一网打尽，全面讲解交换机的来龙去脉，基础+拓展史上最全干货

本文经来源：智能化弱电工程分享

1、交换机的概念

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。

举个例子，大学宿舍里拉了一根电信宽带网线，宿舍有6个人，每个人都有一个宽带账号，都想上网，怎么让一根网线变成6根网线呢？这时候就可以用交换机来解决问题，交换机提供了大量可供线缆连接的端口，这样可以采用星型拓扑布线。

释义：网线传输的是电信号，光纤传输的是光信号，交换机除了有RJ45口，还有接入光纤的SC口，并且连接到交换机内的PC机可以进行相互通信，组成局域网。

2、工作过程

每个端口成功连接时，交换机通过将MAC地址和端口对应，形成一张MAC表。在后面的接收发送数据时，发往该MAC地址的数据包将只从对应的端口发出。

释义：终端设备成功连接交换机端口后，终端设备的物理地址/硬件地址（Mac地址），会和接入的端口形成对应的关系，并记录在MAC表内。数据包中含有Mac地址信息，传输数据包时交换机可以根据包内的地址，将数据包从对应的端口发送出去。

交换机具备的功能

学习：将连接设备的Mac地址与端口对应起来，存入Mac表中。

交换机可以“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。

转发/过滤：根据Mac地址发送到对应端口即为发送，不发送到其他端口即为过滤。

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。

交换机交换模式

交换机将数据从一个端口转发到另一个端口的处理方式称为交换模式。

交换模式类型：

存储转发（Store and Forward ）

直通交换（Cut—Through ）

碎片丢弃（Fragmentfree）

1）存储转发(Store and Forward)

特点：交换机接收到数据包后，首先将数据包存储到缓冲器中，进行CRC循环冗余校验,如果这个数据包有CRC错误，则该包将被丢弃；如果数据包完整，交换机查询地址映射表将其转发至相应的端口。

优点：没有残缺数据包转发，可减少潜在的不必要的数据转发缺点：转发速率比直接转发方式慢。

适用环境：存储转发技术适用于普通链路质量或质量较为恶劣的网络环境，这种方式要对数据包进行处理，所以，延迟和帧的大小有关。

2）直通交换(Cut—Through)

特点：交换机只读出数据帧的前6个字节，即通过地址映射表中查找目标地址，将数据帧传送到相应的端口上。直通交换能够实现较少的延迟，因为在数据帧的目的地址被读出，确定了转发端口后马上开始转发这个数据帧。

优点：转发速率快、减少延时和提高整体吞吐率

缺点：会给整个交换网络带来许多垃圾通信包

适用环境：网络链路质量较好、错误数据包较少的网络环境，延迟时间跟帧的大小无关。

3）碎片丢弃（Fragmentfree）

特点：这是介于前两者之间的一种解决方案。它检查数据包的长度是否够64个字节，如果小于64字节，说明是假包，则丢弃该包；如果大于等于64字节，则发送该包。

优点：数据处理速度比存储转发方式快

缺点：比直通式慢

适用环境：一般的通讯链路

2、交换机的分类

交换机按照不同的标准可以分成不同的类型，关于这些类型交换机小编带你详细的了解一下

（一）根据网络覆盖范围分局域网交换机和广域网交换机。

（二）根据传输介质和传输速度划分以太网交换机、快速以太网交换机、千兆以太网交换机、10千兆以太网交换机、ATM交换机、FDDI交换机和令牌环交换机。

（三）根据交换机应用网络层次划分企业级交换机、校园网交换机、部门级交换机和工作组交换机、桌机型交换机。

（四）根据交换机端口结构划分固定端口交换机和模块化交换机。

（五）根据工作协议层划分第二层交换机、第三层交换机和第四层交换机。

（六）根据是否支持网管功能划分网管型交换机和非网管理型交换机

从广义上来看，网络交换机分为两种：广域网交换机和局域网交换机。广域网交换机主要应用于电信领域，提供通信用的基础平台。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。

从规模应用上又可分为企业级交换机、部门级交换机和工作组交换机等。各厂商划分的尺度并不是完全一致的，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（插槽数较少），也可以是固定配置式，而工作组级交换机为固定配置式（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。

交换机分为：非网管交换机、轻网管交换机和全网管交换机。

非网管交换机

二层非网管交换机提供多个接入端口，即插即用，适用于监控网络接入或汇聚。

轻网管交换机

轻网管交换机支持iVMS-4200客户端管理，可实现监控网络拓扑管理、QoS、端口管理等功能。支持海康云管APP管理，可实现端口状态、查看拓扑图、端口重启等操作。

