交換機

交換機

交換機(switch)是一種在通信系統中完成信息交換功能的設備。

電腦網路系統中,交換概念的提出是對于共享工作模式的改進。HUB集線器就是一種共享設備,HUB本身不能識別目的地址,當同一區域網路內的A主機給B主機傳輸資料時,封包在以 HUB為架構的網路上是以廣播方式傳輸的,由每一台終端通過驗證封包頭的地址信息來確定是否接收。在這種工作方式下,同一時刻網路上隻能傳輸一組資料幀的通訊,如果發生碰撞還得重試。這種方式就是共享網路頻寬

  • 中文名稱
    交換機
  • 外文名稱
    Switch
  • 用途
    網路連線時不可缺少的設備
  • 拼音
    [jiāo huàn jī]
  • 釋義
    開關
  • 屬性
    網路設備

基本概念

交換機(英文:Switch,意為“開關”)是一種用于電信號轉發的網路設備。它可以為接入交換機的任意兩個網路節點提供獨享的電信號通路。最常見的交換機是乙太網交換機。其他常見的還有電話語音交換機、光纖交換機等。

交換機交換機

主要特點

交換機的主要功能包括物理編址、網路拓撲結構、錯誤校驗、幀序列以及流控。目前交換機還具備了一些新的功能,如對VLAN(虛擬區域網路)的支持、對鏈路匯聚的支持,甚至有的還具有防火牆的功能。

交換機交換機

學習:乙太網交換機了解每一連線埠相連設備的MAC地址,並將地址同相應的連線埠對應起來存放在交換機快取中的MAC地址表中。

轉發/過濾:當一個資料幀的目的地址在MAC地址表中有對應時,它被轉發到連線目的節點的連線埠而不是所有連線埠(如該資料幀為廣播/組播幀則轉發至所有連線埠)。

消除回路:當交換機包括一個冗餘回路時,乙太網交換機通過生成樹協定避免回路的產生,同時允許存在後備路徑。

交換機除了能夠連線同種類型的網路之外,還可以在不同類型的網路(如乙太網和快速乙太網)之間起到互連作用。如今許多交換機都能夠提供支持快速乙太網或FDDI等的高速連線連線埠,用于連線網路中的其它交換機或者為頻寬佔用量大的關鍵伺服器提供附加頻寬。

一般來說,交換機的每個連線埠都用來連線一個獨立的網段,但是有時為了提供更快的接入速度,我們可以把一些重要的網路電腦直接連線到交換機的連線埠上。這樣,網路的關鍵伺服器和重要使用者就擁有更快的接入速度,支持更大的信息流量。

交換機

最後簡略的概括一下交換機的基本功能:

1. 像集線器一樣,交換機提供了大量可供線纜連線的連線埠,這樣可以採用星型拓撲布線。

2. 像中繼器、集線器和網橋那樣,當它轉發幀時,交換機會重新產生一個不失真的方形電信號。

3. 像網橋那樣,交換機在每個連線埠上都使用相同的轉發或過濾邏輯。

4. 像網橋那樣,交換機將區域網路分為多個沖突域,每個沖突域都是有獨立的寬頻,因此大大提高了區域網路的頻寬。

5. 除了具有網橋、集線器和中繼器的功能以外,交換機還提供了更先進的功能,如虛擬區域網路(VLAN)和更高的性能。

基本術語

交換機的傳輸模式有全雙工,半雙工,全雙工/半雙工自適應

交換機的全雙工是指交換機在傳送資料的同時也能夠接收資料,兩者同步進行,這好像我們平時打電話一樣,說話的同時也能夠聽到對方的聲音。目前的交換機都支持全雙工。全雙工的好處在于遲延小,速度快。

提到全雙工,就不能不提與之密切對應的另一個概念,那就是“半雙工”,所謂半雙工就是指一個時間段內隻有一個動作發生,舉個簡單例子,一條窄窄的馬路,同時隻能有一輛車通過,當目前有兩輛車對開,這種情況下就隻能一輛先過,等到頭兒後另一輛再開,這個例子就形象的說明了半雙工的原理。早期的對講機、以及早期集線器等設備都是實行半雙工的產品。隨著技術的不斷進步,半雙工會逐漸退出歷史舞台。 

從廣義上來看,網路交換機分為兩種:廣域網交換機和區域網路交換機。廣域網交換機主要套用于電信領域,提供通額度的基礎平台。而區域網路交換機則套用于區域網路絡,用于連線終端設備,如PC機及網路列印機等。從傳輸介質和傳輸速度上可分為乙太網交換機、快速乙太網交換機、千兆乙太網交換機、FDDI交換機、ATM交換機和令牌環交換機等。從規模套用上又可分為企業級交換機、部門級交換機和工作組交換機等。各廠商劃分的尺度並不是完全一致的,一般來講,企業級交換機都是機架式,部門級交換機可以是機架式(插槽數較少),也可以是固定配置式,而工作組級交換機為固定配置式(功能較為簡單)。另一方面,從套用的規模來看,作為骨幹交換機時,支持500個信息點以上大型企業套用的交換機為企業級交換機,支持300個信息點以下中型企業的交換機為部門級交換機,而支持100個信息點以內的交換機為工作組級交換機。本文所介紹的交換機指的是區域網路交換機。

其他資料

交換(switching)是按照通信兩端傳輸信息的需要,用工或設備自動完成的方法,把要傳輸的信息送到符合要求的相應路由上的技術的統稱。根據工作位置的不同,可以分為廣域網交換機和區域網路交換機。廣域的交換機(switch)就是一種在通信系統中完成信息交換功能的設備。

在電腦網路系統中,交換概念的提出改進了共享工作模式。而HUB集線器就是一種共享設備,HUB本身不能識別目的地址,當同一區域網路內的A主機給B主機傳輸資料時,封包在以HUB為架構的網路上是以廣播方式傳輸的,由每一台終端通過驗證封包頭的地址信息來確定是否接收。也就是說,在這種工作方式下,同一時刻網路上隻能傳輸一組資料幀的通訊,如果發生碰撞還得重試。這種方式就是共享網路頻寬。通俗的說,普通交換機是不帶管理功能的,一根進線,其他接口接到電腦上就可以了。

原理

工作在資料鏈路層,交換機擁有一條很高頻寬的背部匯流排和內部交換矩陣。交換機的所有的連線埠都掛接在這條背部匯流排上,控製電路收到封包以後,處理連線埠會查找記憶體中的地址對照表以確定目的MAC(網卡的硬體地址)的NIC(網卡)掛接在哪個連線埠上,通過內部交換矩陣迅速將封包傳送到目的連線埠,目的MAC若不存在,廣播到所有的連線埠,接收連線埠回應後交換機會“學習”新的地址,並把它增加入內部MAC地址表中。使用交換機也可以把網路“分段”,通過對照MAC地址表,交換機隻允許必要的網路流量通過交換機。通過交換機的過濾和轉發,可以有效的減少沖突域,但它不能劃分網路層廣播,即廣播域。交換機在同一時刻可進行多個連線埠對之間的資料傳輸。每一連線埠都可視為獨立的網段,連線在其上的網路設備獨自享有全部的頻寬,無須同其他設備競爭使用。當節點A向節點D傳送資料時,節點B可同時向節點C傳送資料,而且這兩個傳輸都享有網路的全部頻寬,都有著自己的虛擬連線。假使這裏使用的是10Mbps的乙太網交換機,那麽該交換機這時的總流通量就等于2×10Mbps=20Mbps,而使用10Mbps的共享式HUB時,一個HUB的總流通量也不會超出10Mbps。總之,交換機是一種基于MAC地址識別,能完成封裝轉發資料幀功能的網路設備。交換機可以“學習”MAC地址,並把其存放在內部地址表中,通過在資料幀的始發者和目標接收者之間建立臨時的交換路徑,使資料幀直接由源地址到達目的地址。

