集线设备:集线器和交换机
集线器的英文称为“Hub”。“Hub”是“中心”的意思,集线器的主要功能是对接收到的信号进行再生×××放大,以扩大网络的传输距离,同时把所有节点集中在以它为中心的节点上。它工作于OSI(开放系统互联参考模型)参考模型第一层,即“物理层”。集线器与网卡、网线等传输介质一样,属于局域网中的基础设备,采用CSMA/CD(一种检测协议)访问方式。
  集线器属于纯硬件网络底层设备,基本上不具有类似于交换机的"智能记忆"能力和"学习"能力。它也不具备交换机所具有的MAC地址表,所以它发送数据时都是没有针对性的,而是采用广播方式发送。也就是说当它要向某节点发送数据时,不是直接把数据发送到目的节点,而是把数据包发送到与集线器相连的所有节点,如图所示。
  这种广播发送数据方式有两方面不足:(1)用户数据包向所有节点发送,很可能带来数据通信的不安全因素,一些别有用心的人很容易就能非法截获他人的数据包;(2)由于所有数据包都是向所有节点同时发送,加上以上所介绍的共享带宽方式,就更加可能造成网络塞车现象,更加降低了网络执行效率。(3)非双工传输,网络通信效率低。集线器的同一时刻每一个端口只能进行一个方向的数据通信,而不能像交换机那样进行双向双工传输,网络执行效率低,不能满足较大型网络通信需求。
  正因如此,尽管集线器技术也在不断改进,但实质上就是加入了一些交换机(SWITCH)技术,发展到了今天的具有堆叠技术的堆叠式集线器,有的集线器还具有智能交换机功能。可以说集线器产品已在技术上向交换机技术进行了过渡,具备了一定的智能性和数据交换能力。但随着交换机价格的不断下降,仅有的价格优势已不再明显,集线器的市场越来越小,处于淘汰的边缘。尽管如此,集线器对于家庭或者小型企业来说,在经济上还是有一点诱惑力的,特别适合家庭几台机器的网络中或者中小型公司作为分支网络使用。
  HUB是一个多端口的转发器,当以HUB为中心设备时,网络中某条线路产生了故障,并不影响其它线路的工作。所以HUB在局域网中得到了广泛的应用。大多数的时候它用在星型与树型网络拓扑结构中,以RJ45接口与各主机相连(也有BNC接口),HUB按照不同的说法有很多种类。
  HUB按照对输入信号的处理方式上,可以分为无源HUB、有源HUB、智能HUB。
  无源HUB:它是最次的一种(词土了点儿^_^),不对信号做任何的处理,对介质的传输距离没有扩展,并且对信号有一定的影响。连接在这种HUB上的每台计算机,都能收到来自同一HUB上所有其它电脑发出的信号;
  有源HUB:有源HUB与无源HUB的区别就在于它能对信号放大或再生,这样它就延长了两台主机间的有效传输距离;
  智能HUB:一听这词就知道这家伙一定比那两个强!智能HUB除具备有源HUB所有的功能外,还有网络管理及路由功能。在智能HUB网络中,不是每台机器都能收到信号,只有与信号目的地址相同地址端口计算机才能收到。有些智能HUB可自行选择最佳路径,这就对网络有很好的管理。
  按其它方法还有很多种类,如10M、100M、10/100M自适应HUB等等,这里就不一一介绍了。总之,现在的市场价格贵不到那去,尽量买好一点的。
  如果我们经常接触网络,对作为构建局域网的基础设备集线器应该不会陌生,但是对于集线器背后各方面的知识,我们又知道多少呢?
  一、集线器的定义
  集线器(HUB)属于数据通信系统中的基础设备,它和双绞线等传输介质一样,是一种不需任何软件支持或只需很少管理软件管理的硬件设备。它被广泛应用到各种场合。集线器工作在局域网(LAN)环境,像网卡一样,应用于OSI参考模型第一层,因此又被称为物理层设备。集线器内部采用了电器互联,当维护LAN的环境是逻辑总线或环型结构时,完全可以用集线器建立一个物理上的星型或树型网络结构。在这方面,集线器所起的作用相当于多端口的中继器。其实,集线器实际上就是中继器的一种,其区别仅在于集线器能够提供更多的端口服务,所以集线器又叫多口中继器。
  普通集线器外部板面结构非常简单。比如D--Link最简单的10BASE~T EthernetHub集线器是个长方体,背面有交流电源插座和开关、一个AUI接口和一个BNC接口,正面的大部分位置分布有一行17个RJ--45接口。在正面的右边还有与每个RJ--45接口对应的LED接口指示灯和LED状态指示灯。高档集线器从外表上看,与现代路由器或交换式路由器没有多大区别。尤其是现代双速自适应以太网集线器,由于普遍内置有可以实现内部10Mb/s和100Mb/s网段间相互通信的交换模块,使得这类集线器完全可以在以该集线器为节点的网段中,实现各节点之间的通信交换,有时大家也将此类交换式集线器简单地称之为交换机,这些都使得初次使用集线器的用户很难正确地辨别它们。但根据背板接口类型来判别集线器,是一种比较简单的方法。
  二、 集线器的工作特点
  依据IEEE 802.3协议,集线器功能是随机选出某一端口的设备,并让它独占全部带宽,与集线器的上联设备(交换机、路由器或服务器等)进行通信。由此可以看出,集线器在工作时具有以下两个特点。
  首先是Hub只是一个多端口的信号放大设备,工作中当一个端口接收到数据信号时,由于信号在从源端口到Hub的传输过程中已有了衰减,所以Hub便将该信号进行×××放大,使被衰减的信号再生(恢复)到发送时的状态,紧接着转发到其他所有处于工作状态的端口上。从Hub的工作方式可以看出,它在网络中只起到信号放大和重发作用,其目的是扩大网络的传输范围,而不具备信号的定向传送能力,是—个标准的共享式设备。因此有人称集线器为“傻Hub”或“哑Hub”。
  其次是Hub只与它的上联设备(如上层Hub、交换机或服务器)进行通信,同层的各端口之间不会直接进行通信,而是通过上联设备再将信息广播到所有端口上。由此可见,即使是在同一Hub的不同两个端口之间进行通信,都必须要经过两步操作:第一步是将信息上传到上联设备;第二步是上联设备再将该信息广播到所有端口上。
  不过,随着技术的发展和需求的变化,目前的许多Hub在功能上进行了拓宽,不再受这种工作机制的影响。由Hub组成的网络是共享式网络,同时Hub也只能够在半双工下工作。
  Hub主要用于共享网络的组建,是解决从服务器直接到桌面最经济的方案。在交换式网络中,Hub直接与交换机相连,将交换机端口的数据送到桌面。使用Hub组网灵活,它处于网络的一个星型结点,对结点相连的工作站进行集中管理,不让出问题的工作站影响整个网络的正常运行,并且用户的加入和退出也很自由。
  三、集线器分类
  集线器有很多种类型。
  1.按结构和功能分类
  按结构和功能分类,集线器可分为未管理的集线器、堆叠式集线器和底盘集线器三类。
  (1)未管理的集线器
  最简单的集线器通过以太网总线提供中央网络连接,以星形的形式连接起来。这称之为未管理的集线器,只用于很小型的至多12个节点的网络中(在少数情况下,可以更多一些)。未管理的集线器没有管理软件或协议来提供网络管理功能,这种集线器可以是无源的,也可以是有源的,有源集线器使用得更多。
  (2)堆叠式集线器
  堆叠式集线器是稍微复杂一些的集线器。堆叠式集线器最显著的特征是8个转发器可以直接彼此相连。这样只需简单地添加集线器并将其连接到已经安装的集线器上就可以扩展网络,这种方法不仅成本低,而且简单易行。
  (3)底盘集线器
  底盘集线器是一种模块化的设备,在其底板电路板上可以插入多种类型的模块。有些集线器带有冗余的底板和电源。同时,有些模块允许用户不必关闭整个集线器便可替换那些失效的模块。集线器的底板给插入模块准备了多条总线,这些插入模块可以适应不同的段,如以太网、快速以太网、光纤分布式数据接口(Fiber Distributed Data Interface,FDDl)和异步传输模式(Asynchronous Transfer Mode,ATM)中。有些集线器还包含有网桥、路由器或交换模块。有源的底盘集线器还可能会有重定时的模块,用来与放大的数据信号关联。
  2.按局域网的类型分类
  从局域网角度来区分,集线器可分为五种不同类型。
  (1)单中继网段集线器
  最简单的集线器,是一类用于最简单的中继式LAN网段的集线器,与堆叠式以太网集线器或令牌环网多站访问部件(MAU)等类似。
  (2)多网段集线器
  从单中继网段集线器直接派生而来,采用集线器背板,这种集线器带有多个中继网段。其主要优点是可以将用户分布于多个中继网段上,以减少每个网段的信息流量负载,网段之间的信息流量一般要求独立的网桥或路由器。
  (3)端×××换式集线器