全网管交换机

全网管交换机支持Web管理、命令行管理，管理方式比较全。

不同型号产品功能不同，主要有以下几种功能

红口保障

重要区域视频（如出入口、危险品仓库）接入重要端口。视频不丢帧、不卡顿。红口数据处在严格优先级队列(SP)，始终被交换机优先转发。

光电复用

光电复用口（combo），可作为电口使用网线进行数据传输或作为光口安装光模块，然后接上光纤进行远距离传输。

远距离

开启Extend延长模式，配合海康摄像机，通过超五类或六类网线，最远可传输300 m。

PoE

Power over Ethernet，PoE交换机和PoE IPC都是标准PoE（IEEE 802.3af/at），PSE供电设备和PD受电设备可以自行协商是否需要供电；非标准PoE交换机，网口一直带电，电压主要有12V、24V、48V几种。

稳供电

支持8芯供电。

高防护

多重防护。端口6KV防浪涌（保护电路元器件）、电源4KV防浪涌、PoE过载保护、PSE短路保护、EMC 3级静电防护。

随着通信网络技术的发展，国民经济信息化的推进，光纤光网络、5G技术、工业物联网的发展，对网络交换机要求也越来越高，也是弱电工程不可缺少的设备之一，它具有性能高、相对简单、易于实现、组网灵活等特点。互联网技术已成为当今最重要的信息网络技术，网络交换机也就成为了最普及的交换机。

一张图看懂企业级和部门级交换机的应用场景。此图为示意，根据设计和需求可以自定义布置

按端口传输速率分：分为百兆交换机、千兆交换机、万兆交换机等

常用的基本是百兆交换机和千兆交换机，百兆交换机理论下载速度能达到12.8M/s，千兆交换机理论下载速度能达到128M/s，所以业务需求流量不大的情况下，大家都很少用万兆交换机，万兆交换机都比较昂贵。

交换机的传输模式有全双工，半双工，全双工/半双工自适应

交换机的全双工是指交换机在发送数据的同时也能够接收数据，两者同步进行，这好像我们平时打电话一样，说话的同时也能够听到对方的声音。目前的交换机都支持全双工。全双工的好处在于迟延小，速度快。

提到全双工，就不能不提与之密切对应的另一个概念，那就是“半双工”，所谓半双工就是指一个时间段内只有一个动作发生，举个简单例子，一条窄窄的马路，同时只能有一辆车通过，当目前有两辆车对开，这种情况下就只能一辆先过，等到头儿后另一辆再开，这个例子就形象的说明了半双工的原理。早期的对讲机、以及早期集线器等设备都是实行半双工的产品。随着技术的不断进步，半双工会逐渐退出历史舞台。

管理方式

交换机一般有两种管理方式：

一种是使用自带的console线也叫配置线，一端连接PC机的串口，一端连接交换机的console口；然后使用终端模拟软件CRT/超级终端之类的软件连接管理。平时大家看到工程师将电脑和交换机连接在一起做配置，就是这样连接的。

第二种方法是web方式管理，简单点说就是登陆交换机网页界面进行管理，这个方法很简单，用一条网线，将交换机和PC机相连接，设置为同一网络，再打开浏览器输入管理地址访问就行，大多数品牌的地址都是192.168.1.1，登录用户名和密码都是admin。比起使用console登录管理，web管理简单快捷但是不是所有的设置都能在web管理进行配置，有时候还是需要输入命令。

为什么百兆交换机却没有100M/s的下载速度

如下图，百兆交换机的速率单位是Mbps,也就是说Mbit/s，而下载速度是按MB/s算的，小写的b代表的单位是比特（bit），大写的B是字节（Byte）。

接着1Byte=8bit，那么

100Mbps=102400Kbps=102400Kbps/8KBps=12800KB/s=12.8M/s

单位换算1024B=1KB、1024KB=1MB、1024M=1G

根据上面的说明，相信大家也都清楚了，为什么百兆交换机却没有100兆的下载速度。

虽然说交换机的叫法很多，不过现在常见的是按照网络构成划分，也就是说一般比较接入层交换机、汇聚层交换机、核心层交换机的人更常见，接下来重点分析一下这三种类型的交换机该如何选择。

接入层、汇聚层、核心层为三层网络架构，其中核心层为主干网络，汇聚层提供基于策略的连接，接入层主要连接设备，就像是公司的组织结构一样，高层管理、中层管理和基层员工，各司其职，共同保证公司的正常运转。

