交换机主要技术参数分析与选型要点.docx

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交换机主要技术参数分析与选型要点

CHANGSHAUNIVERSITYOFSCIENCE&TECHNOLOGY

《网络工程设计》课程设计论文

交换机主要技术参数分析与选型

学院计算机与通信工程专业

班级学号

学生姓名指导教师

课程成绩完成日期2

课程设计成绩评定

学院计算机与通信工程专业网络工程

班级学号2

学生姓名指导教师

完成日期

指导教师对学生在课程设计中的评价

评分项目

优

良

中

及格

不及格

课程设计中的创造性成果

学生掌握课程内容的程度

课程设计完成情况

课程设计动手能力

文字表达

学习态度

规范要求

课程设计论文的质量

指导教师对课程设计的评定意见

综合成绩指导教师签字2013年9月11日

课程设计任务书

计算机与通信工程学院网络工程专业

课程名称

网络工程设计课程设计

时间

学生姓名

指导老师

题目

交换机主要技术参数分析与选型

主要内容：

（1）交换机的工作原理与分类

（2）交换机的参考标准与选型

（3）网络环境中交换机的配置仿真

要求：

（1）综合运用计算机网络基本理论和交换机的工作原理。

（2）掌握查找与使用文献的能力。

（3）通过课程设计培养严谨的科学研究态度，认真负责的工作作风。

应当提交的文件：

（1）课程设计论文。

（2）课程设计附件（相关配置命令清单、报告等）。

交换机的主要技术参数分析与选型

学生姓名：

指导教师：

摘要：

在局域网中交换机是一个重要的网络设备,其工作状态的好坏直接决定整个网络的性能和效率。

如何选择一个高性价比的交换机一直是网络系统集成商和网络用户在构建网络时首先需要考虑的问题。

通过分析交换机吞吐率、交换方式、背板带宽等技术参数，结合交换机在网络中的具体应用，分析总结出核心层交换机的选型和汇聚层交换机选型的标准。

关键字：

交换机；技术参数；选型；配置

1引言

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出去。

以下介绍交换机的技术参数与选型。

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。

交换机在转发数据帧时，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。

1.1交换机的工作原理

二层交换机原理

二层交换机属数据链路层设备，可以识别数据包中的MAC地址信息，根据MAC地址进行转发，并将这些MAC地址与对应的端口记录在自己内部的一个地址表中。

具体的工作流程如下：

（1）当交换机从某个端口收到一个数据包，它先读取包头中的源MAC地址，这样它就知道源MAC地址的机器是连在哪个端口上的；

（2）再去读取包头中的目的MAC地址，并在地址表中查找相应的端口；

（3）如表中有与这目的MAC地址对应的端口，把数据包直接复制到这端口上；

（4）如表中找不到相应的端口则把数据包广播到所有端口上，当目的机器对源机器回应时，交换机又可以学习一目的MAC地址与哪个端口对应，在下次传送数据时就不再需要对所有端口进行广播了。

不断的循环这个过程，对于全网的MAC地址信息都可以学习到，二层交换机就是这样建立和维护它自己的地址表。

三层交换机的原理

在第三层交换机中，与路由器有关的第三层路由硬件模块插接在高速背板/总线上，这种方式使得路由模块可以与需要路由的其他模块间高速地交换数据，从而突破了传统的外接路由器接口速率的限制（10Mbit/s---100Mbit/s）。

在软件方面，第三层交换机将传统的基于软件的路由器重新进行了界定：

（1）．数据封包的转发：

如IP/IPX封包的转发，这些有规律的过程通过硬件高速实现；

（2）．第三层路由软件：

如路由信息的更新、路由表维护、路由计算、路由的确定等功能，用优化、高效的软件实现。

设有两个IP协议站点，通过第三层交换机进行通信的过程为：

站点A在开始发送时，已知目的站B的IP地址，但不知道它在局域网上发送所需要的MAC地址，则需要采用ARP来确定B的MAC地址。

A把自己的IP地址与B的IP地址比较，通过子网掩码提取出网络地址判断B是否与自己在同一子网内。

若在同一子网内，A广播一个ARP请求，B返回其MAC地址，A得到B的MAC地址后将这一地址缓存起来，并用此MAC地址封包转发数据，第二层交换模块查找MAC地址表确定数据包的目的端口。