  该集成器是在多网段集线器基础上,将用户端口和多个背板网段之间的连接过程自动化,并通过增加端×××换矩阵(PSM)来实现的集线器。PSM可提供一种自动工具,用于将任何外来用户端口连接到集线器背板上的任何中继网段上。端×××换式集线器的主要优点是,可实现移动、增加和修改的自动化特点。
  (4)网络互联集线器
  端×××换式集线器注重端×××换,而网络互联集线器在背板的多个网段之间可提供一些类型的集成连接,该功能通过一台综合网桥、路由器或LAN交换机来完成。目前,这类集线器通常都采用机箱形式。
  (5)交换式集线器
  目前,集线器和交换机之间的界限已变得模糊。交换式集线器有一个核心交换式背板,采用一个纯粹的交换系统代替传统的共享介质中继网段。此类产品已经上市,并且混合的(中继/交换)集线器很可能在以后几年控制这一市场。应该指出,这类集线器和交换机之间的特性几乎没有区别。
  四、 局域网集线器选择
  随着技术的发展,在局域网尤其是—些大中型局域网中,集线器已逐渐退出应用,而被交换机代替。目前,集线器主要应用于一些中小型网络或大中型网络的边缘部分。下面以中小型局域网的应用为特点,介绍其选择方法。
  1.以速度为标准
  集线器速度的选择,主要决定于以下3个因素。
  (1)上联设备带宽
  如果上联设备允许跑100Mbit/s,自然可购买lOOMbit/s集线器;否则lOMbit/s集线器应是理想选择,由于是对于网络连接设备数较少,而且通信流量不是很大的网络来说,lOMbit/s集线器就可以满足应用需要。
  (2)提供的连接端口数
  由于连接在集线器上的所有站点均争用同一个上行总线,所以连接的端口数目越多,就越容易造成冲突。同时,发往集线器任一端口的数据将被发送至与集线器相连的所有端口上,端口数过多将降低设备有效利用率。依据实践经验,一个lOMbit/s集线器所管理的计算机数不宜超过15个,lOOMbit/s的不宜超过25个。如果超过,应使用交换机来代替集线器。
  (3)应用需求
  传输的内容不涉及语音、图像,传输量相对较小时,选择10Mbit/s即可。如果传输量较大,且有可能涉及多媒体应用(注意集线器不适于用来传输时间敏感性信号,如语音信号)时, 应当选择100Mbit/s或10/100Mbit/s自适应集线器。10/100Mbit/s自适应集线器的价格一般要比100Mbit/s的高。
  2.以能否满足拓展为标准
  当一个集线器提供的端口不够时,一般有以下两种拓展用户数目的方法。
  (1)堆叠
  堆叠是解决单个集线器端口不足时的一种方法,但是因为堆叠在一起的多个集线器还是工作在同一个环境下,所以堆叠的层数也不能太多。然而,市面上许多集线器以其堆叠层数比其他品牌的多而作为卖点,如果遇到这种情况,要区别对待:一方面可堆叠层数越多,一般说明集线器的稳定性越高;另一方面可堆叠层数越多,每个用户实际可享有的带宽则越小。
  (2)级连
  级连是在网络中增加用户数的另一种方法,但是此项功能的使用—般是有条件的,即Hub必须提供可级连的端口,此端口上常标为“Uplink”或“MDI”的字样,用此端口与其他的Hub进行级连。如果没有提供专门的端口而必须要进行级连时,连接两个集线器的双绞线在制作时必须要进行错线。
  3.以是否提供网管功能为标准
  早期的Hub属于一种低端的产品,且不可管理。近年来,随着技术的发展,部分集线器在技术上引进了交换机的功能,可通过增加网管模块实现对集线器的简单管理(SNMP),以方便使用。但需要指出的是,尽管同是对SNMP提供支持,不同厂商的模块是不能混用的,同时同一厂商的不同产品的模块也不同。目前提供SNMP功能的Hub其售价较高,如D-Link公司的DEl824非智能型24口10Base-T的售价比加装网管模块后的DEl8241要便宜1000元左右。
  4.以外形尺寸为参考
  如果网络系统比较简单,没有楼宇之间的综合布线,而且网络内的用户比较少,如一个家庭、一个或几个相邻的办公室,则没有必要再考虑Hub的外形尺寸。但是有的时候情况并非如此,例如为了便于对多个Hub进行集中管理,在购买Hub之前已经购置了机柜,这时在选购Hub时必须要考虑它的外形尺寸,否则Hub无法安装在机架上。现在市面上的机柜在设计时一般都遵循19英寸的工业规范,它可安装大部分的5口、8口、16口和24口的Hub。不过,为了防止意外,在选购时一定注意它是否符合19英寸工作规范,以便在机柜中安全、集中地进行管理。
  5.适当考虑品牌和价格
  像网卡一样,目前市面上的Hub基本由美国品牌和中国台湾品牌占据,近来大陆几家公司也相继推出了集线器产品。其中高档Hub主要还是由美国品牌占领,如3COM、Intel、Bay等,它们在设计上比较独特,一般几个甚至是每个端口配置一个处理器,当然,价格也较高。我国台湾地区的D-Link和Accton占有了中低端Hub的主要份额,大陆的联想、实达、TPLink等公司分别以雄厚的实力向市场上推出了自己的产品。这些中低档产品均采用单处理器技术,其外围电路的设计思想大同小异,实现这些思想的焊接工艺手段也基本相同,价格相差不多,大陆产品相对略便宜些,正日益占据更大的市场份额。近来,随交换机产品价格的日益下降,集线器市场日益痿缩,不过,在特定的场合,集线器以其低延迟的特点可以用更低的投入带来更高的效率。交换机不可能完全代替集线器。
  五、集线器常见故障的分析处理
  对于最普通最常用的星型拓扑结构来说,集线器(HUB)是心脏部分,一旦它出 问题,整个网络便无法工作,所以它的好坏对于整个网络来说都是相当重要的。
  集线器(HUB)或交换机(Switch)是局域网中用得最为普及的设备。一般情况下,它们为用户查找网络故障提供方便,如通过观察与HUB(或Switch)连接端口的指示灯是否发亮,可以判断网络连接是否正常。对于lO/lOOMb/s自适应HUB(或Switch)而言,还可通过连接端口指示灯的不同颜色来判断被连接的电脑是工作在10Mb/s状态下,还是lOOMb/s状态下。所以,在大多数应用场合,HUB(或Switch)的使用是有利于网络维护的。但是,因为HUB(或Switch)的使用不当或自身损坏,都将给网络的连接带来问题。
  1.集线器在100Mb/s网络中的应用故障
  [故障现象]
  将网络从10Mb/s升级到100Mb/s后,网络无法正常工作。
  [故障分析处理]
  在局域网中,当网络的连接范围较大时,可通过HUB之间的级联扩大网络的传输距离。在10Mb/s网络中最多可级联四级,使网络的最大传输距离达到600m。但当网络从10Mb/s升级到100Mb/s或新建一个100Mb/s的局域网时,如果采用普通的方法对100MHUB进行连接将使局域网络无法正常工作。众所周知,在100Mb/s网络中只允许对两个100Mb/s的HUB进行级联,而且两个10Mb/sHUB之间的连接距离不能大于5m,所以100Mb/s局域网在使用HUB时最大距离为205m。如果实际连接距离不符合以上要求,网络将无法连接。这一点要引起足够重视,否则在用户规划网络时很容易造成严重的错误。
  2。集线器在进行级联时的应用故障
  [故障现象]
  某单位自行组建一个局域网,使用了两个16口(还带一个级联端口)的10M共享式集线器,所有电脑通过HUB与总机房的HUB相连。其中HUBA通过级联端口连接到HUBB的第16个端口上,HUBB通过级连端口连接到总机房的HUB上,其他端口分别连接工作站。整个工作站使用静态IP地址,其值分别为192.168.0.2、192.168.0.3……依次类推,192.168.0.1分配给NT服务器使用,每台电脑(包括服务器)的子网掩码全部为255.255.255.0。在正式连接服务器前每设置一台工作站,都使用Ping命令进行测试,结果全部都连通,而且HUB A所连接的工作站全部也能用Ping命令与HUB B所连接的工作站相通。但是,当连入了服务器后,只有HUB B所连接的工作站能够登录服务器,而HUBA所连接的工作站却无法登录。
  [故障分析处理]
  通过观察电脑上网卡的指示灯,以及两个HUB上各端口的指示灯,除发现HUBB的第16个端口与HUB A的级联端口对应的指示灯不亮外,所有网卡和其他端口的指示灯都均匀发亮,说明电脑与HUB之间的连接均正常,因此问题极有可能是出在HUBA的级联端口与HUB B的第16个端口上。按照这种情况,开始怀疑在HUB A的级联端口和HUB B的第16个端口中至少有一个端口是坏的。为了进一步确认其端口是坏的,可将两个HUB的位置进行的调换,但结果依然如旧。接下来试着把连接HUB A级联端口的双绞线插在了HUB B的别处的一个普通端口上,结果问题解决了,网络中所有的工作站都能与服务器连通,而且两个HUB所连接的工作站都能相互得到响应。 由此可以看出,有些HUB的级联端口和与之紧靠的一个端口不是独立的两个端口,而应属于同一个端口(虽然存在两个独立的物理端口)。以前的许多HUB是使用了一个拨动开关在两个端口之间进行级联端口的选择,而在随后推出的产品中却省了这个开关,但如果将其中一个端口作为级联端口使用,另一个端口将无效。