接入层交换机的特点

1、接入层交换机的特点：

接入层交换机主要是解决相邻用户之间的访问需求，我们办公常常用到的共享地址就是接入层交换机的功能，使得在同一局域网内的用户可以访问指定路径下的文件，大大的方便了日常的工作。同时，在一些大型的网络中，接入层的交换机还具有用户管理和用户信息收集的功能，比如用户认证，识别用户ip等等。

2、接入层交换机选择建议：

接入层交换机的需求量是最大的，在终端连接的交换机需要满足多端口低成本的特性，因此主要考虑性价比因素，在功能上要求不是很高。

汇聚层交换机的特点：

1、汇聚层交换机的特点：

汇聚层交换机从名字上看就是多台接入层交换机的汇聚部分，用来传递核心层交换机和接入层交换机的信息，汇聚层交换机可以实现策略，根据编辑好的程序实现VLAN之间的路由、工作组接入、地址过滤等功能。

2、汇聚层交换机的选择建议：

由于它所处的地位它的性能必须比接入层更高才、交换速度更快才能满足上传下递的需要。

那么有人会有疑问了，倘若是核心层的交换机端口数足够多，性能足够好，应用环境传输距离近，汇聚层交换机是不是可以省略了，直接将核心交换机与接 入层交换机连接。

答案是可以的，这就像有些小公司只有一个经理具有领导权一样，其他人都是平起平坐，这样的话可以省去很多中间成本，而且网络线路检查维护起来也更方便。

核心层交换机的特点

1、核心层交换机的特点：

核心层交换机需要满足的条件就更多了，作为骨干传输网络需要高可靠性、高效性、可管理性、低延时性等等。

2、核心层交换机的选择建议：

选择核心交换机应重点比较交换机的吞吐量、带宽等因素，选择千兆甚至万兆以上的可管理交换机。

交换机类型

交换机的接口是随着网络类型的变化和传输介质的发展而产生的不同的接口规格，主要有：

双绞线RJ-45接口

光纤接口

AUI接口与BNC

Console接口

FDDI接口

1）双绞线RJ-45接口

数量最多、应用最广的一种接口类型，它属于以太网接口类型。它不仅在最基本的10Base-T以太网网络中使用，还在目前主流的100Base-TX快速以太网和1000Base-TX千兆以太网中使用。

2）光纤接口

目前光纤传输介质发展相当迅速，各种光纤接口也是层出不穷，分别应用于100Base-FX、1000Base-FX等网络中。在局域网交换机3）AUI接口

这是专门用于连接粗同轴电缆的，目前这种网络在局域网中已不多见。现在部分交换机保留了AUI接口。AUI接口是一个15针“D”形接口，类似于显示器接口。这种接口在其他网络设备中也可以见到，如路由器，甚至服务器中。下图中所示的是交换机上的AUI接口示意图。中， SC类型是一种常见的光纤接口，SC接口的芯在接口里面，下图所示的是一款100Base-FX网络的SC光纤接口模块。

3）AUI接口

这是专门用于连接粗同轴电缆的，目前这种网络在局域网中已不多见。现在部分交换机保留了AUI接口。AUI接口是一个15针“D”形接口，类似于显示器接口。这种接口在其他网络设备中也可以见到，如路由器，甚至服务器中。下图中所示的是交换机上的AUI接口示意图。

4）BNC 接口

这是专门用于连接细同轴电缆的接口，目前提供这种接口的交换机比较少见。个别交换机保留BNC接口，主要是用于与细同轴电缆作为传输介质的令牌网络连接。下图是BNC接口的网卡。

5）Console接口

用于配置交换机而使用的接口。不同交换机的Console接口有所不同，有些与Cisco路由器一样采用RJ-45类型Console接口，而有的则采用串口作为Console接口。

6）FDDI接口

在早期的100Mbps时代，还有一种FDDI网络类型，即“光纤分布式数据接口”，其传输介质也是光纤，其接口类型如下图。目前由于它的优势不明显，已经很少见了。

交换机的连接方式

我们常见的网络设备都是多台网络设备连接在一起，我们来看交换机之间有哪些连接方式：

级联

冗余

堆叠

1）级联

级联可以定义为两台或两台以上的交换机通过一定的方式相互连接，根据需要，多台交换机可以以多种方式进行级联。在较大的局域网例如园区网(校园网)中，多台交换机按照性能和用途一般形成总线型、树型或星型的级联结构。

城域网是交换机级联的极好例子，目前各地电信部门已经建成了许多地级市的宽带IP城域网。这些宽带城域网自上向下一般分为3个层次：核心层、汇聚层、接入层。核心层一般采用千兆以太网技术，汇聚层采用1000M/100M以太网技术，接入层采用100M/10M以太网技术，所谓"40G到大楼，万兆到楼层，千兆到桌面"。

