交换机的结构原理详解,详细了解交换机的构造!

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交换机是根据网桥的原理发展起来的,学习交换机先认识两个概念:

冲突域

冲突域是数据必然发送到的区域。

HUB是无智能的信号驱动器,有入必出,整个由HUB组成的网络是一个冲突域。

交换机的一个接口下的网络是一个冲突域,所以交换机可以隔离冲突域。

广播域

广播数据时可以发送到的区域是一个广播域。

交换机和集线器对广播帧是透明的,所以用交换机和HUB组成的网络是一个广播域。

路由器的一个接口下的网络是一个广播域。所以路由器可以隔离广播域。

以太网编辑

识别标准

常见的标准有:

10BASE-2 细缆以太网

10BASE-5 粗缆以太网

10BASE-T星型以太网

100BASE-T 快速以太网

1000BASE-T千兆以太网

10GBASE-T万兆以太网

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接线标准

星型以太网采用双绞线连接,双绞线是8芯,分四组,两芯一组绞在一起,故称双绞线。

8芯双绞线只用其中4芯:1、2、3、6。

常见接线方式有两种:

568B接线规范: 白橙 橙 白绿 蓝 白蓝 绿 白棕 棕

1 2 3 4 5 6 7 8

568A接线规范: 白绿 绿 白橙 蓝 白蓝 橙 白棕 棕

3 6 14 5 2 7 8

将568B的1和3对调,2和6对调,就得到568A。

接线方法

两边采用相同的接线方式叫做平接,两边采用不同的接线方式叫扭接。

不同的设备之间连接,使用平接线;相同的设备连接使用扭接线。

电脑、路由器与集线器、交换机连接时使用平接线。

这是因为网线中的4条线,一对是输入,一对是输出,输入应该与输出对应。

如果将1和3连接,2和6连接,相当于自己的输出送给自己的输入。

这样可以使网卡进入工作状态,阻止空接口关闭,而影响有些程序的运行。

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工作原理编辑

地址表

端口地址表记录了端口下包含主机的MAC地址。端口地址表是交换机上电后自动建立的,

保存在RAM中,并且自动维护。

交换机隔离冲突域的原理是根据其端口地址表和转发决策决定的。

转发决策

交换机的转发决策有三种操作:丢弃、转发和扩散。

丢弃:当本端口下的主机访问已知本端口下的主机时丢弃。

转发:当某端口下的主机访问已知某端口下的主机时转发。

扩散:当某端口下的主机访问未知端口下的主机时要扩散。

每个操作都要记录下发包端的MAC地址,以备其它主机的访问。

生存期

生存期是端口地址列表中表项的寿命。每个表项在建立后开始进行倒记时,每次发送

数据都要刷新记时。对于长期不发送数据的主机,其MAC地址的表项在生存期结束时删除。

所以端口地址表记录的总是最活跃的主机的MAC地址。

(4)应该说交换机有很多值得学习的地方,这里我们主要介绍交换机结构及组网方式,21世纪10年代以来网络应用越来越广泛,交换机作为网络中的纽带发挥了越来越大的作用。简单的说,交换机就是将它与用户计算机相连就行了,完成各个计算机之间的数据交换。复杂来说,交换机针对在整个网络中的位置而言,一些高层交换机如三层交换、网管型的产品,在交换机结构方面就没这么简单了。

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三层交换机

通常,普通的交换机只工作在数据链路层上,路由器则工作在网络层。而功能强大的三层交换机可同时工作在数据链路层和网络层,并根据 MAC地址或IP地址转发数据包。但是要注意到三层交换机并不能完全取代路由器,因为它主要是为了实现处于两个不同子网的Vlan进行通讯,而不是用来作数据传输的复杂路径选择。

网管功能

一台交换机所支持的管理程度反映了该设备的可管理性与可操作性。带网管功能的交换机可对每个端口的流量进行监测,设置每个端口的速率,关闭/打开端口连接。通过对交换机端口进行监测,便于对网络业务流量的区分和迅速进行网络故障定义,提高了网络的可管理性。

端口聚合

这是一种封装技术,它是一条点到点的链路,链路的两端可以都是交换机,也可以是交换机和路由器,还可以是主机和交换机或路由器。基于端口汇聚(Trunk)功能,允许交换机与交换机、交换机与路由器、主机与交换机或路由器之间通过两个或多个端口并行连接同时传输以提供更高带宽、更大吞吐量, 大幅度提供整个网络能力。

结构编辑

级联方式

这是最常用的一种组网方式,它通过交换机上的级联口(UpLink)进行连接。需要注意的是交换机不能无限制级联,超过一定数量的交换机进行级联,最终会引起广播风暴,导致网络性能严重下降。

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聚合方式

前面我们已接触到端口聚合的特点,此种方式相当于用多个端口同时进行级联,它提供了更高的互联带宽和线路冗余,使网络具有一定的可靠性。

堆叠方式

交换机的堆叠是扩展端口最快捷、最便利的方式,同时堆叠后的带宽是单一交换机端口速率的几十倍。但是,并不是所有的交换机都支持堆叠的,这取决于交换机的品牌、型号是否支持堆叠;并且还需要使用专门的堆叠电缆和堆叠模块;最后还要注意同一叠堆中的交换机必须是同一品牌。

分层方式

这种方式一般应用于比较复杂的交换机结构中,按照功能可划分为:接入层、汇聚层、核心层。

作为网络的重要连接设备,交换机在实际使用中相当频繁。对于一般家庭用户而言,比较复杂的应用就是交换机的级联结构了;而三层路由、堆叠等高级应用一般在企业中应用较多。



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