交换机简介

2021/01/21
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交换机(Switch)意为“开关”是一种用于电(光)信号转发的网络设备。它可以为接入交换机的任意两个网络节点提供独享的电信号通路。最常见的交换机是以太网交换机。其他常见的还有电话语音交换机、光纤交换机等。

网络交换机

网络交换机,是一个扩大网络的器材,能为子网络中提供更多的连接端口,以便连接更多的计算机。随着通信业的发展以及国民经济信息化的推进,网络交换机市场呈稳步上升态势。它具有性能价格比高、高度灵活、相对简单、易于实现等特点。所以,以太网技术已成为当今最重要的一种局域网组网技术,网络交换机也就成为了最普及的交换机。

交换机简介

网络交换机

分类

从广义上来看,交换机分为两种:广域网交换机局域网交换机。广域网交换机主要应用于电信领域,提供通信基础平台。而局域网交换机则应用于局域网络,用于连接终端设备,如PC机及网络打印机等。

按照现在复杂的网络构成方式,网络交换机被划分为接入层交换机、汇聚层交换机和核心层交换机。其中,核心层交换机全部采用机箱式模块化设计,已经基本上都设计了与之相配备的1000Base-T模块。接入层支持1000Base-T的以太网交换机基本上是固定端口式交换机,以10/100M端口为主,并且以固定端口或扩展槽方式提供1000Base-T的上联端口。汇聚层1000Base-T交换机同时存在机箱式和固定端口式两种设计,可以提供多个1000Base-T端口,一般也可以提供1000Base-X等其他形式的端口。接入层和汇聚层交换机共同构成完整的中小型局域网解决方案。

从传输介质和传输速度上看,局域网交换机可以分为以太网交换机、快速以太网交换机、千兆以太网交换机、FDDI交换机、ATM交换机和令牌环交换机等多种,这些交换机分别适用于以太网、快速以太网、FDDI、ATM和令牌环网等环境。

从规模应用上又有企业级交换机、部门级交换机和工作组交换机等。各厂商划分的尺度并不完全一致,一般来讲,企业级交换机都是机架式,部门级交换机可以是机架式,也可以是固定配置式,而工作组级交换机则一般为固定配置式,功能较为简单。另一方面,从应用的规模来看,作为骨干交换机时,支持500个信息点以上大型企业应用的交换机为企业级交换机,支持300个信息点以下中型企业的交换机为部门级交换机,而支持100个信息点以内的交换机为工作组级交换机。

根据架构特点,人们还将局域网交换机分为机架式、带扩展槽固定配置式、不带扩展槽固定配置式三种产品。机架式交换机是一种插槽式的交换机,这种交换机扩展性较好,可支持不同的网络类型,如以太网、快速以太网、千兆以太网、ATM、令牌环及FDDI等,但价格较贵。不少高端交换机都采用机架式结构。带扩展槽固定配置式交换机是一种有固定端口并带少量扩展槽的交换机,这种交换机在支持固定端口类型网络的基础上,还可以通过扩展其他网络类型模块来支持其他类型网络,这类交换机的价格居中。不带扩展槽固定配置式交换机仅支持一种类型的网络(一般是以太网),可应用于小型企业或办公室环境下的局域网,价格最便宜,应用也最广泛。

按照OSI的七层网络模型,交换机又可以分为第二层交换机、第三层交换机、第四层交换机等,一直到第七层交换机。基于MAC地址工作的第二层交换机最为普遍,用于网络接入层和汇聚层。基于IP地址和协议进行交换的第三层交换机普遍应用于网络的核心层,也少量应用于汇聚层。部分第三层交换机也同时具有第四层交换功能,可以根据数据帧的协议端口信息进行目标端口判断。第四层以上的交换机称之为内容型交换机,主要用于互联网数据中心。

按照交换机的可管理性,又可把交换机分为可管理型交换机和不可管理型交换机,它们的区别在于对SNMP、RMON等网管协议的支持。可管理型交换机便于网络监控、流量分析,但成本也相对较高。目前,市面上生产可管理性交换机的厂商有华为,思科,飞鱼星等主要网络设备供应商。而有大中型网络在汇聚层应该选择可管理型交换机,在接入层视应用需要而定,核心层交换机则全部是可管理型交换机。