这种结构的宽带城域网实际上就是由各层次的许多台交换机级联而成的。核心交换机(或來路冄由器頭筿)下连若干台汇聚交换机，汇聚交换机下联若干台小区中心交换机，小区中心交换机下连若干台楼宇交换机，楼宇交换机下连若干台楼层(或单元)交换机(或集线器)。

交换机间一般是通过普通用户端口进行级联，有些交换机则提供了专门的级联端口(Uplink Port)。这两种端口的区别仅仅在于普通端口符合MDIX标准，而级联端口(或称上行口)符合MDI标准。由此导致了两种方式下接线方式不同：当两台交换机都通过普通端口级联时，端口间电缆采用交叉电缆(Crossover Cable)；当且仅当其中一台通过级联端口时，采用直通电缆(Straight Through Cable)。

为了方便进行级联，某些交换机上提供一个两用端口，可以通过开关或管理软件将其设置为MDI或MDIX方式。更进一步，某些交换机上全部或部分端口具有MDI/MDIX自校准功能，可以自动区分网线类型，进行级联时更加方便。

用交换机进行级联时要注意以下几个问题。原则上任何厂家、任何型号的以太网交换机均可相互进行级联，但也不排除一些特殊情况下两台交换机无法进行级联。交换机间级联的层数是有一定限度的。成功实现级联的最根本原则，就是任意两节点之间的距离不能超过媒体段的最大跨度。多台交换机级联时，应保证它们都支持生成树(Spanning-Tree）协议，既要防止网内出现环路，又要允许冗余链路存在。

进行级联时，应该尽力保证交换机间中继链路具有足够的带宽，为此可采用全双工技术和链路汇聚技术。交换机端口采用全双工技术后，不但相应端口的吞吐量加倍，而且交换机间中继距离大大增加，使得异地分布、距离较远的多台交换机级联成为可能。链路汇聚也叫端口汇聚、端口捆绑、链路扩容组合，由 IEEE802.3ad标准定义。即两台设备之间通过两个以上的同种类型的端口并行连接，同时传输数据，以便提供更高的带宽、更好的冗余度以及实现负载均衡。链路汇聚技术不但可以提供交换机间的高速连接，还可以为交换机和服务器之间的连接提供高速通道。需要注意的是，并非所有类型的交换机都支持这两种技术。

级联是最常见的连接方式，即使用网线将两个交换机连接起来。有使用光纤介质连接和双绞线介质连接两种情况。

光纤介质连接：

直接连接的两个交换机端口要保证一致的光纤规格、端口速率，发送信号光纤端口与接收信号光纤端口相连。

双绞线介质连接：

分普通端口和使用Uplink端口级联两种情况。普通端口之间相连，使用交叉双绞线；一台交换机使用UPlink端口相连使用直通双绞线。

注意：目前有些交换机已实现智能判断，即使用交叉线或直通线均可在两台交换机之间建立连接。

2）冗余

SpanningTree冗余连接：工作方式是StandBy，一条链路在工作，其余链路处于待机(StandBy)状态，效率没有提高，可靠性提高。

PortTrunking连接：多条冗余连接链路实现负载分担。交换机之间联结带宽成倍提高，可靠性已得到增强。

3）堆叠

堆叠是指将一台以上的交换机组合起来共同工作，以便在有限的空间内提供尽可能多的端口。多台交换机经过堆叠形成一个堆叠单元。可堆叠的交换机性能指标中有一个"最大可堆叠数"的参数，它是指一个堆叠单元中所能堆叠的最大交换机数，代表一个堆叠单元中所能提供的最大端口密度。

堆叠与级联这两个概念既有区别又有联系。堆叠可以看作是级联的一种特殊形式。它们的不同之处在于：级联的交换机之间可以相距很远(在媒体许可范围内)，而一个堆叠单元内的多台交换机之间的距离非常近，一般不超过几米；级联一般采用普通端口，而堆叠一般采用专用的堆叠模块和堆叠电缆。一般来说，不同厂家、不同型号的交换机可以互相级联，堆叠则不同，它必须在可堆叠的同类型交换机(至少应该是同一厂家的交换机)之间进行；级联仅仅是交换机之间的简单连接，堆叠则是将整个堆叠单元作为一台交换机来使用，这不但意味着端口密度的增加，而且意味着系统带宽的加宽。目前，市场上的主流交换机可以细分为可堆叠型和非堆叠型两大类。而号称可以堆叠的交换机中，又有虚拟堆叠和真正堆叠之分。所谓的虚拟堆叠，实际就是交换机之间的级联。交换机并不是通过专用堆叠模块和堆叠电缆，而是通过Fast Ethernet端口或Giga Ethernet端口进行堆叠，实际上这是一种变相的级联。即便如此，虚拟堆叠的多台交换机在网络中已经可以作为一个逻辑设备进行管理，从而使网络管理变得简单起来。