  3.HUB经常烧坏
  [故障现象]
  一台连接两幢楼的HUB经常烧坏,有时候一个月之中就要坏三四次。
  [故障分析处理]
  经测试,其中A楼的电源系统已经老化,零线绝对电压是30V,火线绝对电压是 250V,而用万用表量电压还是220V;UB到B楼HUB,则两个HUB要承受30V的电势差,很可能因此而损坏。解决的办法很简单,只需在A楼的交换机房接一根地线即可。
  六、集线器的基本工作原理
  我们知道在环型网络中只存在一个物理信号传输通道,都是通过一条传输介质来传输的,这样就存在各节点争抢信道的矛盾,传输效率较低。引入集线器这一网络集线设备后,每一个站是用它自己专用的传输介质连接到集线器的,各节点间不再只有一个传输通道,各节点发回来的信号通过集线器集中,集线器再把信号×××、放大后发送到所有节点上,这样至少在上行通道上不再出现碰撞现象。但基于集线器的网络仍然是一个共享介质的局域网,这里的"共享"其实就是集线器内部总线,所以当上行通道与下行通道同时发送数据时仍然会存在信号碰撞现象。当集线器将从其内部端口检测到碰撞时,产生碰撞强化信号(Jam)向集线器所连接的目标端口进行传送。 这时所有数据都将不能发送成功,形成网络"大塞车"。
  出现这种网络现象我们可以用一个形象的现实情形来说明,那就是单车道上同时有两个方向的车驰来,如图1所示。
  我们知道,单车道上通常只允许一个行驶方向的车通过,但是在小城镇,条件有限通常没有这样的规定,单车道也很有可能允许两个行驰方向的车通过,但是必须是不同时刻经过。在集线器中也一样,虽然各节点与集线器的连接已有各自独立的通道,但是在集线器内部却只有一个共同的通道,上、下行数据都必须通过这个共享通道发送和接收数据,这样有可能像单车道一样,当上、下行通道同时有数据发送时,就可能出现塞车现象。很好理解吧?
  正因为集线器的这一不足之处,所以它不能单独应用于较大网络中(通常是与交换机等设备一起分担小部分的网络通信负荷),就像在大城市中心不能有单车道一样,因为网络越来,出现网络碰撞现象的机会就越大。也正因如此,集线器的数据传输效率是比较低的,因为它在同一时刻只能有一个方向的数据传输,也就是所谓的"单工"方式。如果器网络中要选用集线器作为单一的集线设备,则网络规模最好在10台以内,而且集线器带宽应为10/100Mbps以上。
  集线器除了共享带宽这一不足之处外,还有一个方面在选择集线器时必须要考虑到,那就是它的广播方式。因为集线器属于纯硬件网络底层设备,基本上不具有"智能记忆"能力,更别说"学习"能力了。它也不具备交换机所具有的MAC地址表,所以它发送数据时都是没有针对性的,而是采用广播方式发送。也就是说当它要向某节点发送数据时,不是直接把数据发送到目的节点,而是把数据包发送到与集线器相连的所有节点,图示如图2所示。
  这种广播发送数据方式有两方面不足:(1)用户数据包向所有节点发送,很可能带来数据通信的不安全因素,一些别有用心的人很容易就能非法截获他人的数据包;(2)由于所有数据包都是向所有节点同时发送,加上以上所介绍的共享带宽方式,就更加可能造成网络塞车现象,更加降低了网络执行效率。
  七、集线器的安装
  了解了集线器的工作原理后,我们再来了解一下集线器在局域网中的安装与连接方法。
  接入设备最重要的是它的接口技术,不同的接口应用于不同的应用环境,不同的应用又对应于相应的接口,不仅集线器如此,包括后面将要讲到的交换机、路由器等都一样。集线器的接口相对来说是最简单的,为了使大家熟练地掌握集线器的各种应用连接,我们有必要对集线器的一些主要接口进行一下认识。
  1. 集线器常见端口
  集线器通常都提供三种类型的端口,即RJ-45端口、BNC端口和AUI端口,以适用于连接不同类型电缆构建的网络。一些高档集线器还提供有光纤端口和其他类型的端口。
  (1)RJ-45接口
  RJ-45接口可用于连接RJ-45接头,适用于由双绞线构建的网络,这种端口是最常见的,一般来说以太网集线器都会提供这种端口。我们平常所讲的多少口集线器,就是指的具有多少个RJ-45端口。如图3所示。
  集线器的RJ-45端口即可直接连接计算机、网络打印机等终端设备,也可以与其他交换机、集线器等集线设备和路由器进行连接。需要注意的是,当连接至不同设备时,所使用的双绞线电缆的跳线方法有所不同。具体参见前面介绍的网线制作篇内容介绍。
  (2)BNC端口
  BNC端口就是用于与细同轴电缆连接的接口,它一般是通过BNC T型接头进行连接的,图4所示的是一个集线器BNC端口通过BNC 型接头连接的示意图。
  大多数10Mbit/s集线器都拥有一个BNC端口。当集线器同时拥有BNC和RJ-45端口时,由于既可通过RJ-45端口与双绞线网络连接,又可通过BNC接口与细缆网络连接,因此,可实现双绞线和细同轴电缆两个采用不同通讯传输介质的网络之间的连接。这种双接口的特性可用于兼容原有的细同轴电缆网络(10Base-2),并可实现逐步向主流的双绞线网络(10Base-T)的过渡,当然还可实现与远程细同轴电缆网络(少于185米)之间的连接,下图5所示的是一种通过集线器所带有的BNC接口与双绞线RJ-45接口连接两种不同传输介质网络的网络连接示意图。
  同样,如果两个网络之间的距离大于100米,使用双绞线不能实现两个网络之间的连接时,这时也可以通过集线器的BNC端口利用细同轴电缆传输将两个输网络连接起来,而两个网络都可以仍采用双绞线这种廉价、常见的传输介质,如图6所示。不过要注意的是这两个网络之间的距离仍不能大于185m。
  (3)AUI端口
  AUI端口可用于连接粗同轴电缆的AUI接头,因此这种接口用于与粗同轴电缆网络的连接,它的示意图如图7所示,目前带有这种接口的集线器比较少,主要是在一些骨干级集线器中才具备。
  由于采用粗同轴电缆作为传输介质的网络造价较高,且布线较为困难,所以,实践中真正用于粗同轴电缆进行布线的情况已十分少见。不过,由于单段粗同轴电缆的(10Base-5)所支持的传输距离高达500米,因此,完全可以使用粗同轴电缆作为较远距离网络之间连接的通讯电缆。因此,也可以作为一种廉价的远程连接解决方案。连接图参照上图6所示,所不同的这里所采用的网络间的连接介质为粗同轴电缆。
  借助于收发器,AUI端口也可实现与RJ-45接口、BNC接口甚至光纤接口的连接。下图8所示的从左至右分别为:AUI to RJ-45收发器(用于实现AUI端口与RJ-45接口的连接)、AUI to BNC收发器(用于实现AUI端口与BNC接口的连接)、AUI to ST收发器(用于实现AUI端口与光纤接口的连接)。当然这种收发器种类还有许多,如RJ-45 to RS-232、RJ-45 to BNC等。不过千万不要小看这小小的玩意儿,猜一下其价格,我想多数情况下您是会把它看扁了,我第一次购买时也是怎么也想不通的这个价格的,但问了许多家(还真难找),我才明白我得接受这个价格事实。一般来说这种产品,正品的要130元左右,是不是出乎您的意料呢?这种转接口收发器主要品牌有:D-Link、HP等。这种产品起到一个接口类型转换的作用(当然不是电缆连接这么简单,需要通过一定电路来完成的),所以通常称之为"转接器"。
  (4)集线器堆叠端口
  这种端口当然是只有可堆栈集线器才具备的,它的作用也就是如它的名字一样,是用来连接两个可堆栈集线器的。一般来说一个可堆栈集线器中同时具有两个外观类似的端口:一个标注为"UP",另一个就标注为"DOWN",在连接时是用电缆从一个集线器的"UP"端口连接到另一个可堆集线器的"DOWN"端口上,都是"母"头,所以连接线端就必须都是"公头"了,不过这种连接线是购买可堆栈集线器时厂家就会为您提供的,如果损坏或丢失,也可直接在电脑城做一条,只要对商家讲明用途即可,端口示意图如下图9所示。
  2. 集线器的安装
  集线器的安装相对简单,尤其是傻瓜集线器,只要将其固定在配线柜并插上电源线即可。需要连接哪根双绞线,就把哪根双绞线的RJ-45头插入至集线器端口即可。智能集线器虽然也是固定好就能行使用,不过,如果想实现远程管理,就必须进行必要的配置,为集线器指定IP地址信息。另外在一些大的网络中一般都采用机架式集线器,这样就涉及到集线器的机架安装了。