技術發展史

起源

“交換機”是一個舶來詞,源自英文“Switch”,原意是“開關”,我國技術界在引入這個辭彙時,翻譯為“交換”。在英文中,動詞“交換”和名詞“交換機”是同一個詞(註意這裏的“交換”特指電信技術中的信號交換,與物品交換不是同一個概念)。

1993年,區域網路交換設備出現,1994年,國內掀起了交換網路技術的熱潮。其實,交換技術是一個具有簡化、低價、高性能和高連線埠密集特點的交換產品,體現了橋接技術的復雜交換技術在OSI參考模型的第二層操作。與橋接器一樣,交換機按每一個包中的MAC地址相對簡單地決策信息轉發。而這種轉發決策一般不考慮包中隱藏的更深的其他信息。與橋接器不同的是交換機轉發延遲很小,操作接近單個區域網路性能,遠遠超過了普通橋接網際網路絡之間的轉發性能。

交換技術允許共享型和專用型的區域網路段進行頻寬調整,以減輕區域網路之間信息流通出現的瓶頸問題。現在已有乙太網、快速乙太網、FDDI和ATM技術的交換產品。

類似傳統的橋接器,交換機提供了許多網路互聯功能。交換機能經濟地將網路分成小的沖突網域,為每個工作站提供更高的頻寬。協定的透明性使得交換機在軟體配置簡單的情況下直接安裝在多協定網路中;交換機使用現有的電纜、中繼器、集線器和工作站的網卡,不必作高層的硬體升級;交換機對工作站是透明的,這樣管理開銷低廉,簡化了網路節點的增加、移動和網路變化的操作。

利用專門設計的積體電路可使交換機以線路速率在所有的連線埠並行轉發信息,提供了比傳統橋接器高得多的操作性能。如理論上單個乙太網連線埠對含有64個八進位數的封包,可提供14880bps的傳輸速率。這意味著一台具有12個連線埠、支持6道並行資料流的“線路速率”乙太網交換器必須提供89280bps的整體吞吐率(6道信息流X14880bps/道信息流)。專用積體電路技術使得交換器在更多連線埠的情況下得以實現上述性能,其連線埠造價低于傳統型橋接器。

人工交換

電信號交換的歷史應當追溯到電話出現的初期。當電話被發明後,隻需要一根足夠長的導線,加上末端的兩台電話,就可以使相距很遠的兩個人進行語音交談。

電話增多後,要使每個擁有電話的人都能相互通信,我們不可能每兩台電話機之間有拉上一根線。于是人們設立了電話局,每個電話使用者都接一根線到電話局的一個大電路板上。當A希望和B通話時,就請求電話局的接線員接通B的電話。接線員用一根導線,一頭插在A接到電路板上的孔,另一頭插到B的孔,這就是“接續”,相當于臨時給A和B拉了一條電話線,這時雙方就可以通話了。當通話完畢後,接線員將電線拆下,這就是“拆線”。整個過程就是“人工交換”,它實際上就是一個“合上開關”和“斷開開關”的過程。因此,把“交換”譯為“開關”從技術上講更容易讓人理解。

電路程控交換機

人工交換的效率太低,不能滿足大規模部署電話的需要。隨著半導體技術的發展和開關電路技術的成熟,人們發現可以利用電子技術替代人工交換。電話終端使用者隻要向電子設備傳送一串電信號,電子設備就可以根據預先設定的程式,將請求方和被請求方的電路接通,並且獨佔此電路,不會與第三方共享(當然,由于設計缺陷的緣故,可能會出現多人共享電路的情況,也就是俗稱的“串線”)。這種交換方式被稱為“程控交換”。而這種設備也就是“程控交換機”。

由于程控交換的技術長期被發達國家壟斷,設備昂貴,我國的電話普及率一直不高。隨著當年華為、中興通訊等企業陸續自主研製出程控交換機,電話在我國得到迅速地普及。

目前,語音程控交換機普遍使用的通信協定為七號信令(Signalling System No.7)

乙太網交換機

隨著電腦及其互聯技術(也即通常所謂的“網路技術”)的迅速發展,乙太網成為了迄今為止普及率最高的短距離二層電腦網路。而乙太網的核心部件就是乙太網交換機。

不論是人工交換還是程控交換,都是為了傳輸語音信號,是需要獨佔線路的“電路交換”。而乙太網是一種電腦網路,需要傳輸的是資料,因此採用的是“分組交換”。但無論採取哪種交換方式,交換機為兩點間提供“獨享通路”的特徵不會改變。就乙太網設備而言,交換機和集線器的本質區別就在于:當A發信息給B時,如果通過集線器,則接入集線器的所有網路節點都會收到這條信息(也就是以廣播形式傳送),隻是網卡在硬體層面就會過濾掉不是發給本機的信息;而如果通過交換機,除非A通知交換機廣播,否則發給B的信息C絕不會收到(獲取交換機控製許可權從而監聽的情況除外)。

目前,乙太網交換機廠商根據市場需求,推出了三層甚至四層交換機。但無論如何,其核心功能仍是二層的乙太網封包交換,隻是帶有了一定的處理IP層甚至更高層封包的能力。

光交換

光交換是人們正在研製的下一代交換技術。目前所有的交換技術都是基于電信號的,即使是目前的光纖交換機也是先將光信號轉為電信號,經過交換處理後,再轉回光信號發到另一根光纖。由于光電轉換速率較低,同時電路的處理速度存在物理學上的瓶頸,因此人們希望設計出一種無需經過光電轉換的“光交換機”,其內部不是電路而是光路,邏輯原件不是開關電路而是開關光路。這樣將大大提高交換機的處理速率。

交換機與路由器的區別

傳統交換機從網橋發展而來,屬于OSI第二層即資料鏈路層設備。它根據MAC地址定址,通過站表選擇路由,站表的建立和維護由交換機自動進行。路由器屬于OSI第三層即網路層設備,它根據IP地址進行定址,通過路由表路由協定產生。交換機最大的好處是快速,由于交換機隻須識別幀中MAC地址,直接根據MAC地址產生選擇轉發連線埠演算法簡單,便于ASIC實現,因此轉發速度極高。但交換機的工作機製也帶來一些問題。

1.回路:根據交換機地址學習和站表建立演算法,交換機之間不允許存在回路。一旦存在回路,必須啓動生成樹演算法,阻塞掉產生回路的連線埠。而路由器的路由協定沒有這個問題,路由器之間可以有多條通路來平衡負載,提高可靠性。

