公司实习随笔-交换机

1.三层交换机、二层交换机浅谈

一般人们口中常说的交换机都是二层交换机，也就是七层网络架构中的数据链路层和物理层。这类交换机主要是基于各个主机的MAC地址进行目标确认和数据交换，其中主要特点有：

• 面向接入层：这类交换机相较于三层交换机成本较低，性能也相应的较低，主要负责所在局域网的不同主机之间的数据交换
• 隔离冲突域，不隔离广播域：这类交换机的不同端口可以隔离冲突域，但是由于其广播特性（例如主机A想要与主机B进行通信，主机A先查询自己的ARP表，若是发现没有与主机B ip地址对应的MAC地址，则主机A会发送一个ARP广播报文,wireshark中实践过程是 who's ip is xxx.xxx.xxx.xxx，主机B接收到ARP报文，回复一个报文，包括自己的ip地址和MAC地址）可以得知，若是接入的主机数量过多，则会导致出现大量广播报文，这样会引起所谓的“广播风暴”. 而为了解决这个问题，人们提出了VLAN概念。但是注意，仅仅只通过二层交换机是无法实现不同VLAN主机之间进行通信的，需要依靠三层交换机的帮助.(例如在VLAN1中的主机A发送一个ARP广播报文，这个报文只会在VLAN1口中进行广播，而不会传播到VLAN2或其他VLAN口）

而三层交换机，则是在二层交换机的基础上引入了路由选择等其他功能，三层交换机的主要特点有：

• 面向核心层：三层交换机主要负责作为核心层设备，面向广域网，负责连接不同的二层交换机。因此，三层交换机成本更高，并且带宽更大，能够处理的数据也更多。
• 隔离冲突域，也隔离广播域
• 具有路由选择功能

问：为什么使用三层交换机不直接使用路由器？

对于路由器，不同VLAN间通信是基本可以完成的，但是当VLAN数量增加，通信量增加的时候，路由器就显得有点“力不从心”了。而三层交换机被选择的原因是因为其对路由选择，以及转发等过程都是采用硬件设备完成的，速率更快。例如，

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；然后就由三层路由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。

 

2.交换机级联、堆叠概念

一般多台交换机会通过级联和堆叠这两种方式连接在一起。

从个人理解角度上谈：

级联的意义在于，只需要通过一根跳线就可以连接两个交换机，一方面增加了交换机的端口数量，另一方面扩大了交换机的网络覆盖范围，一般来说交换机的100Base-T双绞线覆盖长度在100m左右，而通过级联两台交换机，可以增加网络覆盖直径从100m到300m。但是这样会带来的弊端是，交换机级联势必带来网络的拥塞，导致数据传输的延时。而且，需要注意的是，两个带宽相同的交换机级联，并不会带来带宽的增加。

堆叠的意义在于，通过堆叠模块和堆叠线缆将多个交换机堆叠在一起，相当于将多个交换机“合而为一”，形成一个逻辑上的“一个交换机”，对于他们的配置和管理也可以统一。堆叠的好处在于，增加端口数量，增加交换机带宽。但是堆叠是有限制的，不像级联，可以将不同厂商的交换机进行互相级联通信，堆叠必须使用相同的厂商设备，并且堆叠的数量有限制。

堆叠与级联的区别如下。

● 对设备要求不同。级联可通过一根双绞线在任何网络设备厂家的交 换机之间，或者交换机与集线器之间完成。而堆叠只有在自己厂家的 备之间，并且该交换机必须具有堆叠功能才可实现。

● 对连接介质要求不同。级联时只需一根跳线，而堆叠则需要专用的 堆叠模块和堆叠线缆。当然，堆叠模块是需要另行订购的。

● 最大连接数量不同。交换机间的级联，在理论上没有级联级数的限 制。但是，叠堆内可以容纳的交换机数量，各厂商都会明确地进行限 制。

● 管理方式不同。堆叠后的数台交换机在逻辑上是一个被网管的设备。可以对所有交换机进行统一的配置与管理。而相互级联的交换机在逻 上是各自独立的，必须依次对其进行配置和管理每台交换机。

● 设备间连接带宽不同。多台交换机级联时会产生级联瓶颈，并将导 致较大的转发延迟。例如，4 台百兆位交换机通过跳线级联时，彼此间的连接带宽也是 100Mbps。当连接至不同交换机上的计算机之间通时，也只能通过这条百兆位连接，从而成为传输的瓶颈。同时，随着 发次数的增加，网络延迟也将变得很大。而 4 台交换机通过堆叠连接 在一起时，堆叠线缆将能提供高于 1Gbps 的背板带宽，从而可以实现 所有交换机之间的高速连接。尽管级联时交换机之间可以借助链路汇 技术来增加带宽，但是，这是以牺牲可用端口为代价的。

● 网络覆盖范围不同。交换机可以通过级联成倍地扩展网络覆盖范围。例如，以双绞线网络为例，一台交换机所覆盖的网络直径为100 m， 台交换机级联所覆盖的网络直径就是 300 m，而 3 台交换机级联时的直径就可达 400 m。而堆叠线缆通常只有 0.5～1 m，仅仅能够满足交换机之间互连的需要，不会对网络覆盖范围产生影响。