  集线器从结构上来讲有机架式和桌机式的两种,一般部门用的集线器是采用桌面式;企业机房通常采用机架式。机架式集线器便于固定在一个固定的地方,一般是与其它集线器、交换机,还有的与服务器安装放在一个机柜中,这一样一来一则便于网络的连接与管理,同时也节省上设备所占用的空间。如果您在选购时所选购的是机架式的集线器时,您可以选配集线器机架(一般为厂家提供)。下面我们就来看一下机架式集线器的安装。
  机架式的集线器一般都是与其它设备一起安装在机柜中,这些机柜当然在业界都有相应的结构标准的,特别是在尺寸方面有严格的规定(如宽度,1U(单元)的高度等),这样所有设备都可以方便、美观地安装在一起,这就是为什么集线器里面空空的,却非要做得一样大的原因所在,当然机箱大也有另一方面好处,那就是可以更好地散热。
  在国际标准机柜从宽度上大致可分19英寸、23英寸和24英寸三类,这主要是根据服务器机柜的要求而定的。根据安装设备数量的不同,还可以选择不同高度的机柜。机柜的高度通常以"U"作为单位,"U"其实就是"Unit"的意思,中文的意思就是"一单元",1U=1.75英寸。这种机柜的安装通常主要按以下几步来进行。
  第1步: 固定安装支架
  在将集线器安装至机柜之前,应当先在集线器规定位置上安装固定支架(这要参照操作手册进行),这是为以后将集线器安装在机架上作准备。不同的集线器,所安装的支架有较大的差异,不过,安装原理基本上是一致的。图10所示的是Cisco集线器随机提供的一种安装支架。
  Cisco公司网络设备的尺寸大多为19英寸(因为19英寸是国际上最为流行的机柜标准),当将19英寸的网络设备安装至19英寸机柜时,安装支架的固定方式如图11所示。当将机柜的尺寸为23或24英寸时,网络设备就需要安装至23或24英寸机柜中,安装支架的固定方式就要如图12所示。
  第2步: 固定设备
  安装支架固定好之后,接下来要做的就是把安装好支架的集线器设备放入机柜相应位置,并且固定在机柜中了。其实这种安装方法很容易,实际上只是固定几个镙钉即可,安装方式参照图13所示。
  第3步: 固定导线器
  将集线器安装至机柜后,就要进行网线连接了,在一个机柜中一般来说有好几个网络设备在地起,这样也就有许多条网线集中在这个机柜中,如果这些网线不理清楚的话对网络管理会带来非常大的不便,为此我们就需要对网线进行捆绑安装、整理。这时一般就要为网线安装导线器,从而使成束地网线变得整齐和美观,且易于管理。导线器的安装方式如图14所示。
  上面我们介绍了机架式集线器安装在机柜中的方法,这一般适用于较大网络中,对于小型办公室,通常没有机柜,集线器只能安装在桌面或墙面上。
  集线器在桌面上的安装,可先固定安装支架在桌面上,这种安装方式要注意又有两种不同的安装方向:一种是让集线器水平放置的水平安装方式,如图15为水平固定方式;另一种是让集线器垂直放置,它的支架固定方式如图16所示。
  集线器在墙面上安装的方法同样有两种方式:一种是把集线器水平固定在墙上,则可采用如图17所示的安装方法;另一种是把集线器垂直安装在墙上时,则要按图18所示方式安装。
  八、集线器的连接
  集线器的连接虽然简单,基本上不需什么配置,但是通过对它的连接原理的理解,可以更好地利用集线器,满足中、小型网络应用需求。在正式介绍集线器的连接方法前,先来了解一下集线器的信号转发原理。
  1. 集线器的信号转发原理
  集线器工作于OSI/RM参考模型的物理层和数据链路层的MAC(介质访问控制)子层。物理层定义了电气信号,符号,线的状态和时钟要求,数据编码和数据传输用的连接器。因为集线器只对信号进行×××、放大后再重发,不进行编码,所以是物理层的设备。10M集线器在物理层有4个标准接口可用,那就是:10BASE-5、10BASE-2、10BASE-T、10BASE-F。10M集线器的10BASE-5(AUI)端口用来连接层1和层2 。
  集线器采用了CSMA/CD(载波帧听多路访问/冲突检测)协议,CSMA/CD为MAC层协议,所以集线器也含有数据链路层的内容。
  10M集线器作为一种特殊的多端口中继器,它在连网中继扩展中要遵循5-4-3规则,即:一个网段最多只能分5个子网段;一个网段最多只能有4个中继器;一个网段最多只能有三个子网段含有PC,如图19,子网段2和子网段4是用来延长距离的。
  集线器的工作过程是非常简单的,它可以这样的简单描述:首先是节点发信号到线路,集线器接收该信号,因信号在电缆传输中有衰减,集线器接收信号后将衰减的信号×××放大,最后集线器将放大的信号广播转发给其他所有端口。
  2. 集线器的堆叠
  为了使集线器满足大型网络对端口的数量要求,一般在较大型网络中都采用集线器的堆叠或级联方式来解决。但这两种方式的主要应用场合不一样,下面先来介绍堆叠方式。
  堆叠方式是指将若干集线器的以电缆通过堆栈端口连接起来,以实现单台集线器端口数的扩充,要注意的是只有可堆叠集线器才具备这种端口,一个可堆叠集线器中一般同时具有"UP"和"DOWN"堆叠端口,参见图9。
  集线器堆栈是通过厂家提供的一条专用连接电缆,从一台的"UP"堆栈端口直接连接到另一台集线器的"DOWN"堆栈端口。堆栈中的所有集线器可视为一个整体的集线器来进行管理,也就是说,堆叠栈中所有的集线器从拓朴结构上可视为一个集线器。如图20所示的是一款3Com的SuperStack II PS Hub 40/50堆栈集线器的堆栈连接示意图,而图21所示的是Cisco FastHub 300/400堆栈集线器堆栈连接示意图。这种集线器间的连接通常不会占用集线器上原有的普通端口,而且在这种堆栈端口中具有智能识别性能,所以堆栈在一起的集线器可以当作一台集线器来统一管理。集线器堆叠技术采用了专门的管理模块和堆栈连接电缆,能够在集线器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)。
  采用堆叠的集线器端口扩展方式要受到集线器的种类和间隔距离的限制,首要条件是实现堆叠的集线器必须是可堆栈的;另一个这种堆栈连接一般彼此间隔非常近的向台集线器之间的连接(厂家所能提供的堆栈连接电缆一般是1m的),所以这种集线器端口扩展连接方式受距离限制太大。
数据网络交换机概念和原理  交换(switching)是按照通信两端传输信息的需要,用人工或设备自动完成的方法,把要传输的信息送到符合要求的相应路由上的技术统称。广义的交换机(switch)就是一种在通信系统中完成信息交换功能的设备。
  在计算机网络系统中,交换概念的提出是对于共享工作模式的改进。我们以前介绍过的HUB集线器就是一种共享设备,HUB本身不能识别目的地址,当同一局域网内的A主机给B主机传输数据时,数据包在以HUB为架构的网络上是以广播方式传输的,由每一台终端通过验证数据包头的地址信息来确定是否接收。也就是说,在这种工作方式下,同一时刻网络上只能传输一组数据帧的通讯,如果发生碰撞还得重试。这种方式就是共享网络带宽。
  交换机拥有一条很高带宽的背部总线和内部交换矩阵。交换机的所有的端口都挂接在这条背部总线上,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(网卡的硬件地址)的NIC(网卡)挂接在那个端口上,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。
  使用交换机也可以把网络“分段”,通过对照MAC地址表,交换机只允许必要的网络流量通过交换机。通过交换机的过滤和转发,可以有效的隔离广播风暴,减少误包和错包的出现,避免共享冲突。
  交换机在同一时刻可进行多个端口对之间的数据传输。每一端口都可视为独立的网段,连接在其上的网络设备独自享有全部的带宽,无须同其他设备竞争使用。当节点A向节点D发送数据时,节点B可同时向节点C发送数据,而且这两个传输都享有网络的全部带宽,都有着自己的虚拟连接。假使这里使用的是10Mbps的以太网交换机,那么该交换机这时的总流通量就等于2×10Mbps=20Mbps,而使用10Mbps的共享式HUB时,一个HUB的总流通量也不会超出10Mbps。
  总之,交换机是一种基于MAC地址识别,能完成封装转发数据包功能的网络设备。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。