按照交换机是否可堆叠,交换机又可分为可堆叠型交换机和不可堆叠型交换机两种。设计堆叠技术的一个主要目的是为了增加端口密度。

按照最广泛的普通分类方法,局域网交换机可以分为桌面型交换机(Desktop Switch)、工作组型交换机(Workgroup Switch)和校园网交换机(Campus Switch)三类。桌面型交换机是最常见的一种交换机,使用最广泛,尤其是在一般办公室、小型机房和业务受理较为集中的业务部门、多媒体制作中心、网站管理中心等部门。在传输速度上,现代桌面型交换机大都提供多个具有10/100M自适应能力的端口。工作组型交换机常用来作为扩充设备,在桌面型交换机不能满足需求时,大多直接考虑工作组型交换机。虽然工作组型交换机只有较少的端口数量,但却支持较多的MAC地址,并具有良好的扩充能力,端口的传输速度基本上为100M。校园网交换机的应用相对较少,仅应用于大型网络,且一般作为网络的骨干交换机,并具有快速数据交换能力和全双工能力,可提供容错等智能特性,还支持扩充选项及第三层交换中的虚拟局域网(VLAN)等多种功能。

根据交换技术的不同,有人又把交换机分为端口交换机、帧交换机和信元交换机三种。与桥接器不同的是,端口交换机转发延迟很小,操作接近单局域网性能,远远超过了普通桥接互联网之间的转发性能。端口交换技术最早出现在插槽式的集线器中,这类集线器的背板通常划分有多条以太网段,不用网桥或路由器连接,网络之间是互不相通的。以太主模块插入后通常被分配到某个背板的网段上。端口交换用于将以太模块的端口在背板多个网段之间进行分配、平衡。帧交换是目前应用最广泛的局域网交换技术,它通过对传统传输媒介进行微分段,提供并行传送的机制,以减小冲突域、获得高的带宽。ATM技术代表了网络和通信中众多难题的一剂“良药”。ATM采用固定长度为53个字节的信元交换。由于长度固定,因而便于用硬件实现。ATM采用专用的非差别连接,并行运行,可以通过一个交换机同时建立多个节点,但不会影响每个节点之间的通信能力。ATM还容许在源节点和目标节点之间的通信能力。ATM采用统计时分电路进行复用,因而能大大提高通道利用率。ATM的带宽可以达到25M、155M、622M甚至数G比特传送能力。

事实上,从应用的角度划分,交换机又可分为电话交换机(PBX)和数据交换机(Switch)。当然,目前非常时髦的在数据上的语音传输VoIP又有人称之为“软交换机”。

遵照交流机措置帧时分歧的操作模式,首要可分为两类:
存储转发:交流机在转发之前必需领受整个帧,并进行错误校检,如无错误再将这一帧发往目的地址。帧经由过程交流机的转发时延随帧长度的分歧而转变。

纵贯式:交流机只要搜检到帧头中所包含的目的地址就当即转发该帧,而无需期待帧全数的被领受,也一直行错误校验。因为以太网帧头的长度老是固定的,是以帧经由过程交流机的转发时延也连结不变。

功能

交换机的主要功能包括物理编址、网络拓扑结构、错误校验、帧序列以及流控。目前交换机还具备了一些新的功能,如对VLAN(虚拟局域网)的支持、对链路汇聚的支持,甚至有的还具有防火墙的功能。

交换机除了能够连接同种类型的网络之外,还可以在不同类型的网络(如以太网和快速以太网)之间起到互连作用。如今许多交换机都能够提供支持快速以太网或FDDI等的高速连接端口,用于连接网络中的其它交换机或者为带宽占用量大的关键服务器提供附加带宽。

一般来说,交换机的每个端口都用来连接一个独立的网段,但是有时为了提供更快的接入速度,我们可以把一些重要的网络计算机直接连接到交换机的端口上。这样,网络的关键服务器和重要用户就拥有更快的接入速度,支持更大的信息流量。

学习功能:以太网交换机了解每一端口相连设备的MAC地址,并将地址同相应的端口映射起来存放在交换机缓存中的MAC地址表中。
转发过滤:当一个数据帧的目的地址在MAC地址表中有映射时,它被转发到连接目的节点的端口而不是所有端口(如该数据帧为广播/组播帧则转发至所有端口)。

消除回路:当交换机包括一个冗余回路时,以太网交换机通过生成树协议避免回路的产生,同时允许存在后备路径。

进修:以太网交流机体味每一端口相连设备的MAC地址,并将地址同响应的端口映射起来存放在交流机缓存中的MAC地址表中。
转发/过滤:当一个数据帧的目的地址在MAC地址表中有映射时,它被转发到毗连目的节点的端口而不是所有端口(如该数据帧为广播/组播帧则转发至所有端口)。