2.負載集中:交換機之間隻能有一條通路,使得信息集中在一條通信鏈路上,不能進行動態分配,以平衡負載。而路由器的路由協定演算法可以避免這一點,OSPF路由協定演算法不但能產生多條路由,而且能為不同的網路套用選擇各自不同的最佳路由。

3.廣播控製:交換機隻能縮小沖突域,而不能縮小廣播域。整個交換式網路就是一個大的廣播域,廣播報文散到整個交換式網路。而路由器可以隔離廣播域,廣播報文不能通過路由器繼續進行廣播。

4.子網劃分:交換機隻能識別MAC地址。MAC地址是物理地址,而且採用平坦的地址結構,因此不能根據MAC地址來劃分子網。而路由器識別IP地址,IP地址由網路管理員分配,是邏輯地址且IP地址具有層次結構,被劃分成網路號和主機號,可以非常方便地用于劃分子網,路由器的主要功能就是用于連線不同的網路。

5.保密問題:雖說交換機也可以根據幀的源MAC地址、目的MAC地址和其他幀中內容對幀實施過濾,但路由器根據報文的源IP地址、目的IP地址、TCP連線埠地址等內容對報文實施過濾,更加直觀方便。

交換機與集線器的區別

1.從OSI體系結構來看,集線器屬于第一層物理層設備,而交換機屬于OSI的第二層資料鏈路層設備。也就是說集線器隻是對資料的傳輸起到同步、放大和整形的作用,對于資料傳輸中的短幀=碎片等無法進行有效的處理,不能保證資料傳輸的完整性和正確性;而交換機不但可以對資料的傳輸做到同步、放大和整形,而且可以過濾短幀、碎片等。

2.從工作方式看,集線器是一種廣播模式,也就是說集線器的某個連線埠工作的時候,其它所有連線埠都能夠收聽到信息,容易產生廣播風暴,當網路較大時網路性能會受到很大影響;而交換機就能夠避免這種現象,當交換機工作的時候,隻有發出請求的連線埠與目的連線埠之間相互回響而不影響其它連線埠,因此交換機就能夠隔離沖突域並有效地抑製廣播風暴的產生。

3.從頻寬來看,集線器不管有多少個連線埠,所有連線埠都共享一條頻寬,在同一時刻隻能有兩個連線埠傳送資料,其它連線埠隻能等待,同時集線器隻能工作 在半雙工模式下;而對于交換機而言,每個連線埠都有一條獨佔的頻寬,當兩個連線埠工作時不影響其它連線埠的工作,同時交換機不但可以工作 在半雙工模式下而且可以工作在全雙工模式下。

交換方式

交換機通過以下三種方式進行交換:

1) 直通式:

直通方式的乙太網交換機可以理解為在各連線埠間是縱橫交叉的線路矩陣電話交換機。它在輸入連線埠檢測到一個封包時,檢查該包的包頭,獲取包的目的地址,啓動內部的動態查找表轉換成相應的輸出連線埠,在輸入與輸出交叉處接通,把封包直通到相應的連線埠,實現交換功能。由于不需要存儲,延遲非常小、交換非常快,這是它的優點。它的缺點是,因為封包內容並沒有被乙太網交換機儲存下來,所以無法檢查所傳送的封包是否有誤,不能提供錯誤檢測能力。由于沒有快取,不能將具有不同速率的輸入/輸出連線埠直接接通,而且容易丟包。

2) 存儲轉發:

存儲轉發方式是電腦網路領域套用最為廣泛的方式。它把輸入連線埠的封包先存儲起來,然後進行CRC(迴圈冗餘碼校驗)檢查,在對錯誤包處理後才取出封包的目的地址,通過查找表轉換成輸出連線埠送出糗。正因如此,存儲轉發方式在資料處理時延時大,這是它的不足,但是它可以對進入交換機的封包進行錯誤檢測,有效地改善網路性能。尤其重要的是它可以支持不同速度的連線埠間的轉換,保持高速連線埠與低速連線埠間的協同工作。

3) 碎片隔離:

這是介于前兩者之間的一種解決方案。它檢查封包的長度是否夠64個位元組,如果小于64位元組,說明是假包,則丟棄該包;如果大于64位元組,則傳送該包。這種方式也不提供資料校驗。它的資料處理速度比存儲轉發方式快,但比直通式慢。

幾種交換技術

1. 連線埠交換

連線埠交換技術最早出現在插槽式的集線器中,這類集線器的背板通常劃分有多條乙太網段(每條網段為一個廣播域),不用網橋或路由連線,網路之間是互不相通的。以大主模組插入後通常被分配到某個背板的網段上,連線埠交換用于將以太模組的連線埠在背板的多個網段之間進行分配、平衡。根據支持的程度,連線埠交換還可細分為:

·模組交換:將整個模組進行網段遷移。

·連線埠組交換:通常模組上的連線埠被劃分為若幹組,每組連線埠允許進行網段遷移。

·連線埠級交換:支持每個連線埠在不同網段之間進行遷移。這種交換技術是基于OSI第一層上完成的,具有彈性和負載平衡能力等優點。如果配置得當,那麽還可以在一定程度進行容錯,但沒有改變共享傳輸介質的特點,自而未能稱之為真正的交換。

2. 幀交換

幀交換是目前套用最廣的區域網路交換技術,它通過對傳統傳輸媒介進行微分段,提供並行傳送的機製,以減小沖突域,獲得高的頻寬。一般來講每個公司的產品的實現技術均會有差異,但對網路幀的處理方式一般有以下幾種:

直通交換:提供線速處理能力,交換機唯讀出網路幀的前14個位元組,便將網路幀傳送到相應的連線埠上。

存儲轉發:通過對網路幀的讀取進行驗錯和控製。

前一種方法的交換速度非常快,但缺乏對網路幀進行更高級的控製,缺乏智慧型性和安全性,同時也無法支持具有不同速率的連線埠的交換。因此,各廠商把後一種技術作為重點。

有的廠商甚至對網路幀進行分解,將幀分解成固定大小的信元,該信元處理極易用硬體實現,處理速度快,同時能夠完成高級控製功能(如美國MADGE公司的LET集線器)如優先權控製。

3. 信元交換

ATM技術採用固定長度53個位元組的信元交換。由于長度固定,因而便于用硬體實現。ATM採用專用的非差別連線,並行運行,可以通過一個交換機同時建立多個節點,但並不會影響每個節點之間的通信能力。ATM還容許在源節點和目標、節點建立多個虛擬連結,以保障足夠的頻寬和容錯能力。ATM採用了統計時分電路進行復用,因而能大大提高通道的利用率。ATM的頻寬可以達到25M、155M、622M甚至數Gb的傳輸能力。但隨著萬兆乙太網的出現,曾經代表網路和通訊技術發展的未來方向的ATM技術,開始逐漸失去存在的意義。

發展前景

作為區域網路的主要連線設備,乙太網交換機成為套用普及最快的網路設備之一。隨著交換技術的不斷發展,乙太網交換機的價格急劇下降,交換到桌面已是大勢所趨。

如果你的乙太網絡上擁有大量的使用者、繁忙的應用程式和各式各樣的伺服器,而且你還未對網路結構做出任何調整,那麽整個網路的性能可能會非常低。解決方法之一是在乙太網上增加一個10/100Mbps的交換機,它不僅可以處理10Mbps的常規乙太網資料流,而且還可以支持100Mbps的快速乙太網連線。