网络交换机分类

  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。从传输介质和传输速度上可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。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。本文所介绍的交换机指的是局域网交换机。

网络交换机功能

  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。

网络交换机方式

  [1]交换机通过以下三种方式进行交换:
  1) 直通式:
  直通方式的以太网交换机可以理解为在各端口间是纵横交叉的线路矩阵电话交换机。它在输入端口检测到一个数据包时,检查该包的包头,获取包的目的地址,启动内部的动态查找表转换成相应的输出端口,在输入与输出交叉处接通,把数据包直通到相应的端口,实现交换功能。由于不需要存储,延迟非常小、交换非常快,这是它的优点。它的缺点是,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。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。
  2) 存储转发:
  存储转发方式是计算机网络领域应用最为广泛的方式。它把输入端口的数据包先存储起来,然后进行CRC(循环冗余码校验)检查,在对错误包处理后才取出数据包的目的地址,通过查找表转换成输出端口送出包。正因如此,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,有效地改善网络性能。尤其重要的是它可以支持不同速度的端口间的转换,保持高速端口与低速端口间的协同工作。
  3) 碎片隔离:
  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64字节,则发送该包。这种方式也不提供数据校验。它的数据处理速度比存储转发方式快,但比直通式慢。
  简略的概括一下交换机的基本功能:
  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。
  交换机的传输模式
  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,当目前有两量车对开,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。

网络交换机应用

  作为局域网的主要连接设备,以太网交换机成为应用普及最快的网络设备之一。随着交换技术的不断发展,以太网交换机的价格急剧下降,交换到桌面已是大势所趋。
  如果你的以太网络上拥有大量的用户、繁忙的应用程序和各式各样的服务器,而且你还未对网络结构做出任何调整,那么整个网络的性能可能会非常低。解决方法之一是在以太网上添加一个10/100Mbps的交换机,它不仅可以处理10Mbps的常规以太网数据流,而且还可以支持100Mbps的快速以太网连接。
  如果网络的利用率超过了40%,并且碰撞率大于10%,交换机可以帮你解决一点问题。带有100Mbps快速以太网和10Mbps以太网端口的交换机可以全双工方式运行,可以建立起专用的20Mbps到200Mbps连接。
  不仅不同网络环境下交换机的作用各不相同,在同一网络环境下添加新的交换机和增加现有交换机的交换端口对网络的影响也不尽相同。充分了解和掌握网络的流量模式是能否发挥交换机作用的一个非常重要的因素。因为使用交换机的目的就是尽可能的减少和过滤网络中的数据流量,所以如果网络中的某台交换机由于安装位置设置不当,几乎需要转发接收到的所有数据包的话,交换机就无法发挥其优化网络性能的作用,反而降低了数据的传输速度,增加了网络延迟。
  除安装位置之外,如果在那些负载较小,信息量较低的网络中也盲目添加交换机的话,同样也可能起到负面影响。受数据包的处理时间、交换机的缓冲区大小以及需要重新生成新数据包等因素的影响,在这种情况下使用简单的HUB要比交换机更为理想。因此,我们不能一概认为交换机就比HUB有优势,尤其当用户的网络并不拥挤,尚有很大的可利用空间时,使用HUB更能够充分利用网络的现有资源。

网络交换机技术与发展史

  概述
  1993年,局域网交换设备出现,1994年,国内掀起了交换网络技术的热潮。其实,交换技术是一个具有简化、低价、高性能和高端口密集特点的交换产品,体现了桥接技术的复杂交换技术在OSI参考模型的第二层操作。与桥接器一样,交换机按每一个包中的MAC地址相对简单地决策信息转发。而这种转发决策一般不考虑包中隐藏的更深的其他信息。与桥接器不同的是交换机转发延迟很小,操作接近单个局域网性能,远远超过了普通桥接互联网络之间的转发性能。
  交换技术允许共享型和专用型的局域网段进行带宽调整,以减轻局域网之间信息流通出现的瓶颈问题。现在已有以太网、快速以太网、FDDI和ATM技术的交换产品。
  类似传统的桥接器,交换机提供了许多网络互联功能。交换机能经济地将网络分成小的冲突网域,为每个工作站提供更高的带宽。协议的透明性使得交换机在软件配置简单的情况下直接安装在多协议网络中;交换机使用现有的电缆、中继器、集线器和工作站的网卡,不必作高层的硬件升级;交换机对工作站是透明的,这样管理开销低廉,简化了网络节点的增加、移动和网络变化的操作。
  利用专门设计的集成电路可使交换机以线路速率在所有的端口并行转发信息,提供了比传统桥接器高得多的操作性能。如理论上单个以太网端口对含有64个八进制数的数据包,可提供14880bps的传输速率。这意味着一台具有12个端口、支持6道并行数据流的“线路速率”以太网交换器必须提供89280bps的总体吞吐率(6道信息流X14880bps/道信息流)。专用集成电路技术使得交换器在更多端口的情况下以上述性能运行,其端口造价低于传统型桥接器。
  几种交换技术
  1. 端×××换
  端×××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(每条网段为一个广播域),不用网桥或路由连接,网络之间是互不相通的。以大主模块插入后通常被分配到某个背板的网段上,端×××换用于将以太模块的端口在背板的多个网段之间进行分配、平衡。根据支持的程度,端×××换还可细分为:
  ·模块交换:将整个模块进行网段迁移。
  ·端口组交换:通常模块上的端口被划分为若干组,每组端口允许进行网段迁移。
  ·端口级交换:支持每个端口在不同网段之间进行迁移。这种交换技术是基于OSI第一层上完成的,具有灵活性和负载平衡能力等优点。如果配置得当,那么还可以在一定程度进行容错,但没有改变共享传输介质的特点,自而未能称之为真正的交换。
  2. 帧交换
  帧交换是目前应用最广的局域网交换技术,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。一般来讲每个公司的产品的实现技术均会有差异,但对网络帧的处理方式一般有以下几种:
  直通交换:提供线速处理能力,交换机只读出网络帧的前14个字节,便将网络帧传送到相应的端口上。
  存储转发:通过对网络帧的读取进行验错和控制。
  前一种方法的交换速度非常快,但缺乏对网络帧进行更高级的控制,缺乏智能性和安全性,同时也无法支持具有不同速率的端口的交换。因此,各厂商把后一种技术作为重点。
  有的厂商甚至对网络帧进行分解,将帧分解成固定大小的信元,该信元处理极易用硬件实现,处理速度快,同时能够完成高级控制功能(如美国MADGE公司的LET集线器)如优先级控制。
  3. 信元交换
  ATM技术采用固定长度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,但并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、节点建立多个虚拟链接,以保障足够的带宽和容错能力。ATM采用了统计时分电路进行复用,因而能大大提高通道的利用率。ATM的带宽可以达到25M、155M、622M甚至数Gb的传输能力。但随着万兆以太网的出现,曾经代表网络和通讯技术发展的未来方向的ATM技术,开始逐渐失去存在的意义。