原理

1.交换机根据收到数据帧中的源MAC地址建立该地址同交流机端口的映射,并将其写入MAC地址表中。
2.交换机将数据帧中的目的MAC地址同已建立的MAC地址表进行比较,以决定由哪个端口进行转发。
3.如数据帧中的目的MAC地址不在MAC地址表中,则向所有端口转发。这一过程称为泛洪(flood)。
4.广播帧和组播帧向所有的端口转发。

技术要点

网络交换机是一个扩大网络的器材,能为子网络中提供更多的连接端口,以便连接更多的计算机。随着通信业的发展以及国民经济信息化的推进,网络交换机市场呈稳步上升态势。它具有性能价格比高、高度灵活、相对简单、易于实现等特点。
以太交换机是一种用于电信号转发的网络设备。它可以为接入交换机的任意两个网络节点提供独享的电信号通路。
交换机(Switch)也叫交换式集线器,是一种工作在OSI第二层(数据链路层,参见“广域网”定义)上的、基于MAC (网卡的介质访问控制地址)识别、能完成封装转发数据包功能的网络设备。它通过对信息进行重新生成,并经过内部处理后转发至指定端口,具备自动寻址能力和交换作用。交换机不懂得IP地址,但它可以“学习”MAC地址,并把其存放在内部地址表中,通过在数据帧的始发者和目标接收者之间建立临时的交换路径,使数据帧直接由源地址到达目的地址。交换机上的所有端口均有独享的信道带宽,以保证每个端口上数据的快速有效传输。由于交换机根据所传递信息包的目的地址,将每一信息包独立地从源端口送至目的端口,而不会向所有端口发送,避免了和其它端口发生冲突,因此,交换机可以同时互不影响的传送这些信息包,并防止传输冲突,提高了网络的实际吞吐量。

交换机选用要点及订货主要技术条件

1) 选用可信的技术指标 ,交换速度,交换容量(Gbps)、背板带宽(Gbps)、处理能力(Mpps)、吞吐量(Mpps)。
2) 设计正确的测试方案 ,要准备足够的测试端口,才能够准确评价交换机的真实性能。
3) 选择正确的产品模块配置,采用分布式交换处理结构,所有接口模块均具有本地自主交换的能力,从而避免了集中式交换结构所存在的中心交换瓶颈问题。
4) 延时与延时抖动 ,选用业界领先的交换机其延时小于10微秒产品。
5) 对组播的支持 ,常用的组播协议包括PIM和DVMRP。产品应该同时支持这两种组播协议。
6) 丰富的接口类型 ,选择同时支持千兆以太网、POS和ATM 宽带接口的骨干交换机。
7) 稳定的路由协议软件实现,交换机上能实现的路由协议(如BGP、OSPF)的需要。
8) 支持MPLS,能采用MPLS构建的骨干网络可以支持流量工程、VPN等多种应用。
9) 交换机订货主要技术条件是要选择网络数据传输量大,数据交换能力强,稳定可靠,不间断运行。要在注重考虑高性能、可管理性、高可靠性、适用性和性能价格比的基础上选择产品。
10) 主机房的交换机选择规格尺寸要能安装在主机柜中。
交换机主要规格及参数有8,16,24口RJ45端口,机架型19寸自适应以太网交换机,支持网络标准802.3 10BaseT,802.3u100BaseTX,背板带宽:4.8G包转发率 10M:14,880pps;100M:148,800pps 10M/100Mbps MAC地址表4K。另外,还有智能型和光纤型交换机,视网络情况选用即可。
11)家庭一般四端口就可以,多端口多用于企业
12)目前型号和功能众多,牌号也不一样!常用的一般电子市场都可以购买的到!
13.交换机不能应用于adsl拨号,电话线不能用交换机,交换机没有分配ip地址的功能,路由器可以自动分配ip。

工作特征

1.交流机的每一个端口所毗连的网段都是一个自力的冲突域。
2.交流机所毗连的设备仍然在统一个广材暌跪内,也就是说,交流机不阻遏距离广播(惟一的破例是在配有VLAN的情形中)。
3.交流机依据帧头的信息进需瞰脾,是以说交流机是工作在数据链路层的收集设备(此处所述交流机仅指传统的二层交流设备)。

廉价交换机

捉襟见肘的预算,使得网络专业人士在设计LAN的接入层时,不得不选择廉价的网络交换机硬件。

这些廉价网络交换机在支持、质量、以及先进功能等方面,与相对大型的厂商自然不在同一水平上,但有些企业却认为购买这些廉价的网络交换机足以应对当前局面。

较低成本的供应商可以提供多种多样价格较低的交换机,包括托管和非托管的固定配置二层交换机,以及各种固定和模块化的2层和3层交换机。

安装方法

具体施工做法参见国家建筑标准设计图集《智能家居控制系统施工图集 03X602》及国际标准规范 《EIA/TIA569 商务楼通信通道和空间标准》。
网络交换机在数据中心的作用