如果網路的利用率超過了40%,並且碰撞率大于10%,交換機可以幫你解決一點問題。帶有100Mbps快速乙太網和10Mbps乙太網連線埠的交換機可以全雙工方式運行,可以建立起專用的20Mbps到200Mbps連線。

不僅不同網路環境下交換機的作用各不相同,在同一網路環境下增加新的交換機和增加現有交換機的交換連線埠對網路的影響也不盡相同。充分了解和掌握網路的流量模式是能否發揮交換機作用的一個非常重要的因素。因為使用交換機的目的就是盡可能的減少和過濾網路中的資料流量,所以如果網路中的某台交換機由于安裝位置設定不當,幾乎需要轉發接收到的所有封包的話,交換機就無法發揮其最佳化網路性能的作用,反而降低了資料的傳輸速度,增加了網路延遲。

除安裝位置之外,如果在那些負載較小,信息量較低的網路中也盲目增加交換機的話,同樣也可能起到負面影響。受封包的處理時間、交換機的緩沖區大小以及需要重新生成新封包等因素的影響,在這種情況下使用簡單的HUB要比交換機更為理想。因此,我們不能一概認為交換機就比HUB有優勢,尤其當使用者的網路並不擁擠,尚有很大的可利用空間時,使用HUB更能夠充分利用網路的現有資源。

層數區別

二層交換機,三層交換機及四層交換機的區別

二層交換

二層交換技術的發展比較成熟,二層交換機屬資料鏈路層設備,可以識別封包中的MAC地址信息,根據MAC地址進行轉發,並將這些MAC地址與對應的連線埠記錄在自己內部的一個地址表中。

具體的工作流程如下:

1) 當交換機從某個連線埠收到一個封包,它先讀取包頭中的源MAC地址,這樣它就知道源MAC地址的機器是連在哪個連線埠上的;

2) 再去讀取包頭中的目的MAC地址,並在地址表中查找相應的連線埠;

3) 如表中有與這目的MAC地址對應的連線埠,把封包直接復製到這連線埠上;

4) 如表中找不到相應的連線埠則把封包廣播到所有連線埠上,當目的機器對源機器回應時,交換機又可以記錄這一目的MAC地址與哪個連線埠對應,在下次傳送資料時就不再需要對所有連線埠進行廣播了。不斷的迴圈這個過程,對于全網的MAC地址信息都可以學習到,二層交換機就是這樣建立和維護它自己的地址表。

從二層交換機的工作原理可以推知以下三點:

1) 由于交換機對多數連線埠的資料進行同時交換,這就要求具有很寬的交換匯流排頻寬,如果二層交換機有N個連線埠,每個連線埠的頻寬是M,交換機匯流排頻寬超過N×M,那麽這交換機就可以實現線速交換

2) 學習連線埠連線的機器的MAC地址,寫入地址表,地址表的大小(一般兩種表示方式:一為BEFFER RAM,一為MAC表項數值),地址表大小影響交換機的接入容量

3) 還有一個就是二層交換機一般都含有專門用于處理封包轉發的ASIC(Application specific Integrated Circuit, 專用積體電路)晶片,因此轉發速度可以做到非常快。由于各個廠家採用ASIC不同,直接影響產品性能。

以上三點也是評判二、三層交換機性能優劣的主要技術參數,這一點請大家在考慮設備選型時註意比較。

三層交換

下面先來通過一個簡單的網路來看看三層交換機的工作過程。

使用IP的設備A------------------------三層交換機------------------------使用IP的設備B

比如A要給B傳送資料,已知目的IP,那麽A就用子網掩碼取得網路地址,判斷目的IP是否與自己在同一網段。如果在同一網段,但不知道轉發資料所需的MAC地址,A就傳送一個ARP請求,B返回其MAC地址,A用此MAC封裝封包並傳送給交換機,交換機起用二層交換模組,查找MAC地址表,將封包轉發到相應的連線埠。

如果目的IP地址顯示不是同一網段的,那麽A要實現和B的通訊,在流快取條目中沒有對應MAC地址條目,就將第一個正常封包傳送向一個缺省網關,這個缺省網關一般在作業系統中已經設好,這個缺省網關的IP對應第三層路由模組,所以對于不是同一子網的資料,最先在MAC表中放的是缺省網關的MAC地址(由源主機A完成);然後就由三層模組接收到此封包,查詢路由表以確定到達B的路由,將構造一個新的幀頭,其中以缺省網關的MAC地址為源MAC地址,以主機B的MAC地址為目的MAC地址。通過一定的識別觸發機製,確立主機A與B的MAC地址及轉發連線埠的對應關系,並記錄進流快取條目表,以後的A到B的資料(三層交換機要確認是由A到B而不是到C的資料,還要讀取幀中的IP地址。),就直接交由二層交換模組完成。這就通常所說的一次路由多次轉發。

以上就是三層交換機工作過程的簡單概括,可以看出三層交換的特點:

1)由硬體結合實現資料的高速轉發。這就不是簡單的二層交換機和路由器的疊加,三層路由模組直接疊加在二層交換的高速背板匯流排上,突破了傳統路由器的接口速率限製,速率可達幾十Gbit/s。算上背板頻寬,這些是三層交換機性能的兩個重要參數。

2)簡潔的路由軟體使路由過程簡化。大部分的資料轉發,除了必要的路由選擇交由路由軟體處理,都是由二層模組高速轉發,路由軟體大多都是經過處理的高效最佳化軟體,並不是簡單照搬路由器中的軟體。

二層和三層交換機的選擇

二層交換機用于小型的區域網路絡。這個就不用多言了,在小型區域網路中,廣播包影響不大,二層交換機的快速交換功能、多個接入連線埠和低謙價格為小型網路使用者提供了很完善的解決方案。

三層交換機的優點在于接口類型豐富,支持的三層功能強大,路由能力強大,適合用于大型的網路間的路由,它的優勢在于選擇最佳路由,負荷分擔,鏈路備份及和其他網路進行路由信息的交換等等路由器所具有功能。

三層交換機的最重要的功能是加快大型區域網路絡內部的資料的快速轉發,加入路由功能也是為這個目的服務的。如果把大型網路按照部門,地域等等因素劃分成一個個小區域網路,這將導致大量的網際互訪,單純的使用二層交換機不能實現網際互訪;如單純的使用路由器,由于接口數量有限和路由轉發速度慢,將限製網路的速度和網路規模,採用具有路由功能的快速轉發的三層交換機就成為首選。

一般來說,在區域網路資料流量大,要求快速轉發回響的網路中,如全部由三層交換機來做這個工作,會造成三層交換機負擔過重,回響速度受影響,將網間的路由交由路由器去完成,充分發揮不同設備的優點,不失為一種好的組網策略,當然,前提是客戶的腰包很鼓,不然就退而求其次,讓三層交換機也兼為網際互連。

四層交換

第四層交換的一個簡單定義是:它是一種功能,它決定傳輸不僅僅依據MAC地址(第二層網橋)或源/目標IP地址(第三層路由),而且依據TCP/UDP(第四層) 套用連線埠號。第四層交換功能就象是虛IP,指向物理伺服器。它傳輸的業務服從的協定多種多樣,有HTTP、FTP、NFS、Telnet或其他協定。這些業務在物理伺服器基礎上,需要復雜的載量平衡演算法。