二层交换机,三层交换机及四层交换机的区别

  二层交换
  二层交换技术的发展比较成熟,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,交换机又可以记录这一目的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。
  从二层交换机的工作原理可以推知以下三点:
  1) 由于交换机对多数端口的数据进行同时交换,这就要求具有很宽的交换总线带宽,如果二层交换机有N个端口,每个端口的带宽是M,交换机总线带宽超过N×M,那么这交换机就可以实现线速交换;
  2) 学习端口连接的机器的MAC地址,写入地址表,地址表的大小(一般两种表示方式:一为BEFFER RAM,一为MAC表项数值),地址表大小影响交换机的接入容量;
  3) 还有一个就是二层交换机一般都含有专门用于处理数据包转发的ASIC(Application specific Integrated Circuit, 专用集成电路)芯片,因此转发速度可以做到非常快。由于各个厂家采用ASIC不同,直接影响产品性能。
  以上三点也是评判二、三层交换机性能优劣的主要技术参数,这一点请大家在考虑设备选型时注意比较。
  三层交换
  下面先来通过一个简单的网络来看看三层交换机的工作过程。
  使用IP的设备A------------------------三层交换机------------------------使用IP的设备B
  比如A要给B发送数据,已知目的IP,那么A就用子网掩码取得网络地址,判断目的IP是否与自己在同一网段。如果在同一网段,但不知道转发数据所需的MAC地址,A就发送一个ARP请求,B返回其MAC地址,A用此MAC封装数据包并发送给交换机,交换机起用二层交换模块,查找MAC地址表,将数据包转发到相应的端口。
  如果目的IP地址显示不是同一网段的,那么A要实现和B的通讯,在流缓存条目中没有对应MAC地址条目,就将第一个正常数据包发送向一个缺省网关,这个缺省网关一般在操作系统中已经设好,对应第三层路由模块,所以可见对于不是同一子网的数据,最先在MAC表中放的是缺省网关的MAC地址;然后就由三层模块接收到此数据包,查询路由表以确定到达B的路由,将构造一个新的帧头,其中以缺省网关的MAC地址为源MAC地址,以主机B的MAC地址为目的MAC地址。通过一定的识别触发机制,确立主机A与B的MAC地址及转发端口的对应关系,并记录进流缓存条目表,以后的A到B的数据,就直接交由二层交换模块完成。这就通常所说的一次路由多次转发。
  以上就是三层交换机工作过程的简单概括,可以看出三层交换的特点:
  1)由硬件结合实现数据的高速转发。这就不是简单的二层交换机和路由器的叠加,三层路由模块直接叠加在二层交换的高速背板总线上,突破了传统路由器的接口速率限制,速率可达几十Gbit/s。算上背板带宽,这些是三层交换机性能的两个重要参数。
  2)简洁的路由软件使路由过程简化。大部分的数据转发,除了必要的路由选择交由路由软件处理,都是又二层模块高速转发,路由软件大多都是经过处理的高效优化软件,并不是简单照搬路由器中的软件。
  二层和三层交换机的选择
  二层交换机用于小型的局域网络。这个就不用多言了,在小型局域网中,广播包影响不大,二层交换机的快速交换功能、多个接入端口和低谦价格为小型网络用户提供了很完善的解决方案。
  路由器的优点在于接口类型丰富,支持的三层功能强大,路由能力强大,适合用于大型的网络间的路由,它的优势在于选择最佳路由,负荷分担,链路备份及和其他网络进行路由信息的交换等等路由器所具有功能。
  三层交换机的最重要的功能是加快大型局域网络内部的数据的快速转发,加入路由功能也是为这个目的服务的。如果把大型网络按照部门,地域等等因素划分成一个个小局域网,这将导致大量的网际互访,单纯的使用二层交换机不能实现网际互访;如单纯的使用路由器,由于接口数量有限和路由转发速度慢,将限制网络的速度和网络规模,采用具有路由功能的快速转发的三层交换机就成为首选。
  一般来说,在内网数据流量大,要求快速转发响应的网络中,如全部由三层交换机来做这个工作,会造成三层交换机负担过重,响应速度受影响,将网间的路由交由路由器去完成,充分发挥不同设备的优点,不失为一种好的组网策略,当然,前提是客户的腰包很鼓,不然就退而求其次,让三层交换机也兼为网际互连。
  四层交换
  第四层交换的一个简单定义是:它是一种功能,它决定传输不仅仅依据MAC地址(第二层网桥)或源/目标IP地址(第三层路由),而且依据TCP/UDP(第四层) 应用端口号。第四层交换功能就象是虚IP,指向物理服务器。它传输的业务服从的协议多种多样,有HTTP、FTP、NFS、Telnet或其他协议。这些业务在物理服务器基础上,需要复杂的载量平衡算法。
  在IP世界,业务类型由终端TCP或UDP端口地址来决定,在第四层交换中的应用区间则由源端和终端IP地址、TCP和UDP端口共同决定。 在第四层交换中为每个供搜寻使用的服务器组设立虚IP地址(VIP),每组服务器支持某种应用。在域名服务器(DNS)中存储的每个应用服务器地址是VIP,而不是真实的服务器地址。当某用户申请应用时,一个带有目标服务器组的VIP连接请求(例如一个TCP SYN包)发给服务器交换机。服务器交换机在组中选取最好的服务器,将终端地址中的VIP用实际服务器的IP取代,并将连接请求传给服务器。这样,同一区间所有的包由服务器交换机进行映射,在用户和同一服务器间进行传输。
  第四层交换的原理
  OSI模型的第四层是传输层。传输层负责端对端通信,即在网络源和目标系统之间协调通信。在IP协议栈中这是TCP(一种传输协议)和UDP(用户数据包协议)所在的协议层。
  在第四层中,TCP和UDP标题包含端口号(port number),它们可以唯一区分每个数据包包含哪些应用协议(例如HTTP、FTP等)。端点系统利用这种信息来区分包中的数据,尤其是端口号使一个接收端计算机系统能够确定它所收到的IP包类型,并把它交给合适的高层软件。端口号和设备IP地址的组合通常称作"插口(socket)"。1和255之间的端口号被保留,他们称为"熟知"端口,也就是说,在所有主机TCP/I P协议栈实现中,这些端口号是相同的。除了"熟知"端口外,标准UNIX服务分配在256到1024端口范围,定制的应用一般在1024以上分配端口号。分配端口号的最近清单可以在RFC1700 "Assigned Numbers"上找到。
  TCP/UDP端口号提供的附加信息可以为网络交换机所利用,这是第四层交换的基础。具有第四层功能的交换机能够起到与服务器相连接的"虚拟IP"(VIP)前端的作用。每台服务器和支持单一或通用应用的服务器组都配置一个VIP地址。这个VIP地址被发送出去并在域名系统上注册。在发出一个服务请求时,第四层交换机通过判定TCP开始,来识别一次会话的开始。然后它利用复杂的算法来确定处理这个请求的最佳服务器。一旦做出这种决定,交换机就将会话与一个具体的IP地址联系在一起,并用该服务器真正的IP地址来代替服务器上的VIP地址。
  每台第四层交换机都保存一个与被选择的服务器相配的源IP地址以及源TCP端口相关联的连接表。然后第四层交换机向这台服务器转发连接请求。所有后续包在客户机与服务器之间重新影射和转发,直到交换机发现会话为止。在使用第四层交换的情况下,接入可以与真正的服务器连接在一起来满足用户制定的规则,诸如使每台服务器上有相等数量的接入或根据不同服务器的容量来分配传输流。
  如何选用合适的第四层交换
  1) 速度
  为了在企业网中行之有效,第四层交换必须提供与第三层线速路由器可比拟的性能。也就是说,第四层交换必须在所有端口以全介质速度操作,即使在多个千兆以太网连接上亦如此。千兆以太网速度等于以每秒1488000 个数据包的最大速度路由(假定最坏的情形,即所有包为以及网定义的最小尺寸,长64字节)。
  2) 服务器容量平衡算法
  依据所希望的容量平衡间隔尺寸,第四层交换机将应用分配给服务器的算法有很多种,有简单的检测环路最近的连接、检测环路时延或检测服务器本身的闭环反馈。在所有的预测中,闭环反馈提供反映服务器现有业务量的最精确的检测。
  3) 表容量
  应注意的是,进行第四层交换的交换机需要有区分和存贮大量发送表项的能力。交换机在一个企业网的核心时尤其如此。许多第二/ 三层交换机倾向发送表的大小与网络设备的数量成正比。对第四层交换机,这个数量必须乘以网络中使用的不同应用协议和会话的数量。因而发送表的大小随端点设备和应用类型数量的增长而迅速增长。第四层交换机设计者在设计其产品时需要考虑表的这种增长。大的表容量对制造支持线速发送第四层流量的高性能交换机至关重要.
  4) 冗余
  第四层交换机内部有支持冗余拓扑结构的功能。在具有双链路的网卡容错连接时,就可能建立从一个服务器到网卡,链路和服务器交换器的完全冗余系统。
  可网管交换机的管理方式
  可网管交换机可以通过以下几种途径进行管理:通过RS-232 串行口(或并行口)管理、通过网络浏览器管理和通过网络管理软件管理。
  1. 通过串口管理
  可网管交换机附带了一条串口电缆,供交换机管理使用。先把串口电缆的一端插在交换机背面的串口里,另一端插在普通电脑的串口里。然后接通交换机和电脑电源。在Windows 98和Windows 2000里都提供了“超级终端”程序。打开“超级终端”,在设定好连接参数后,就可以通过串口电缆与交换机交互了,如图1所示。这种方式并不占用交换机的带宽,因此称为“带外管理”(Out of band)。
  在这种管理方式下,交换机提供了一个菜单驱动的控制台界面或命令行界面。你可以使用“Tab”键或箭头键在菜单和子菜单里移动,按回车键执行相应的命令,或者使用专用的交换机管理命令集管理交换机。不同品牌的交换机命令集是不同的,甚至同一品牌的交换机,其命令也不同。使用菜单命令在操作上更加方便一些。
  2. 通过Web管理
  可网管交换机可以通过Web(网络浏览器)管理,但是必须给交换机指定一个IP地址。这个IP地址除了供管理交换机使用之外,并没有其他用途。在默认状态下,交换机没有IP地址,必须通过串口或其他方式指定一个IP地址之后,才能启用这种管理方式。
  使用网络浏览器管理交换机时,交换机相当于一台Web服务器,只是网页并不储存在硬盘里面,而是在交换机的NVRAM里面,通过程序可以把NVRAM里面的Web程序升级。当管理员在浏览器中输入交换机的IP地址时,交换机就像一台服务器一样把网页传递给电脑,此时给你的感觉就像在访问一个网站一样,如图2所示。这种方式占用交换机的带宽,因此称为“带内管理”(In band)。
  如果你想管理交换机,只要点击网页中相应的功能项,在文本框或下拉列表中改变交换机的参数就可以了。Web管理这种方式可以在局域网上进行,所以可以实现远程管理。
  3. 通过网管软件管理
  可网管交换机均遵循SNMP协议(简单网络管理协议),SNMP协议是一整套的符合国际标准的网络设备管理规范。凡是遵循SNMP协议的设备,均可以通过网管软件来管理。你只需要在一台网管工作站上安装一套SNMP网络管理软件,通过局域网就可以很方便地管理网络上的交换机、路由器、服务器等。通过SNMP网络管理软件的界面如图3所示,它也是一种带内管理方式。
  可网管交换机的管理可以通过以上三种方式来管理。究竟采用哪一种方式呢?在交换机初始设置的时候,往往得通过带外管理;在设定好IP地址之后,就可以使用带内管理方式了。带内管理因为管理数据是通过公共使用的局域网传递的,可以实现远程管理,然而安全性不强。带外管理是通过串口通信的,数据只在交换机和管理用机之间传递,因此安全性很强;然而由于串口电缆长度的限制,不能实现远程管理。所以采用哪种方式得看你对安全性和可管理性的要求了。
  4.主要用途
  用于控制其他电脑,比如在学校,老师通过交换机控制已登录的学生电脑。