若两个站点不在同一子网内，则A要向"缺省网关"发出ARP封包，而"缺省网关"的IP地址已经在系统软件中设置，这个IP地址实际上对应第三层交换机的第三层交换模块。

当A对"缺省网关"的IP地址广播出一个ARP请求时，若第三层交换模块在以往的通信过程中已得到B的MAC地址，则向发送站A回复B的MAC地址；否则第三层交换模块根据路由信息向目的站广播一个ARP请求，B得到此ARP请求后向第三层交换模块回复其MAC地址，第三层交换模块保存此地址并回复给发送站A。

以后，当再进行A与B之间数据包转发时，将用最终的目的站点的MAC地址封包，数据转发过程全部交给第二层交换处理，信息得以高速交换

1.2交换机的功能

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。

学习：

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。

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。

1.3交换机的分类

交换机的分类标准多种多样，常见的有以下几种：

（1）根据网络覆盖范围分

局域网交换机和广域网交换机。

（2）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。

（3）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。

（4）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。

（5）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。

（6）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。

2交换机的参考标准和选型

交换机参数是使用者用来衡量交换机用途、性能的重要参考依据，任何一个网络在施工之前都必须经严格的论证，论证的过程就包括网络拓扑结构的分析，节点设备功能的确定等环节；其中设备功能的确定主要是根据该网络的业务要求而确定，也就是能常所说的设备选型，而选购者也就是根据交换机相应的性能参数来选购所需设备。

例如该网络用户需要满足的最小带宽、用户节点数量、是否支持远程网络管理、该交换机有多少个扩展槽、支持那些网络协议、是否支持VLAN、端口数量等等。

2.1交换机的主要技术参数

交换方式

目前交换机在传送源和目的端口的数据包时通常采用直通式交换、存储转发式和碎片隔离方式三种数据包交换方式。

目前的存储转发式是交换机的主流交换方式。

（1）、直通交换方式（Cut-through）

只检查数据包的包头，不需要存储，所以切入方式具有延迟小，交换速度快的优点。

缺点主要有三个方面：

一是因为数据包内容并没有被以太网交换机保存下来，所以无法检查所传送的数据包是否有误，不能提供错误检测能力；第二，由于没有缓存，不能将具有不同速率的输入／输出端口直接接通，而且容易丢包。

如果要连到高速网络上，如提供快速以太网（100BASE－T）、FDDI或ATM连接，就不能简单地将输入／输出端口“接通”，因为输入／输出端口间有速度上的差异，必须提供缓存；第三，当以太网交换机的端口增加时，交换矩阵变得越来越复杂，实现起来就越困难。

（2）、存储转发方式（Store-and-Forward）

存储转发方式在数据处理时延时大，这是它的不足，但是它可以对进入交换机的数据包进行错误检测，并且能支持不同速度的输入／输出端口间的交换，可有效地改善网络性能。

它的另一优点就是这种交换方式支持不同速度端口间的转换，保持高速端口和低速端口间协同工作。

实现的办法是将10Mbps低速包存储起来，再通过100Mbps速率转发到端口上。

（3）、碎片隔离式（FragmentFree）

这是介于直通式和存储转发式之间的一种解决方案。

它在转发前先检查数据包的长度是否够64个字节（512bit），如果小于64字节，说明是假包（或称残帧），则丢弃该包；如果大于64字节，则发送该包。

该方式的数据处理速度比存储转发方式快，但比直通式慢，但由于能够避免残帧的转发，所以被广泛应用于低档交换机中。

背板带宽（Gbps）

交换机的背板带宽，是交换机接口处理器或接口卡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。

包转发率

包转发率标志了交换机转发数据包能力的大小。

单位一般为pps（包每秒），一般交换机的包转发率在几十Kpps到几百Mpps不等。

包转发速率是指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。

包转发率以数据包为单位体现了交换机的交换能力。

其实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。

MAC地址表

不同档次的交换机每个端口所能够支持的MAC数量不同。

在交换机的每个端口，都需要足够的缓存来记忆这些MAC地址，所以Buffer（缓存）容量的大小就决定了相应交换机所能记忆的MAC地址数多少。

通常交换机只要能够记忆1024个MAC地址基本上就可以了，而一般的交换机通常都能做到这一点，所以如果对网络规模不是很大的情况下，这参数无需太多考虑。

当然越是高档的交换机能记住的MAC地址数就越多，这在选择时要视所连网络的规模而定了。

传输速率（Mbps）

交换机的传输速度是指交换机端口的数据交换速度。

目前常见的有10Mbps、100Mbps、1000Mbps等几类。

除此之外，还有10GMbps交换机，但目前很少。

10M/100Mbps自适应交换机适合工作