在IP世界,業務類型由終端TCP或UDP連線埠地址來決定,在第四層交換中的套用區間則由源端和終端IP地址、TCP和UDP連線埠共同決定。在第四層交換中為每個供搜尋使用的伺服器組設立虛IP地址(VIP),每組伺服器支持某種套用。在域名伺服器(DNS)中存儲的每個套用伺服器地址是VIP,而不是真實的伺服器地址。當某使用者申請套用時,一個帶有目標伺服器組的VIP連線請求(例如一個TCP SYN包)發給伺服器交換機。伺服器交換機在組中選取最好的伺服器,將終端地址中的VIP用實際伺服器的IP取代,並將連線請求傳給伺服器。這樣,同一區間所有的包由伺服器交換機進行對應,在使用者和同一伺服器間進行傳輸。

特點:

OSI模型的第四層是傳輸層。傳輸層負責端對端通信,即在網路源和目標系統之間協調通信。在IP協定堆中這是TCP(一種傳輸協定)和UDP(使用者封包協定)所在的協定層。

在第四層中,TCP和UDP標題包含連線埠號(port number),它們可以唯一區分每個封包包含哪些套用協定(例如HTTP、FTP等)。端點系統利用這種信息來區分包中的資料,尤其是連線埠號使一個接收端電腦系統能夠確定它所收到的IP包類型,並把它交給合適的高層軟體。連線埠號和設備IP地址的組合通常稱作"插口(socket)"。1和255之間的連線埠號被保留,他們稱為"熟知"連線埠,也就是說,在所有主機TCP/I P協定堆實現中,這些連線埠號是相同的。除了"熟知"連線埠外,標準UNIX服務分配在256到1024連線埠範圍,定製的套用一般在1024以上分配連線埠號。分配連線埠號的最近清單可以在RFC1700 "Assigned Numbers"上找到。

TCP/UDP連線埠號提供的附加信息可以為網路交換機所利用,這是第四層交換的基礎。具有第四層功能的交換機能夠起到與伺服器相連線的"虛擬IP"(VIP)前端的作用。每台伺服器和支持單一或通用套用的伺服器組都配置一個VIP地址。這個VIP地址被傳送出去並在域名系統上註冊。在發出一個服務請求時,第四層交換機通過判定TCP開始,來識別一次會話的開始。然後它利用復雜的演算法來確定處理這個請求的最佳伺服器。一旦做出這種決定,交換機就將會話與一個具體的IP地址聯系在一起,並用該伺服器真正的IP地址來代替伺服器上的VIP地址。

每台第四層交換機都儲存一個與被選擇的伺服器相配的源IP地址以及源TCP連線埠相關聯的連線表。然後第四層交換機向這台伺服器轉發連線請求。所有後續包在客戶機與伺服器之間重新影射和轉發,直到交換機發現會話為止。在使用第四層交換的情況下,接入可以與真正的伺服器連線在一起來滿足使用者製定的規則,諸如使每台伺服器上有相等數量的接入或根據不同伺服器的容量來分配傳輸流。 

1) 速度

為了在企業網中行之有效,第四層交換必須提供與第三層線速路由器可比擬的性能。也就是說,第四層交換必須在所有連線埠以全介質速度操作,即使在多個千兆乙太網連線上亦如此。千兆乙太網速度等于以每秒1488000 個封包的最大速度路由(假定最壞的情形,即所有包為以及網定義的最小尺寸,長64位元組)。

2) 伺服器容量平衡演算法

依據所希望的容量平衡間隔尺寸,第四層交換機將套用分配給伺服器的演算法有很多種,有簡單的檢測環路最近的連線、檢測環路時延或檢測伺服器本身的閉環反饋。在所有的預測中,閉環反饋提供反映伺服器現有業務量的最精確的檢測。

3) 表容量

應註意的是,進行第四層交換的交換機需要有區分和存貯大量傳送表項的能力。交換機在一個企業網的核心時尤其如此。許多第二/ 三層交換機傾向傳送表的大小與網路設備的數量成正比。對第四層交換機,這個數量必須乘以網路中使用的不同套用協定和會話的數量。因而傳送表的大小隨端點設備和套用類型數量的成長而迅速成長。第四層交換機設計者在設計其產品時需要考慮表的這種成長。大的表容量對製造支持線速傳送第四層流量的高性能交換機至關重要。

4) 冗餘

第四層交換機內部有支持冗餘拓撲結構的功能。在具有雙鏈路的網卡容錯連線時,就可能建立從一個伺服器到網卡,鏈路和伺服器交換器的完全冗餘系統。

管理方式

可網管交換機可以通過以下幾種途徑進行管理:通過RS-232串列口(或並行口)管理、通過網路流覽器管理和通過網路管理軟體管理。

通過串口管理

可網管交換機附帶了一條串口電纜,供交換機管理使用。先把串口電纜的一端插在交換機背面的串口裏,另一端插在普通電腦的串口裏。然後接通交換機和電腦電源。在Windows 98和Windows 2000裏都提供了“超級終端”程式。開啟“超級終端”,在設定好連線參數後,就可以通過串口電纜與交換機互動了,如圖1所示。這種方式並不佔用交換機的頻寬,因此稱為“帶外管理”(Out of band)。

在這種管理方式下,交換機提供了一個選單驅動的控製台介面或命令行介面。你可以使用“Tab”鍵或箭頭鍵在選單和子選單裏移動,按回車鍵執行相應的命令,或者使用專用的交換機管理命令集管理交換機。不同品牌的交換機命令集是不同的,甚至同一品牌的交換機,其命令也不同。使用選單命令在操作上更加方便一些。

通過Web管理

可網管交換機可以通過Web(網路流覽器)管理,但是必須給交換機指定一個IP地址。這個IP地址除了供管理交換機使用之外,並沒有其他用途。在默認狀態下,交換機沒有IP地址,必須通過串口或其他方式指定一個IP地址之後,才能啓用這種管理方式。

使用網路流覽器管理交換機時,交換機相當于一台Web伺服器,隻是網頁並不儲存在硬碟裏面,而是在交換機的NVRAM裏面,通過程式可以把NVRAM裏面的Web程式升級。當管理員在流覽器中輸入交換機的IP地址時,交換機就像一台伺服器一樣把網頁傳遞給電腦,此時給你的感覺就像在訪問一個網站一樣,如圖2所示。這種方式佔用交換機的頻寬,因此稱為“帶內管理”(In band)。

如果你想管理交換機,隻要點擊網頁中相應的功能項,在文本框或下拉列表中改變交換機的參數就可以了。Web管理這種方式可以在區域網路上進行,所以可以實現遠程管理。

通過網管軟體管理

可網管交換機均遵循SNMP協定(簡單網路管理協定),SNMP協定是一整套的符合國際標準的網路設備管理規範。凡是遵循SNMP協定的設備,均可以通過網管軟體來管理。你隻需要在一台網管工作站上安裝一套SNMP網路管理軟體,通過區域網路就可以很方便地管理網路上的交換機、路由器、伺服器等。通過SNMP網路管理軟體的介面如圖3所示,它也是一種帶內管理方式。