判断交换机好坏的五个标准

  交换机是非常的重要,他把握着一个网络的命脉,那么如何选购交换机?用什么交换机?在选购交换机时交换机的优劣无疑十分的重要,而交换机的优劣要从总体构架、性能和功能三方面入手。
  交换机选购时。性能方面除了要满足RFC2544建议的基本标准,即吞吐量、时延、丢包率外,随着用户业务的增加和应用的深入,还要满足了一些额外的指标,如MAC地址数、路由表容量(三层交换机)、ACL数目、LSP容量、支持×××数量等。
  交换机功能是最直接指标
  一般的接入层交换机,简单的QoS保证、安全机制、支持网管策略、生成树协议和VLAN都是必不可少的功能,经过仔细分析,在某些功能进行进一步的细分,而这些细分功能正是导致产品差异的主要原因,也是体现产品附加值的重要途径。
  交换机的应用级QoS保证
  交换机的QoS策略支持多级别的数据包优先级设置,既可分别针对MAC地址、VLAN、IP地址、端口进行优先级设置,给网吧业主在实际应用中为用户提供更大的灵活性。如此同时,交如果换机具有良好的拥塞控制和流量限制的能力,支持Diffserv区分服务,能够根据源/目的的MAC/IP智能的区分不同的应用流,从而满足实时网吧网络的多媒体应用的需求。注意的是,目前市场上的某些交换机号称具有QoS保证,实际上只支持单级别的优先级设置,为实际应用带来很多不便,所有网吧业主在选购的时候需要注意。
  交换机应有VLAN支持
  VLAN即虚拟局域网,通过将局域网划分为虚拟网络VLAN网段,可以强化网络管理和网络安全,控制不必要的数据广播,网络中工作组可以突破共享网络中的地理位置限制,而根据管理功能来划分子网。不同厂商的交换机对VLAN的支持能力不同,支持VLAN的数量也不同。
  交换机应有网管功能[3]
  网吧交换机的网管功能可以使用管理软件来管理、配置交换机,比如可通过Web浏览器、Telnet、SNMP、RMON等管理。通常,交换机厂商都提供管理软件或第三方管理软件远程管理交换机。一般的交换机满足SNMPMIBI/MIBII统计管理功能,并且支持配置管理、服务质量的管理、告警管理等策略,而复杂一些的千兆交换机会通过增加内置RMON组(mini-RMON)来支持RMON主动监视功能。
  交换机应支持链路聚合
  链路聚合可以让交换机之间和交换机与服务器之间的链路带宽有非常好的伸缩性,比如可以把2个、3个、4个千兆的链路绑定在一起,使链路的带宽成倍增长。链路聚合技术可以实现不同端口的负载均衡,同时也能够互为备份,保证链路的冗余性。在一些千兆以太网交换机中,最多可以支持4组链路聚合,每组中最大4个端口。生成树协议和链路聚合都可以保证一个网络的冗余性。在一个网络中设置冗余链路,并用生成树协议让备份链路阻塞,在逻辑上不形成环路,而一旦出现故障,启用备份链路。
  交换机要支持VRRP协议
  VRRP(虚拟路由冗余协议)是一种保证网络可靠性的解决方案。在该协议中,对共享多存取访问介质上终端IP设备的默认网关(DefaultGateway)进行冗余备份,从而在其中一台三层交换机设备宕机时,备份的设备会及时接管转发工作,向用户提供透明的切换,提高了网络服务质量。VRRP协议与Cisco的HSRP协议有异曲同工之妙,只不过HSRP是Cisco私有的。目前,主流交换机厂商均已在其产品中支持了VRRP协议,但广泛应用还尚需时日。