真正意义上的堆叠应该满足：采用专用堆叠模块和堆叠总线进行堆叠，不占用网络端口；多台交换机堆叠后，具有足够的系统带宽，从而保证堆叠后每个端口仍能达到线速交换；多台交换机堆叠后，VLAN等功能不受影响。

目前市场上有相当一部分可堆叠的交换机属于虚拟堆叠类型而非真正堆叠类型。很显然，真正意义上的堆叠比虚拟堆叠在性能上要高出许多，但采用虚拟堆叠至少有两个好处：虚拟堆叠往往采用标准Fast Ethernet或Giga Ethernet作为堆叠总线，易于实现，成本较低；堆叠端口可以作为普通端口使用，有利于保护用户投资。采用标准Fast Ethernet或Giga Ethernet端口实现虚拟堆叠，可以大大延伸堆叠的范围，使得堆叠不再局限于一个机柜之内。

堆叠可以大大提高交换机端口密度和性能。堆叠单元具有足以匹敌大型机架式交换机的端口密度和性能，而投资却比机架式交换机便宜得多，实现起来也灵活得多。这就是堆叠的优势所在。

机架式交换机可以说是堆叠发展到更高阶段的产物。机架式交换机一般属于部门以上级别的交换机，它有多个插槽，端口密度大，支持多种网络类型，扩展性较好，处理能力强，但价格昂贵。

只有支持堆叠的交换机之间才可进行堆叠，使用专用的堆叠线通过交换机上提供的堆叠接口使用一定的连接方式连接起来。多台交换机的堆叠是靠一个提供背板总线带宽的多口堆叠母模块与单口的堆叠子模块相连实现的，并插入不同的交换机实现交换机的堆叠。

堆叠中的所有交换机可视为一个整体的交换机来进行管理，也就是说，堆叠中所有的交换机从拓扑结构上可视为一个交换机。堆栈在一起的交换机可以当作一台交换机来统一管理。交换机堆叠技术采用了专门的管理模块和堆栈连接电缆，这样做的好处是，一方面增加了用户端口，能够在交换机之间建立一条较宽的宽带链路，这样每个实际使用的用户带宽就有可能更宽（只有在并不是所有端口都在使用情况下）。另一方面多个交换机能够作为一个大的交换机，便于统一管理。

所谓集群，就是将多台互相连接(级联或堆叠)的交换机作为一台逻辑设备进行管理。集群中，一般只有一台起管理作用的交换机，称为命令交换机，它可以管理若干台其他交换机。在网络中，这些交换机只需要占用一个IP地址(仅命令交换机需要)，节约了宝贵的IP地址。在命令交换机统一管理下，集群中多台交换机协同工作，大大降低管理强度。

集群技术给网络管理工作带来的好处是毋庸置疑的。但要使用这项技术，应当注意到，不同厂家对集群有不同的实现方案，一般厂家都是采用专有协议实现集群的。这就决定了集群技术有其局限性。不同厂家的交换机可以级联，但不能集群。即使同一厂家的交换机，也只有指定的型号才能实现集群。如CISCO3500XL系列就只能与1900、 2800 、2900XL系列实现集群。

交换机的级联、堆叠、集群这3种技术既有区别又有联系。级联和堆叠是实现集群的前提，集群是级联和堆叠的目的；级联和堆叠是基于硬件实现的；集群是基于软件实现的；级联和堆叠有时很相似(尤其是级联和虚拟堆叠)，有时则差别很大(级联和真正的堆叠)。随着局域网和城域网的发展，上述三种技术必将得到越来越广泛的应用。

交换机的工作特点：

拥有一条很高带宽的背板总线和内部交换矩阵所有的端口都挂接在这条背板总线上控制电路收到数据包以后，处理端口会查找内存中的地址对照表以确定目的MAC地址的网卡（NIC）挂接在哪个端口上，通过内部交换矩阵迅速将数据包传送到目的端口目的MAC若不存在才广播到所有的端口，接收端口回应后交换机会“学习”新的地址，并把它添加入内部MAC地址表中。