可網管交換機的管理可以通過以上三種方式來管理。究竟採用哪一種方式呢?在交換機初始設定的時候,往往得通過帶外管理;在設定好IP地址之後,就可以使用帶內管理方式了。帶內管理因為管理資料是通過公共使用的區域網路傳遞的,可以實現遠程管理,然而安全性不強。帶外管理是通過串口通信的,資料隻在交換機和管理用機之間傳遞,因此安全性很強;然而由于串口電纜長度的限製,不能實現遠程管理。所以採用哪種方式得看你對安全性和可管理性的要求了。

選購標準

交換機是非常的重要,他把握著一個網路的命脈,那麽如何選購交換機?用什麽交換機?在選購交換機時交換機的優劣無疑十分的重要,而交換機的優劣要從整體構架、性能和功能三方面入手。

交換機選購時。性能方面除了要滿足RFC2544建議的基本標準,即吞吐量、時延、丟包率外,隨著使用者業務的增加和套用的深入,還要滿足了一些額外的指標,如MAC地址數、路由表容量(三層交換機)、ACL數目、LSP容量、支持VPN數量等。

交換機功能是最直接指標

一般的接入層交換機,簡單的QoS保證、安全機製、支持網管策略、生成樹協定和VLAN都是必不可少的功能,經過仔細分析,在某些功能進行進一步的細分,而這些細分功能正是導致產品差異的主要原因,也是體現產品附加值的重要途徑。

交換機的套用級QoS保證

交換機的QoS策略支持多級別的封包優先權設定,既可分別針對MAC地址、VLAN、IP地址、連線埠進行優先權設定,給網咖業主在實際套用中為使用者提供更大的彈性。如此同時,如果交換機具有良好的擁塞控製和流量限製的能力,支持Diffserv區分服務,能夠根據源/目的的MAC/IP智慧型的區分不同的套用流,從而滿足即時網咖網路的多媒體套用的需求。註意的是,目前市場上的某些交換機號稱具有QoS保證,實際上隻支持單級別的優先權設定,為實際套用帶來很多不便,所有網咖業主在選購的時候需要註意。

交換機應有VLAN支持

VLAN即虛擬區域網路,通過將區域網路劃分為虛擬網絡VLAN網段,可以強化網路管理和網路安全,控製不必要的資料廣播,網路中工作組可以突破共享網路中的地理位置限製,而根據管理功能來劃分子網。不同廠商的交換機對VLAN的支持能力不同,支持VLAN的數量也不同。

交換機應有網管功能

網咖交換機的網管功能可以使用管理軟體來管理、配置交換機,比如可通過Web流覽器、Telnet、SNMP、RMON等管理。通常,交換機廠商都提供管理軟體或第三方管理軟體遠程管理交換機。一般的交換機滿足SNMPMIBI/MIBII統計管理功能,並且支持配置管理、服務質量的管理、告警管理等策略,而復雜一些的千兆交換機會通過增加內置RMON組(mini-RMON)來支持RMON主動監視功能。

交換機應支持鏈路聚合

鏈路聚合可以讓交換機之間和交換機與伺服器之間的鏈路頻寬有非常好的伸縮性,比如可以把2個、3個、4個千兆的鏈路綁定在一起,使鏈路的頻寬成倍成長。鏈路聚合技術可以實現不同連線埠的負載均衡,同時也能夠互為備份,保證鏈路的冗餘性。在一些千兆乙太網交換機中,最多可以支持4組鏈路聚合,每組中最大4個連線埠。但也有支持8組鏈路聚合的交換機,像飛魚星的安全聯動交換機VS-5524GF就是8組鏈路聚合,每組最大8個連線埠。生成樹協定和鏈路聚合都可以保證一個網路的冗餘性。在一個網路中設定冗餘鏈路,並用生成樹協定讓備份鏈路阻塞,在邏輯上不形成環路,而一旦出現故障,啓用備份鏈路。

交換機要支持VRRP協定

VRRP(虛擬路由冗餘協定)是一種保證網路可靠性的解決方案。在該協定中,對共享多存取訪問介質上終端IP設備的默認網關(DefaultGateway)進行冗餘備份,從而在其中一台三層交換機設備宕機時,備份的設備會及時接管轉發工作,向使用者提供透明的切換,提高了網路服務質量。VRRP協定與Cisco的HSRP協定有異曲同工之妙,隻不過HSRP是Cisco私有的。目前,主流交換機廠商均已在其產品中支持了VRRP協定,但廣泛套用還尚需時日。

品牌型號介紹

華為交換機

LI(Lite software Image)表示設備為弱特徵版本。

SI (Standard software Image)表示設備為標準版本,包含基礎特徵。

EI(Enhanced software Image)表示設備為增強版本,包含某些高級特徵。

HI(Hyper software Image)表示設備為高級版本,包含某些更高級特徵

Z,表示沒有上行接口;(新產品不允許此位)

G,表示上行GBIC接口

P,表示上行SFP接口

T,表示上行RJ45接口

V,表示上行VDSL接口

W,表示上行可配置WAN接口

C,表示上行接口可選配

M,表示上行接口為多模光口

S,表示上行接口為單模光口

F,表示下行接口為模板,可插光接口板或電接口板。主要為兼容3526F,3526EF,3552F等老產品的命名。

當同時存在時,表示上行接口為多種接口類型復合

註:Combo連線埠不在命名中顯示。

思科交換機

教您識別Cisco交換機型號在網路界,美國思科公司( Cisco System Inc. )可謂無人不知,無人不曉。憑借它的IOS ( Internet Operating System ),Cisco 公司在多協定路由器市場上處于絕對領先的地位。目前,在Internet 中,有近80% 的路由器來自Cisco 。其實,除了路由器這個主打產品之外,Cisco 還有全線的網路設備,包括集線器、交換機、訪問伺服器、軟硬防火牆、網路管理軟體等等。Cisco 非常註意對新技術的跟蹤,通過一系列的合作與兼並,Cisco 成功地介入了寬頻接入、無線通訊等新興市場。

本文主要介紹 Cisco 的交換機產品線和主要產品。

一、概述

Cisco 的交換機產品以“Catalyst ”為商標,包含1900 、2800 、2900 、3500 、4000 、5000 、5500 、6000 、8500 等十多個系列。總的來說,這些交換機可以分為兩類:

一類是固定配置交換機 ,包括3500 及以下的大部分型號,比如1924 是24 口10M 以太交換機,帶兩個100M 上行連線埠。除了有限的軟體升級之外,這些交換機不能擴展;

另一類是模組化交換機 ,主要指4000 及以上的機型,網路設計者可以根據網路需求,選擇不同數目和型號的接口板、電源模組及相應的軟體。

選擇設備時,許多人對長長的產品型號十分頭疼。其實, Cisco 對產品的命名有一定之規。就Catalyst 交換機來說,產品命名的格式如下:

Catalyst NN XX [-C] [-M] [-A/-EN]

其中,NN 是交換機的系列號,XX 對于固定配置的交換機來說是連線埠數,對于模組化交換機來說是插槽數,有-C 標志表明帶光纖接口,-M 表示模組化,-A 和-EN 分別是指交換機軟體是標準板或企業版。