当网络交换机接口收到超出其所能处理的流量后,网络交换机会选择要么将其缓存,或者网络交换机将其丢弃。
网络交换机的缓存通常都是因为网络接口速率不同造成的,网络交换机的流量突然爆发或者多对一的流量传输。

引发网络交换机的缓冲最常见的问题是多对一的流量突然变化。例如,某个应用程序搭建在多个服务器集群结点上。如果其中某个结点同时请求来自其他所有结点的网络交换机的数据,那么所有答复应该在同一时间到达网络交换机。这种情况发生时,所有网络交换机的流量洪水会涌向请求者的网络交换机的端口。如果网络交换机没有足够的出口缓冲区,那么网络交换机可能会抛弃一些流量,或者网络交换机增加应用程序延迟。足够的网络交换机的缓冲区可以防止因为低级别协议造成的丢包或网络延迟。
最现代化的数据中心交换平台通过网络交换机的共享交换缓存的方式来解决这个问题。网络交换机拥有一个缓冲池空间分配给特定端口。网络交换机共享交换缓存在不同供应商和平台之间差异很大。
一些网络交换机厂商销售专为特定环境的网络交换机。例如,有些网络交换机具有较大的缓冲处理,适合多对一传输场景的Hadoop环境。网络交换机在能够分布流量的环境中,网络交换机并不需要在交换机级别部署缓冲区。
网络交换机的缓冲区十分重要,但我们究竟需要多少网络交换机的空间,却没有正确答案。巨大的网络交换机缓冲区意味着网络不会丢弃任何流量,同时也意味着增加网络交换机延迟——在被网络交换机存储的数据在被转发前需要等待。某些网络管理员更喜欢较小的网络交换机的缓冲区,让应用程序或协议处理降低一些流量。正确答案是,了解应用程序的网络交换机的流量模式并选择适合这些需求的网络交换机。 [2]

网络交换机现状

硬件仍然是数据中心网络设备的重要组成部分,但交换机软件的影响力不容小觑。

如果不是在有关软件定义网络(SDN)的对话中,我们很难将软件和网络相提并论。但是,数据中心网络中网络交换机软件的作用与SDN没有太多关系。

长期以来,购买网络交换机最重要的是规格表中的数据。即使在商业芯片时代,硬件仍然很重要。但随着企业使用网络的方式继续改变,数据中心底层操作系统的特性和功能变得同样重要。
合适的网络交换机软件如何能让网络更加灵活、智能和符合成本效益?白盒交换机是否是答案?除了有竞争力的价格和足够的带宽,网络工程师在购买或升级其数据中心网络时还应该考虑哪些因素?在下一篇文章《交换机软件在数据中心网络发挥日益重要的作用》中将探讨这些问题。

POE交换机

POE (Power Over Ethernet)指的是在现有的以太网Cat.5布线基础架构不作任何改动的情况下,在为一些基于IP的终端(如IP电话机、无线局域网接入点AP、网络摄像机等)传输数据信号的同时,还能为此类设备提供直流电的技术,就是支持以太网供电的交换机。

交换机简介

POE交换机

交换机简介

POE交换机端口支持输出功率达15.4W或30W,符合IEEE802.3af/802.3at标准,通过网线供电的方式为标准的POE终端设备供电,免去额外的电源布线。符合IEEE802.3atPOE交换机,端口输出功率可以达到30W,受电设备可获得的功率为25.4W. 通俗的说 ,POE交换机就是支持网线供电的交换机,其不但可以实现普通交换机的数据传输功能还能同时对网络终端进行供电 。
POE (Power Over Ethernet)指的是在现有的以太网Cat.5布线基础架构不作任何改动的情况下,在为一些基于IP的终端(如IP电话机、无线局域网接入点AP、网络摄像机等)传输数据信号的同时,还能为此类设备提供直流供电的技术。POE技术能在确保现有结构化布线安全的同时保证现有网络的正常运作,最大限度地降低成本。