交换机型号识别

  华为交换机
  LI(Lite software Image)表示设备为弱特性版本。
  SI (Standard software Image)表示设备为标准版本,包含基础特性。
  EI(Enhanced software Image)表示设备为增强版本,包含某些高级特性。
  HI(Hyper software Image)表示设备为高级版本,包含某些更高级特性
  Z,表示没有上行接口;(新产品不允许此位)
  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,表示上行接口可选配;
  M,表示上行接口为多模光口;
  S,表示上行接口为单模光口;
  F,表示下行接口为模板板,可插光接口板或电接口板。主要为兼容3526F,3526EF,3552F等老产品的命名。
  当同时存在时,表示上行接口为多种接口类型复合
  注:Combo端口不在命名中显示。
  思科交换机
  教您识别Cisco交换机型号在网络界,美国思科公司( Cisco System Inc. )可谓无人不知,无人不晓。凭借它的 IOS ( Internet Operating System ), Cisco 公司在多协议路由器市场上处于绝对领先的地位。目前,在 Internet 中,有近 80% 的路由器来自 Cisco 。其实,除了路由器这个主打产品之外, Cisco 还有全线的网络设备,包括集线器、交换机、访问服务器、软硬防火墙、网络管理软件等等。 Cisco 非常注意对新技术的跟踪,通过一系列的合作与兼并, Cisco 成功地介入了宽带接入、无线通讯等新兴市场。
  本文主要介绍 Cisco 的交换机产品线和主要产品。
  一、概述
  Cisco 的交换机产品以“ Catalyst ”为商标,包含 1900 、 2800 、 2900 、 3500 、 4000 、 5000 、 5500 、 6000 、 8500 等十多个系列。总的来说,这些交换机可以分为两类:
  一类是 固定配置交换机 ,包括 3500 及以下的大部分型号,比如 1924 是 24 口 10M 以太交换机,带两个 100M 上行端口。除了有限的软件升级之外,这些交换机不能扩展;
  另一类是 模块化交换机 ,主要指 4000 及以上的机型,网络设计者可以根据网络需求,选择不同数目和型号的接口板、电源模块及相应的软件。
  选择设备时,许多人对长长的产品型号十分头疼。其实, Cisco 对产品的命名有一定之规。就 Catalyst 交换机来说,产品命名的格式如下:
  Catalyst NN XX [-C] [-M] [-A/-EN]
  其中, NN 是交换机的系列号, XX 对于固定配置的交换机来说是端口数,对于模块化交换机来说是插槽数,有 -C 标志表明带光纤接口, -M 表示模块化, -A 和 -EN 分别是指交换机软件是标准板或企业版。
  二、产品介绍
  目前,网络集成项目中常见的 Cisco 交换机有以下几个系列, 1900/2900 系列、 3500 系列、 6500 系列。他们分别使用在网络的低端、中端和高端。下面分别介绍一下这几个系列的产品:
  1 、低端产品
  先说一下低端的产品, 1900 和 2900 是低端产品的典型。其实在低端交换机市场上, Cisco 并不占特别的优势,因为 3Com 、 Dlink 等公司的产品具有更好的性能价格比。
  1900 交换机适用于网络末端的桌面计算机接入,是一款典型的低端产品。它提供 12 或 24 个 10M 端口及 2 个 100M 端口,其中 100M 端口支持全双工通讯,可提供高达 200Mbps 的端口带宽。机器的背板带宽是 320Mbps 。
  带企业版软件的 1900 还支持 VLAN 和 ISL Trunking ,最多 4 个 VLAN ,但一般情况下,低端的产品对这项功能的要求不多。
  某些型号的 1900 带 100BaseFX 光纤接口。如 C 1912C 、 C 1924C 带一个百兆 Tx 口和一个百兆 Fx 口, C 1924F 带两个 100BaseFX 接口。 1900 系列的主要型号如下:
  C1912 : 12 口 10BaseTx , 2 口 100BaseTx , 1 个 AUI 口
  C 1912C : 12 口 10BaseTx , 1 口 100BaseTx , 1 个 AUI 口, 1 个 100BaseFx 口
  C1924 : 24 口 10BaseTx , 2 口 100BaseTx , 1 个 AUI 口
  C 1924C : 24 口 10BaseTx , 1 口 100BaseTx , 1 个 AUI 口, 1 个 100BaseFx 口
  C 1924F : 24 口 10BaseTx , 1 个 AUI 口, 1 个 100BaseFx 口
  如果在你的网络中,有些桌面计算机是 100M 的,那么 2900 系列可能更加适合。与 1900 相比, 2900 最大的特点是速度增加,它的背板速度最高达 3.2G ,最多 24 个 10/ 100M 自适应端口,所有端口均支持全双工通讯,使桌面接入的速度大大提高。除了端口的速率之外, 2900 的其他许多性能也比 1900 系列有了显著的提高。比如, 2900 的 MAC 地址表容量是 16K ,可以划分 1024 个 VLAN ,支持 ISL Trunking 协议等等。
  2900 系列的产品线很长。其中,有些是普通 10/100BaseTx 交换机,如 C2912 、 C2924 等;有些是带光纤接口的,如 C 2924C 带两个 100BaseFx 口;有些是模块化的,如 C 2924M 带两个扩展槽。扩展槽的插卡可以放置 100BaseTx 模块、 100baseFx 模块,甚至可以插 ATM 模块和千兆以太接口卡 (GBIC) 。详细情况如下:
  C2912-XL : 12 口 10/100BaseTx 自适应
  C2912MF-XL : 2 个扩展槽, 12 口 100BaseFX
  C2924-XL : 24 口 10/100BaseTX 自适应
  C 2924C -XL : 22 口 10/100BaseTX 自适应, 2 口 100BaseFX
  C 2924M -XL : 2 个扩展槽, 24 口 10/100BaseTx 自适应
  在 2900 系列中,有两款产品比较独特,一是 C 2948G ,二是 C 2948G -L3 。 2948G 的性能价格比还不错,它使用的软件和 Catalyst 5000/5500 一样,有 48 个 10/100Mbps 自适应以太网端口和 2 个千兆以太网端口, 24G 背板带宽,带可热插拔的冗余电源,有一系列容错特征和网管特性。 C 2948G -L3 在 C 2948G 的基础上增加了三层交换的能力,最大三层数据包吞吐量可达 10Mpps 。不过,总的来说, 2900 系列交换机一般用在网络的低端,千兆和路由的能力并不是很重要,所以两款 2948 在实际项目中使用得不多。
  2 、中端产品
  再来看中端产品,中端产品中 3500 系列使用广泛,很有代表性。
  C3500 系列交换机的基本特性包括背板带宽高达 10Gbps ,转发速率 7.5Mpps ,它支持 250 个 VLAN ,支持 IEEE 802.1Q 和 ISL Trunking, 支持 CGMP 网 / 千兆以太网交换机 , 可选冗余电源等等。不过 C3500 的最大特性在于管理和千兆。
  管理特性方面, C3500 实现了 Cisco 的交换集群技术,可以将 16 个 C3500 , C2900 , C1900 系列的交换机互联,并通过一个 IP 地址进行管理。利用 C3500 内的 Cisco Visual Switch Manager ( CVSM )软件还可以方便地通过浏览器对交换机进行设置和管理。
  千兆特性方面, C3500 全面支持千兆接口卡( GBIC )。目前 GBIC 有三种 1000BaseSx ,适用于多模光纤,最长距离 550m ; 1000BaseLX/LH ,多模 / 单模光纤都适用,最长距离 10km ; 1000BaseZX 适用于单模光纤,最长距离 100km 。
  C3500 主要有 4 种型号:
  Catalyst 3508G XL : 8 口 GBIC 插槽
  Catalyst 3512 XL : 12 口 10/100M 自适应, 2 口 GBIC 插槽
  Catalyst 3524 XL : 24 口 10/100M 自适应, 2 口 GBIC 插槽
  Catalyst 3548 XL : 48 口 10/100M 自适应, 2 口 GBIC 插槽
  3 、高端产品
  最后,介绍一下高端的产品。对于企业数据网来说, C6000 系列替代了原有的 C5000 系列,是最常用的产品。
  Catalyst 6000 系列交换机为园区网提供了高性能、多层交换的解决方案,专门为需要千兆扩展、可用性高、多层交换的应用环境设计,主要面向园区骨干连接等场合。
  Catalyst 6000 系列是由 Catalyst 6000 和 Catalyst 6500 两种型号的交换机构成,都包含 6 个或 9 个插槽型号,分别为 6006 、 6009 、 6506 和 6509 ,其中,尤以 6509 使用最为广泛。所有型号支持相同的超级引擎、相同的接口模块,保护了用户的投资。这一系列的特性主要包括:
  端口密度大 。支持多达 384 个 10/100BaseTx 自适应以太网口, 192 个 100BaseFX 光纤快速以太网口,以及 130 个千兆以太网端口( GBIC 插槽)。
  速度快 。 C6500 的交换背板可扩展到 256 Gbps ,多层交换速度可扩展到 150 Mpps 。 C6000 的交换背板带宽 32 Gbps ,多层交换速率 30 Mpps 。支持多达 8 个快速 / 千兆以太网口利用以太网通道技术( Fast EtherChannel , FEC 或 Gigabit EtherChannel , GEC )连接 , 在逻辑上实现了 16 Gbps 的端口速率,还可以跨模块进行端口聚合实现。
  多层交换 。 C6000 系列的多层交换模块可以进行线速的 IP , IPX 和 and IP-multicast 路由。
  容错性能好 。 C6000 系列带有冗余超级引擎,冗余负载均衡电源,冗余风扇,冗余系统时钟,冗余上连,冗余的交换背板(仅对 C6500 系列),实现了系统的高可用性。
  丰富的软件特性 。 C6000 软件支持丰富的协议,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。
  华三交换机
  SI (Standard software Image)表示设备为标准版本,包含基础特性。
  EI(Enhanced software Image)表示设备为增强版本,包含某些高级特性。
  HI(Hyper software Image)表示设备为高级版本,包含某些更高级特性
  Z,表示没有上行接口;(新产品不允许此位)
  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,表示上行接口可选配;
  M,表示上行接口为多模光口;
  S,表示上行接口为单模光口;
  F,表示下行接口为模板板,可插光接口板或电接口板。主要为兼容3526F,3526EF,3552F等老产品的命名。
  当同时存在时,表示上行接口为多种接口类型复合
  注:Combo端口不在命名中显示。