二、產品介紹

目前,網路集成項目中常見的Cisco 交換機有以下幾個系列,1900/2900 系列、3500 系列、6500 系列。他們分別使用在網路的低端、中端和高端。下面分別介紹一下這幾個系列的產品:

1 、低端產品

先說一下低端的產品,1900 和2900 是低端產品的典型。其實在低端交換機市場上,Cisco 並不佔特別的優勢,因為3Com 、Dlink 等公司的產品具有更好的性能價格比。

1900 交換機適用于網路末端的桌面電腦接入,是一款典型的低端產品。它提供12 或24 個10M 連線埠及2 個100M 連線埠,其中100M 連線埠支持全雙工通訊,可提供高達200Mbps 的連線埠頻寬。機器的背板頻寬是320Mbps 。

2 、中端產品

再來看中端產品,中端產品中3500 系列使用廣泛,很有代表性。

C3500 系列交換機的基本特徵包括背板頻寬高達10Gbps ,轉發速率7.5Mpps ,它支持250 個VLAN ,支持IEEE 802.1Q 和ISL Trunking, 支持CGMP 網/ 千兆乙太網交換機, 可選冗餘電源等等。不過C3500 的最大特徵在于管理和千兆。

管理特徵方面, C3500 實現了Cisco 的交換集群技術,可以將16 個C3500 ,C2900 ,C1900 系列的交換機互聯,並通過一個IP 地址進行管理。利用C3500 內的Cisco Visual Switch Manager ( CVSM )軟體還可以方便地通過流覽器對交換機進行設定和管理。

千兆特徵方面, C3500 全面支持千兆接口卡( GBIC )。目前GBIC 有三種1000BaseSx ,適用于多模光纖,最長距離550m ; 1000BaseLX/LH ,多模/ 單模光纖都適用,最長距離10km ; 1000BaseZX 適用于單模光纖,最長距離100km 。

C3500 主要有4 種型號:

Catalyst 3508G XL : 8 口GBIC 插槽

Catalyst 3512 XL : 12 口10/100M 自適應,2 口GBIC 插槽

Catalyst 3524 XL : 24 口10/100M 自適應,2 口GBIC 插槽

Catalyst 3548 XL : 48 口10/100M 自適應,2 口GBIC 插槽

3 、高端產品

最後,介紹一下高端的產品。對于企業資料網來說,C6000 系列替代了原有的C5000 系列,是最常用的產品。

Catalyst 6000 系列交換機為園區網提供了高性能、多層交換的解決方案,專門為需要千兆擴展、可用性高、多層交換的套用環境設計,主要面向園區骨幹連線等場合。

Catalyst 6000 系列是由Catalyst 6000 和Catalyst 6500 兩種型號的交換機構成,都包含6 個或9 個插槽型號,分別為6006 、6009 、6506 和6509 ,其中,尤以6509 使用最為廣泛。所有型號支持相同的超級引擎、相同的接口模組,保護了使用者的投資。這一系列的特徵主要包括:

連線埠密度大。支持多達 384 個10/100BaseTx 自適應乙太網口,192 個100BaseFX 光纖快速乙太網口,以及130 個千兆乙太網連線埠( GBIC 插槽)。

速度快 。C6500 的交換背板可擴展到256 Gbps ,多層交換速度可擴展到150 Mpps 。C6000 的交換背板頻寬32 Gbps ,多層交換速率30 Mpps 。支持多達8 個快速/ 千兆乙太網口利用乙太網通道技術( Fast EtherChannel ,FEC 或Gigabit EtherChannel ,GEC )連線, 在邏輯上實現了16 Gbps 的連線埠速率,還可以跨模組進行連線埠聚合實現。

多層交換 。C6000 系列的多層交換模組可以進行線速的IP ,IPX 和 and IP-multicast 路由。

容錯性能好。 C6000 系列帶有冗餘超級引擎,冗餘負載均衡電源,冗餘風扇,冗餘系統時鍾,冗餘上連,冗餘的交換背板(僅對C6500 系列),實現了系統的高可用性。

豐富的軟體特徵 。C6000 軟體支持豐富的協定,包括NetFlow 、VTP(VLAN Trunking Protocol) 、VQP(VLAN Query Protocol) 、ISL Trunking 、HSRP(Hot Standby Router Protocol) 、Port Security 、TACACS 、CGMP(Cisco Group Management Protocol) 、IGMP 等等。

三旺交換機

MAC表、洪泛、轉發

問一: 交換機做什麽?

答:交換機做三件事: 轉發封包,洪泛封包, 發現新MAC地址。

問二:MAC表是做什麽的?它是怎麽生成、使用的?

答:1) MAC表像電話本(yellow page), 電話本記錄(名字、電話號碼),MAC表記錄 (MAC、接口)。2) 交換機收到一個封包時,用其MAC目的地址搜尋MAC表。找到就轉發封包,找不到就洪泛。3) 收到封包時,交換機用它的MAC源地址來查詢MAC表, 若沒找到,就是發現了一個新地址,把這個地址及輸入接口加入MAC表。 這樣MAC表隨著新資料流而逐漸成長,所生成的條目(MAC, Interface) 可被用來轉發封包。 

問三:為什麽交換機要洪泛?

答:網路常用洪泛來找東西,局網的特點就是廣播、洪泛,而交換機是個局網設備,洪泛方便、高效率。交換機用MAC表來轉發封包,若表裏沒有目的MAC,就不能轉發,而用洪泛。在不知道交換路徑的情 況下,洪泛能把封包很快的送到目的地。同時,洪泛的副作用也有不同的手段來節製。

問四:同一個MAC會不會從不同的接口輸入?交換機怎麽處理?

答:會的。但MAC表隻保留一個MAC。例,MAC1第一次從F0/1輸入,MAC表增添一個新條目 (MAC1, F0/1)。稍後,MAC1從另一個接口F0/5輸入,這次MAC表沒有增添新條目,而是把(MAC1, F0/1)更新為(MAC1, F0/5).

問五: 什麽情況會使得同一個MAC從不同的接口輸入?

答:環路。例,S1, S2, S3連成一個三角形,H1連線到S1,H2連線到S2,在然後三個交換機上造成洪泛。 例,H1 ping H2, MAC表是空的,S2會發現 ping從兩個不同的輸入接口進來。

問六: 交換機MAC表的條目有無時效?

答:有的, 大約5分鍾。MAC表隻儲存較為活躍的MAC. 若交換機在幾分鍾內沒收到一個節點所發出的封包,交換機就會把這個節點的MAC從MAC表清除。。

問七: 一個交換機的MAC表可以放幾個MAC? 答:根據型號、價格而定,從4K到1M (1024K).

