第1章交换机的结构与基本功能.docx

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1、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

2、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CiscoCat

3、alyst3550和CiscoCatalyst2900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

4、型OSI，则交换机属于第二～四层的设备。1.2.1OSI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备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

5、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

6、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/sRJ45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

7、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（CutThrough）、存储－转发（StoreandForward)和自由分段（FragmentFree）。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

8、，并在后续的通信中实现比路由更快的交换。第四层交换机第四层交换机可以解释第四层的传输控制协议（TCP）和用户数据报协议（UDP）信息，允许设备为不同的应用（使用端口号区分）分配各自的优先级。这样，第四层交换机可以“智能化