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第5章 交换机 5.1 交换机概述 5.2 交换机的配置与连接 5.3 交换机的故障及其排除方法 5.4 操作实验：使用交换机组建局域网 本章学习提示 重点： 1. 交换机的主要功能；交换机与集线器的主要区别； 2. 虚拟局域网（VLAN）的概念； 3. 交换机的故障检测的基本原则和排除一般方法。 第5章 交换机 1993年，出现了一种更新、更实用的局域网集线设备——交换机（Switch），突破了集线器连接的网络的传输速度和传输性能的局限性。 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。 5.1 交换机概述 集线器是将网络设备集中到一起的网络基本设备，也是多台主机和设备的连接器，是非常重要的、完成信息交换功能的网络设备。 5.1.1 交换机的主要特点和功能 1. 交换机的主要特点 (2) 每一端口都独享带宽 (3) 支持VLAN（虚拟局域网） 2. 交换机的主要功能 物理编址 对端口进行编址。 连接同类型的多个网络，实现数据包的转发 MAC地址学习 将源地址、目的地址和端口号记录在地址对照表 中。 高档的交换机： 支持VLAN 对主机或设备进行逻辑分段。 实现路由 3. 虚拟局域网（VLAN）技术 分隔局域网的两种方法 VLAN是从逻辑上将一个大型局域网中的站点，根据需要，以软件方式灵活地分成几个小型的虚拟子网，从而构成不同的逻辑子网，每个子网都成为单独的广播域，这种逻辑子网被称为虚拟局域网。 VLAN技术的优点： ① 对广播的有效控制。 各站点发送数据包之前都要广播查询所要到达目的地的MAC地址，同时，由于大量应用层软件需要广播传送某些数据包，而这些数据广播包只须发向某一组用户，此时如果没有VLAN，这些数据包会很快占用整个网络大量的资源，使得正常数据包无法抢得正常带宽，严重影响到网络效率及性能。 ② 增强了网络安全性能。 不同的虚拟子网端口不能直接相互访问。 ③ 维护和管理更为简单。 利用网管软件，直接通过管理控制台完成对网络的管理。 ④ 改造网络更为方便。 VLAN可以在网络的不同层次上实现。 主要有六种组网方法 ： 基于端口划分的VLAN 基于MAC地址划分VLAN 基于网络层协议划分VLAN 根据IP组播划分VLAN 按策略划分VLAN 按用户定义、非用户授权划分VLAN 5.1.2 交换机的基本工作原理 1. 交换机的基本工作原理 (2) 数据传输的方式 交换机根据其缓存中的MAC地址对照表寻找某结点，由此采用点到点的传输方式；并在同一时刻可以有多个数据包进行全双工传输。 (3) 交换机的工作过程 几种情况： 2. 交换机与集线器的区别 (1) 在OSI中的工作层次不同 集线器同时工作在第1层（物理层）和第2层（数据链路层）；交换机至少是工作在第2层。 (2) 数据传输方式不同 集线器的工作机理是广播传输方式；交换机采用点到点的传输方式。 (3) 带宽占用方式不同 集线器上所有的端口是共享集线器的总带宽；而交换机的每个端口都独占自己的带宽。 (4) 传输模式不同 集线器只能采用半双工传输模式进行传输；交换机可采用全双工传输模式来传输数据。 5.1.3 交换机的主要技术性能 1. 交换机的数据帧转发方式 直通转发方式：接收前6个字节即转发 存储转发方式：全部接收后才转发 改进的直通转发方式：接收前64个字节即转发 3. 包转发率 包转发率——交换机每秒可以转发多少百万个数据包（Mpps），即交换机能同时转发的数据包的数量。 决定包转发率的一个重要指标就是交换机的背板带宽，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，也就是包转发率越高。 4.背板带宽 背板也常被称为数据板，是位于交换机内部的一系列电子线路和电子元件的集合。交换机的背板也称为交换架构，它是数据在交换机内部从一个端口到下一个端口所途径的高速通道。 交换机的背板带宽，是交换机接口处理器或端口和数据总线间所能吞吐的最大数据量。背板带宽标志了交换机总的数据交换能力，单位为Gbps，也叫交换带宽，一般的交换机的背板带宽从几Gbps到上百Gbps不等。 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。 5. 单/多MAC地址类型 交换机的每个端口只支持一个MAC地址，称之为“单MAC交换机”。 交换