交換機

交換機故障

為了提高區域網路的運行維護效率,我們需要在平時積累各種交換機故障排除經驗,以便在遇到故障時,能夠快速地將交換機的故障解決掉。

1. 解決重新設定VLAN麻煩

在管理維護單位區域網路網路的時候,要是連線普通交換機的級聯連線埠發生改變時,那麽之前在該交換機系統中劃分設定的VLAN往往就無法正常發揮作用了。如此說來,難道我們隻有重新劃分設定VLAN嗎?如果真是這樣的話,那網路維護工作量顯然是很大的;其實,在改變普通交換機的級聯連線埠後,我們隻需要進入交換機的後台管理介面,修改一下級聯連線埠的工作模式,以便讓所有的VLAN訪問都能通過,這樣的話就能避免重新設定VLAN操作了。現在我們就以某單位的區域網路為例,來向各位詳細介紹一下交換機的具體設定步驟:

假設該單位區域網路共有6個VLAN,其中S1交換機位于A子網中,S2交換機位于B子網中;最近單位新購買了幾台工作站,現在需要把S1交換機移動到B子網中,而之前S1交換機是在連線埠24上用光纖線纜與單位區域網路的核心交換機直接相連的。為了避免在交換機系統中重新劃分VLAN,我們可以改變S1、S2交換機的連線埠工作模式。例如,我們可以先查看一下S1交換機的連線埠設定情況;在進行這種檢查時,可以先通過telnet命令遠程登錄到交換機的後台管理介面,並執行字元串命令“display interfaces”,這樣我們就能查看到該交換機各個連線埠的具體配置情況了。從上述命令返回的結果中,我們看到與S2交換機保持級聯關系的S1交換機26連線埠狀態為“interface ethernet0/26,port access vlan 2”,通過該狀態我們不難明白S1交換機隻屬于VLAN2,也就是說該交換機隻允許來自VLAN2中的工作站通行,其他VLAN中的工作站都無法通行;當S1交換機改變擺放位置後,它肯定會位于新的VLAN中,為了讓新VLAN中的所有工作站都能通行,我們需要在這裏將S1交換機的26連線埠工作模式修改為“trunk”,這樣一來S1交換機就不需要重新劃分設定VLAN,就能讓新VLAN中的所有工作站都可以通行了。

也許有不少使用者會感到納悶,為什麽S1交換機之前可以和單位區域網路網路正常通信呢?原來S1交換機之前是通過光纖線纜與單位核心交換機相連的,那個光纖連線連線埠的工作模式已經被設定為了“trunk”,當S1交換機的擺放位置發生變化後,由于沒有使用光纖線纜來連線交換機,所以對應的光纖連線連線埠也就沒有作用了。

在修改S1交換機的26連線埠工作模式時,我們可以先遠程登錄進該交換機的後台管理介面,並在該介面的命令行中執行字元串命令“system”,將S1交換機的工作狀態切換到系統配置狀態,接著執行“interface ethernet 0/26”命令進入S1交換機的第26號連線連線埠配置狀態,再在該狀態下輸入字元串命令“port link-type trunk”,單擊回車鍵後,S1交換機的26號連線連線埠工作模式就被成功修改成“trunk”類型了;為了讓區域網路中的所有VLAN都能通過該連線埠訪問S1交換機,我們還需要執行字元串命令“port trunk permit vlan all”,以便指定26號連線連線埠允許來自所有VLAN中的工作站訪問。按照同樣的操作,我們可以修改S2交換機的級聯連線埠工作模式,確保區域網路中的所有工作站都能訪問S2交換機。

2. 解決主機無法Ping通故障

在管理維護網路時,我們時常會在交換機上對區域網路中的某台主機IP地址進行Ping命令測試,在測試過程中要是遇到目標主機IP地址無法被Ping通的故障現象時,我們究竟該如何來排除呢?在確認目標主機已經開通電源,並且該系統自身工作狀態一切正常的情況下,我們可以在交換機中進行如下排查操作:

首先通過telnet命令登錄進目標交換機後台管理介面,在該介面的命令行中執行字元串命令“display interfaces”,從其後彈出的結果介面中看看目標主機與在地交換機所連連線埠的IP地址是否處于同一個網段,或者檢查在地交換機指定連線連線埠的工作模式是否為“trunk”類型,如果這些參數設定不正確的話,我們必須及時將它們修改過來。

其次執行字元串命令“display arp”,從彈出的結果介面中仔細檢查在地交換機管理維護的ARP表內容是否設定正確,一旦發現有不正確的記錄或條目,必須及時將它修改過來。

接著檢查在地交換機連線目標主機的通信連線埠處于哪一個虛擬子網中,找到對應的虛擬子網後,查看該虛擬子網有沒有正確配置VLAN通信接口,要是已經配置了的話,我們不妨再檢查該VLAN通信接口的IP地址是否和目標主機的IP地址位于相同的工作子網中,如果發現配置不正確的話,必須及時修改過來。

要是上面的各項配置參數都正常的話,在地交換機還無法Ping通區域網路中的目標主機地址時,那我們不妨在在地交換機系統中啓用ARP調試開關,以便詳細地檢查在地交換機是否能夠正確地傳送ARP報文和接受ARP報文,要是在地交換機隻能對外傳送ARP報文而無法從外面接受ARP報文時,那故障原因很可能出在乙太網的物理鏈路層,此時我們需要重點對物理鏈路層進行檢查。

3. 解決IP報文無法轉發故障

如果在地交換機的接口鏈路層協定狀態以及該接口的物理狀態全部都顯示為UP,而交換機無法正常轉發IP資料報文時,那多半是在地交換機指定協定發現路由參數沒有設定正確,或者是在地交換機的靜態路由沒有設定生效。此時,我們可以利用telnet命令遠程登錄進目標交換機後台管理介面,並進入到命令行狀態,輸入字元串命令“display ip routing-table protocol static”,單擊回車鍵後來查看在地交換機有沒有正確配置靜態路由,要是沒有配置的話需要及時重新進行配置;

在確認上面的配置正確後,再執行字元串命令“display ip routing-table”,來檢查在地靜態路由有沒有設定生效,要是沒有生效的話需要重新啓用並設定好靜態路由,如此一來就能解決IP報文無法轉發的故障了。

4. 解決資料嚴重掉包故障

網路管理員先嘗試著將集線器的進線直接與故障工作站連線,之後再對伺服器執行ping命令測試,測試結果發現沒有出現封包延時現象,也沒有發生資料掉包現象,測試結果很正常。接著網路管理員又在安裝了10M網卡的舊電腦中進行ping命令測試操作,測試結果竟然也是正常的,而出現故障的電腦恰好是一些安裝了100M網卡設備的新工作站。網路管理員反復對這種現象進行了分析,會不會是工作站的網卡傳輸速度和交換機的傳輸速度存在匹配問題呢?想到這一點,網路管理員于是在那些故障電腦中將100M網卡設備的傳輸速度強製調整為10M,之後再進行訪問測試,結果發現故障現象居然沒有了,很顯然上面的故障的確是由于速度不匹配引起的。日後,當我們遇到相同的故障現象時,不妨仔細檢查故障工作站與交換機的傳輸速度是否匹配,要是不匹配的話,隻需要在故障工作站中強行修改網卡設備的傳輸速度,確保網卡設備與交換機的工作速度保持匹配。    

交換機要支持VRRP協定

VRRP(虛擬路由冗餘協定)是一種保證網路可靠性的解決方案。在該協定中,對共享多存取訪問介質上終端IP設備的默認網關(DefaultGateway)進行冗餘備份,從而在其中一台三層交換機設備宕機時,備份的設備會及時接管轉發工作,向使用者提供透明的切換,提高了網路服務質量。VRRP協定與Cisco的HSRP協定有異曲同工之妙,隻不過HSRP是Cisco私有的。主流交換機廠商均已在其產品中支持了VRRP協定,但廣泛套用還尚需時日。

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