的结构及基本功能.docx

本章提要： 交换机用做网络集中设备，其端口连接网络中的主机。在转发数据帧时，端口带宽能够独享。 交换机按其工作在OSI参考模型的对应层次，有第二层、第三层和第四层交换机。可管理的交换机内置了操作系统软件。 第二层交换机采用帧交换转发数据，帧交换方式有三种，分别为存储转发、伺机通过和自由分段。 使用备份连接是提高网络可靠性的常用方法，但所形成的环路可能会导致广播风暴和引起多帧副本问题。 STP协议的应用则可消除环路问题，使冗余备份得以实现。 1.1交换机的作用与组成 在以太网络中，交换机起的是信息中转站的作用。它把从某个端口接收到的数据从其他端口转发出去。以下介绍交换机的外观与内部组成。不同厂家、不同型号的以太网交换机，其外观和内部组成都有一定的个性差异，但其共性是主要的。 1. 交换机的外观 前面板上的多个RJ45接口是以太网口，用来连接计算机或其他交换机。 后面板或前面板上的串口是交换机的配置口，用串口线缆将其与计算机的串口连接起来，可实现对交换机的配置操作。也有的交换机的配置口位于前面板上。 面板上有若干指示灯，其亮、灭或闪烁可以反映交换机的工作状态是否正常。 此外还有电源插口、电源开关等。 可上机架（柜）式交换机的标准长度为48.26cm(19in)。 如图1.1所示的是Cisco Catalyst3550和Cisco Catalyst 2900交换机的外观图。 2. 交换机的内部组成 交换机的内部组成为： CPU (中央处理器)：交换机使用特殊用途集成电路芯片ASIC，以实现高速的数据传输。 RAM/DRAM：主存储器，存储运行配置。 NVRAM（非易失性RAM）：存储备份配置文件等。 FlashROM（快闪存储器）：存储系统软件映像文件等。是可擦可编程的ROM。 ROM：存储开机诊断程序、引导程序和操作系统软件。 接口电路：交换机各端口的内部电路。 图1.1 交换机的外观 1.2交换机的分类 可按多种方式对交换机进行分类。若参照开放系统互连参考模型OSI，则交换机属于第二～四层的设备。 1.2.1 OSI参考模型与数据通信设备 开放系统互连参考模型OSI分为七层，每层的名称、对应的协议数据单元的名称以及每层所用的设备见表1.1。 表1.1OSI参考模型的层次及其相应设?? 层数名称协议数据单元名称相应设备第七层应用层Data?第六层表示层Data?第五层会话层Data?第四层传输层Segment四层交换机第三层网络层Paket路由器、三层交换机第二层数据链路层Frame交换机、网桥第一层物理层Bit网卡、网线等? 根据OSI参考模型，每一层都使用相应的协议实现特定的功能，完成数据交换。高层数据逻辑地在源主机与目标主机对应层之间进行传输，屏蔽下层的细节。而数据实际的传输过程则是：发送端，高层数据经过下面各层，依次被各层进行封装，最后通过物理层完成到达接收端的比特流的传输。 交换机可以工作在第二、第三、第四层，对应的技术称为第二层、第三层和第四层交换技术，第二层交换机是目前使用最多的交换机。 本书主要介绍第二层交换技术和第二层交换机。如无特别说明，以下提到的交换机均指第二层交换机。 1.2.2交换机的简单分类 这里只对以太网交换机按配置是否可以改变或者按在OSI参考模型中的对应层次来进行简单的分类。 1. 模块式与固定配置式 按交换机的配置可否改变，可把交换机分为模块式和固定配置式。 模块式模块式交换机的模块可以拔插，模块通常是100Mb/s或1000Mb/s光纤接口模块，或1000Mb/s RJ45接口模块，或者是堆叠模块。交换机上则有相应的插槽。使用时，模块插入插槽之中。模块式交换机配置灵活，模块可按需要购买。一般说来，模块式交换机的档次较高，模块插槽结构可最大程度地保护用户的投资。 固定配置式固定配置式交换机的接口固定，硬件不可升级。 2. 第二层、第三层与第四层交换机 前面已提过，按交换机工作在OSI参考模型的相应层次，交换机可分为三个层次的交换机，其中大量商品化的是第二层和第三层交换机。 第二层交换机第二层交换机工作在OSI参考模型的第二层，它的每个端口拥有自己的冲突域。如果该二层交换机具有虚拟局域网(VLAN）功能，则每一个VLAN成为一个广播域。第二层交换机采用三种方式转发数据帧：直通（Cut Through）、存储－转发（StoreandForward)和自由分段（Fragment Free）。 第三层交换机第三层交换机根据目的IP地址转发数据报，与后面要讨论的路由器一样，它也必须创建和动态维护路由表。但是，第三层交换机能做到“一次路由，多次交换”。即是说，第三层交换机能够把报文转发到不同的子网，并在后续的通信中实现比路由