3、交换机的特性，与网桥和集线器相比，交换机从下面几方面改进了性能：

（1）通过支持并行通信，提高了交换机的信息吞吐量。

（2）将传统的一个大局域网上的用户分成若干工作组，每个端口连接一台设备 或连接一个工作组，有效地解决拥挤现象。

（3）虚拟网（Virtual LAN）技术的出现，给交换机的使用和管理带来了更大 的灵活性。

（4）端口密度可以与集线器相媲美,一般的网络系统都是有一个或几个服务器，而绝大部分都是普通的客户机。客户机都需要访问服务器，这样就导致服务器的通信和事务处理能力成为整个网络性能好坏的关键。

实验步骤

(1) 步骤 1：配置主机名

Switch> enableSwitch# conf terminalEnter configuration commands, one per line. End with CNTL/Z.Switch(config)# hostname S1

(2) 步骤 2：配置密码

S1(config)# enable secret ciscoS1(config)# line vty 0 15S1(config-line)# password ciscoS1(config-line)# login

(3) 步骤 3：接口基本配置

默认时交换机的以太网接口是开启的。对于交换机的以太网口可以配置其双工模式、速率等。

S1(config)# interface f0/1switch(config-if)# duplex { full | half | auto }//duplex 用来配置接口的双工模式，full——全双工、half——半双工、auto——自动检测双工的模式switch(config-if)# speed { 10 | 100 | 1000 | auto }//speed 命令用来配置交换机的接口速度，10——10M、100——100M、1000——1000M、auto

——自动检测接口速度。

(4) 配置管理地址

交换机也允许被 telnet，这时需要在交换机上配置一个 IP 地址,这个地址是在 VLAN 接

口上配置的。如下：

S1(config)# int vlan 1S1(config-if)# ip address 172.16.0.1 255.255.0.0S1(config-if)# no shutdownS1(config)# ip default-gateway 172.16.0.254

//以上在 VLAN 1 接口上配置了管理地址，接在 VLAN 1 上的计算机可以直接进行 telnet 该

地址。为了其他网段的计算机也可以 telnet 交换机，我们在交换机上配置了缺省网关。

(5) 保存配置

S1# copy running-config startup-configDestination filename [startup-config]?Building configuration...

3、交换机的用途

交换机的基本功能如下：

1． 像集线器一样，交换机提供了大量可供线缆连接的端口，这样可以采用星型拓扑布线。

2． 像中继器、集线器和网桥那样，当它转发帧时，交换机会重新产生一个不失真的方形电信号。

3． 像网桥那样，交换机在每个端口上都使用相同的转发或过滤逻辑。

4． 像网桥那样，交换机将局域网分为多个冲突域，每个冲突域都是有独立的宽带，因此大大提高了局域网的带宽。

5． 除了具有网桥、集线器和中继器的功能以外，交换机还提供了更先进的功能，如虚拟局域网（VLAN）和更高的性能。

说明：交换机下还可以再接交换机的，同一网段的没什么限制，一般情况下最多不要超过四级。

那么POE交换机与普通交换机的区别?

传统的交换机只能实现数据传输，而POE交换机支持通过网线给终端供电。相对而言，使用POE交换机后，减少了大量电源线连接，在一定程度上提高了用电安全。POE技术通过网线传输直流电，针对输出电流在网线中的传输采取了一系列安全保护措施（短路、过载、浪涌防护等）。同时POE交换机可智能检测终端是否支持POE，在接入非POE终端时不会供电，从而很好的兼容了普通交换机的功能。

POE交换机功率如何计算的呢？

以海康POE交换机为例，通过查询交换机Spec表，得到相关型号的POE参数

以型号DS-3E0326P-E举例

①n个802.3at的终端，m个802.3af的终端

②单台受电端（通常指IPC）功率≤25.5W

什么是交换容量？

什么是包转发率?

一、 交换机从外形主要分为盒式交换机和框式交换机，盒式交换机和框式交换机内部主要功能部件都一样，只是形态和性能上有很大的区别。

1、盒式交换机
外形如下图：

硬件模块逻辑结构如下图：

2、框式交换机
外形如下图（每个品牌的布局可能不一样）：

二、交换架构的演进介绍（主要以框式）
1，共享总线
2，环形交换
3，共享内存
4，Crossbar＋共享内存
5，分布式Crossbar

1、共享总线
总线交换是最古老的一种数据交换方式，这种方式的主要特点是没有专门的交换网芯片，通过共享背板总线进行各线卡之间的数据传递，各线卡分时占用背板总线，共享总线不可避免内部冲突；结构和技术比较简单，但交换容量受背板总线带宽限制，无法构建大容量系统，并且随着背板总线带宽的增加，码流的同步控制也成为一大瓶颈；目前采用这种交换方式的系统交换容量一般小于32G，并且一般都是有阻塞的系统。这种交换形式在一些老机型上仍有使用，新的系统不会采用这种交换形式。这种交换形式将逐渐被淘汰。