国际标准

POE也被称为基于局域网的供电系统(POL, Power over LAN )或有源以太网( Active Ethernet),有时也被简称为以太网供电,这是利用现存标准以太网传输电缆的同时传送数据和电功率的最新标准规范,并保持了与现存以太网系统和用户的兼容性。IEEE 802.3af标准是基于以太网供电系统POE的新标准,它在IEEE 802.3的基础上增加了通过网线直接供电的相关标准,是现有以太网标准的扩展,也是第一个关于电源分配的国际标准。
IEEE在1999年开始制定该标准,最早参与的厂商有3Com, Intel, PowerDsine, Nortel, Mitel和National Semiconductor。但是,该标准的缺点一直制约着市场的扩大。直到2003年6月,IEEE批准了802. 3af标准,它明确规定了远程系统中的电力检测和控制事项,并对路由器、交换机和集线器通过以太网电缆向IP电话、安全系统以及无线LAN接入点等设备供电的方式进行了规定。IEEE 802.3af的发展包含了许多公司专家的努力,这也使得该标准可以在各方面得到检验。

IEEE 802.3at标准2005年开始制定,2009年颁布。802.3at标准的输出功率可达30W,受电端可用功率为25.5W.
IEEE 802.3工作组及各厂家联盟在2012年末业界又推出POH-POWER OVER HDBASET.
利用现行的4-Pair 四对线技术加上,双边供电达到60-100W功率,使用5或6类线即可达到。应用在高清视频推播供电给42"LED电视机,以美国2010年新规定42"LED TV 耗电需要低於70W。
在国内生产4-Pair 四对线供电极少,所以有远景的业者应该尽快有POE+升级到POH的技术!

工作过程

当在一个网络中布置POE交换机时,POE交换机工作过程如下:

检测:一开始, poe交换机在端口输出很小的电压,直到其检测到线缆终端的连接为一个支持IEEE802.3af标准的受电端设备。

PD端设备分类:当检测到受电端设备PD之后, poe交换机可能会为PD设备进行分类,并且评估此PD设备所需的功率损耗。

开始供电:在一个可配置时间(一般小于15μs)的启动期内, poe交换机开始从低电压向PD设备供电,直至提供48V的直流电源。

供电:为PD设备提供稳定可靠48V的直流电,满足PD设备不越过15.4W的功率消耗。

断电:若PD设备从网络上断开时, poe交换机就会快速地(一般在300~400ms之内)停止为PD设备供电,并重复检测过程以检测线缆的终端是否连接PD设备。

一个完整的POE系统包括供电端设备(PSE, Power Sourcing Equipment)和受电端设备(PD, Power Device)两部分,poe交换机为PSE设备的一种。PSE设备是为以太网客户端设备供电的设备,同时也是整个POE以太网供电过程的管理者。而PD设备是接受供电的PSE负载,即POE系统的客户端。

汇聚层交换机

定义:是多台接入层交换机的汇聚点,作用是将接入节点统一出口,同样也做转发及选路。它必须能够处理来自接入层设备的所有通信量,并提供到核心层的上行链路,因此汇聚层交换机与接入层交换机比较,汇聚层交换机需要具备高转发性能,通常也是三层交换机。

机器简介

3层层次模型 1,接入层2,汇聚层 3,核心层
汇聚层,是多台接入层交换机的汇聚点,它必须能够处理来自接入层设备的所有通信量,并提供到核心层的上行链路,因此汇聚层交换机与接入层交换机比较,需要更高的性能,更少的接口和更高的交换速率。这一层的功能主要是实现以下一些策略:
1、路由(即文件在网络中传输的最佳路径);
2、访问表,包过滤和排序,网络安全如防火墙等;
3、重新分配路由协议,包括静态路由;
4、在vlan之间进行路由,以及其他工作组所支持的功能;
5、定义组播域和广播域。这一层主要是实现策略的地方。
汇聚层1000Base-T交换机同时存在机箱式和固定端口式两种设计,可以提供多个1000Base-T端口,一般也可以提供1000Base-X等其他形式的端口。接入层和汇聚层交换机共同构成完整的中小型局域网解决方案。

功能

汇聚层主要承担的基本功能有:
1、汇聚接入层的用户流量,进行数据分组传输的汇聚、转发和交换;
2、根据接入层的用户流量,进行本地路由、过滤、流量均衡、QoS优先级管理,以及安全机制,IP地址转换、流量整形、组播管理等处理;
3、根据处理结果将用户流量转发到核心交换层或在本地进行路由处理;
4、完成各种协议的转换(如路由的汇总和重新发布等),以保证核心层连接运行不同的协议的区域。

使用场景

对于汇聚交换机并没有固定要求,取决于网络环境的大小及设备的转发能力,也不是每个网络都必须有这三个结构。

 

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