2、环形交换
环形交换实质上仍然是一种总线交换方式，改进点就是将总线移到了芯片中，而不是在背板上；
带宽有所提高，但是没有根本改善；采用这种交换方式的系统容量在32G-64G之间，一般来讲都是有阻塞的系统；这种交换形式也将逐渐被淘汰。

3、共享内存
共享内存结构的交换机使用大量的高速RAM来存储输入数据，同时依赖中心交换引擎来提供全端口的高性能连接，由核心引擎检查每个输入包以决定路由。这类交换机设计上比较容易实现，但在交换容量扩展到一定程度时内存操作会产生延迟，另外在这种设计中由于总线互连的问题增加冗余交换引擎相对比较复杂，所以这种交换机如果提供双引擎的话要做到非常稳定相对比较困难。所以我们可以看到早期在市场上推出的网络核心交换机往往都是单引擎，尤其是随着交换机端口的增加,由于需要内存容量更大,速度也更快,中央内存的价格变得很高。交换引擎会成为性能实现的瓶颈。

4、Crossbar（交换矩阵）＋共享内存

随着网络核心交换机的交换容量从几十个Gbps发展到今天的几百个Gbps，一种称之为CrossBar的交换模式逐渐成为网络核心交换机的首选。CrossBar(即CrossPoint)被称为交叉开关矩阵或纵横式交换矩阵。它能很好的弥补共享内存模式的一些不足。
首先，CrossBar实现相对简单。共享交换架构中的线路卡到交换结构的物理连接简化为点到点连接，实现起来更加方便，从而更加容易保证大容量交换机的稳定性;
其次，CrossBar内部无阻塞（相对的）。一个CrossBar，只要同时闭合多个交叉节点(crosspoint)，多个不同的端口就可以同时传输数据。从这个意义上，我们认为所有的CrossBar在内部是无阻塞的，因为它可以支持所有端口同时线速交换数据。另外，由于其简单的实现原理和无阻塞的交换结构使其可以运行在非常高的速率上。半导体厂商目前已经可以用传统CMOS技术制造出10Gbit/s以上速率的点对点串行收发芯片。
基本上2000年以后出现的网络核心交换机基本上都选择了CrossBar结构的ASIC（一种为专门目的而设计的集成电路）芯片作为核心，但由于Crossbar芯片的成本等诸多因素，这时的核心交换设备几乎都选择了共享内存方式来设计业务板，从而降低整机的成本因此，“CrossBar+共享内存”成为比较普遍的核心交换架构。但这种结构下，依然会存在业务板总线和交换网板的Crossbar互连问题。由于业务板总线上的数据都是标准的以太网帧，而一般Crossbar都采用信元交换的模式来体现Crossbar的效率和性能。因此在业务板上采用的共享总线的结构在一定程度上影响Crossbar的效率，整机性能完全受限于交换网板Crossbar的性能。

5、分布式Crossbar（CLOS）

传统的园区网交换机一般采用“Crossbar+共享缓存”的交换架构，引擎板继承担控制平面的工作，同时也承担数据转发平面的工作，跨槽位的流量转发报文需要经背板到引擎板的Crossbar芯片进行转发。

这种架构限制了设备的可靠性和性能：可靠性限制：引擎需要承接数据转发平面的工作，因此在引擎出现主备倒换时必然会出现丢包。此外引擎1＋1冗余，也使得Crossbar交换网只能是1＋1的冗余，冗余能力无法做的更高。性能限制：受制于业界当前Crossbar芯片的工艺以及引擎PCB板卡布线等制造工艺，将Crossbar交换网与CPU主控单元集中在一块引擎板上的结构，一般单块引擎的交换容量不可能做的太高（一般约1TB左右）。

数据中心级交换机产品将控制平面与转发平面物理分离，一般有独立的引擎板和交换网板，同时采用CLOS多级交换架构，大大提高设备的可靠性及性能。

分布式Crossbar设计中，CPU也采用了分布式设计。设备主控板上的主CPU负责整机控制调度、路由表学习和下发;业务板从CPU主要负责本地查表、业务板状态维护工作。

这就实现了分布式路由计算和分布式路由表查询，大大缓解主控板的压力，提高了交换机转发效率，这也是业务板本地转发能够提高效率的重要原因。这种分布式Crossbar、分布式交换的设计理念是核心网络设备设计的发展方向，保证了现在的网络核心能支撑未来海量的数据交换和灵活的多业务支持的需求。

二、 主控单板、交换网板（数据交换从主控分离出来）、接口单板、背板的介绍

主控单板、交换网板、接口单板是华为的名称，其他品牌各有自己的名称，如思科的名称是、管理引擎、交换矩阵、线卡，虽然名称不一样但是都是同类部件，这些概念都是针对框式交换机，即机框+可插拔板卡形式的交换机。

1、背板：
是机框背部内侧的一块板子，背板是框式交换机用于连接引擎、交换矩阵、线卡、风扇、电源等的PCB板，类似计算机的主板(显卡、声卡等都插入主板)，提供插卡的供电、数据、管理、控制平面的各种通道。

背板技术每家又大不相同，华为的主控单板、交换网板、接口板都插在同一侧属于平行结构，而思科等交换机品牌最大的特点就是业务线卡和交换矩阵采用了正交硬件架构技术，正交架构最大的特点就是业务线卡和交换矩阵通过背板90°直接连接。

相对于传统的无源铜背板技术，正交硬件架构大大缩短了业务线卡与交换矩阵卡之间的高速信号传输距离，为交换机的高速信号稳定传输提供了硬件架构基础。现在的交换机，为了提高背板器件可用性，一般不会在背板上设计芯片，而全部是硬件链路，将器件故障率降低。

2、主控单板：
提供设备的管理和控制功能以及数据平面的协议处理功能，负责处理各种通信协议；作为用户操作的代理，根据用户的操作指令来管理系统、监视性能，并向用户反馈设备运行情况；对接口板、交换模块、风扇、电源进行监控和维护。

3、交换网板：
主要是负责跨接口单板卡之间的数据转发交换，负责各接口板之间报文的交换、分发、调度、控制等功能。通常交换单元采用高性能的ASIC芯片，提供线速转发。从接口单板A到接口单板B的数据转发路径是接口单板A->背板->交换网板->背板->接口单板B。

交换网板上一般会有一个或者多个交换芯片，交换机芯片通过交换网板内部链路、背板与各个接口单板相连，提供接口单板之间的数据交换。

4、接口单板：
也称为接口单元或业务处理板，提供业务传输的外部物理接口，完成报文接收和发送。对于分布式系统，承担部分协议处理和交换/路由功能。

一、机架式交换机的简介

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，高端交换机有不少采用机架式结构。

堆叠式交换机是一种类型的交换机。根据设计，这种交换机可以一台叠放在另一台的上面。这种交换机与机架式交换机不同，可以放置在 网络机柜 中，也可以单独摆放。

堆叠式交换机的功能根据厂商和平台的不同而有所不同。许多堆叠式交换机不支持服务质量(QoS)、多播和虚拟局域网管理等高级功能。PureData和DLink这两家公司生产的堆叠式交换机支持某种形式的服务质量规则。对于你需要的功能，请参阅厂商的技术支持说明。

对于访问层(accesslayer)交换技术来说，要选择支持虚拟局域网、安全传输协议(STP)和IGMP(互联网组播协议)的交换机。支持服务质量在这种情况下是附加的好处，不必刻意追求。我强烈建议在你的交换机的集合点应用QoS。这是服务质量功能、时序安排和队列最需要的地方。

二、盒式交换机，机架式交换机和框架交换机的区别

机架式交换机：是可以安装在标准19“机柜中的网络设备，美观度好看;

框架式交换机：是自带外框架的网络设备，一般情况也可以安装在19”网络机柜中，美观度一般;

盒式交换机：我理解的就是落地式、塔式交换机，放在机柜中的托板上，美观度较差;

三、机架式交换机的尺寸

如何在有限的空间内部署更多的服务器直接关系到企业的服务成本，通常选用机械尺寸符合19英寸工业标准的机架式服务器。机架式服务器也有多种规格，例如1U(4.445cm高)、2U、4U、6U、8U等。通常1U的机架式服务器最节省空间，但性能和可扩展性较差，适合一些业务相对固定的使用领域。4U以上的产品性能较高，可扩展性好，一般支持4个以上的高性能处理器和大量的标准热插拔 部件。

交换机常见品牌

部门级交换机常见的有TP-LINK，中文品牌名叫普联，中小企业的办公室，家庭里用得比较多；企业级交换机常见的有华为、华三、锐捷、思科，机房里用得较多的还是华为吧，品牌效应较强，价格均比其他品牌贵，当然性能也很好；教育行业锐捷用得较多，思科在中国渐渐少了。

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