最新交换机维修手册

交换机维修手册

第一章：交换机工作原理简析

“交换机”是一个舶来词，源自英文“Switch，原意是“开关”，我国技术界在引入这个词汇时，翻译为“交换”。

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。

交换机是一种用于电信号转发的网络设备（网络设备及部件是连接到网络中的物理实体。基本的网络设备有：计算机（无论其为个人电脑或服务器）、集线器、交换机、网桥、路由器、网关、网络接口卡（NIC）、无线接入点（WAP）、打印机和调制解调器等）。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（交换式集线器的简称。以太网是局域网采用的最通用的通信协议标准）。其他常见的还有电话语音交换机、光纤交换机（一种高速的网络传输中继设备，它较普通交换机而言采用了光纤电缆作为传输介质。光纤传输的优点是速度快、抗干扰能力强）等。

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的统称。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，交换概念的提出改进了共享工作模式。HUB集线器（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整形放大，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）也是一种共享设备，HUB本身不能识别目的地址，当同一局域网（是指在某一区域内由多台计算机互联成的计算机组）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（指在一个固定的时间内（1秒），能通过的最大位数据）。

交换机拥有一条很高带宽的背部总线和内部交换矩阵（用于在各个线路板卡之面实现高速的点到点连接）。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（当广播数据充斥网络无法处理，并占用大量网络带宽，导致正常业务不能运行，甚至彻底瘫痪），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。

交换机的主要功能包括物理编址、网络拓扑结构（指用传输媒体互连各种设备的物理布局）、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：一种将局域网设备从逻辑上划分成一个个网段，从而实现虚拟工作组的新兴数据交换技术）的支持、对链路汇聚的支持，甚至有的还具有防火墙的功能。

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。

网络节点上话务承载装置、交换级、控制和信令设备以及其他功能单元的集合体。交换机能把用户线路、电信电路和(或)其他要互连的功能单元根据单个用户的请求连接起来。

从本意上来讲，交换只是一种技术概念，即完成信号由设备入口到出口的转发。因此，只要是和符合该定义的所有设备都可被称为交换设备。“交换”是一个涵义广泛的词语，当它被用来描述数据网络第二层的设备时，实际指的是一个桥接设备；而当它被用来描述数据网络第三层的设备时，又指的是一个路由设备。我们经常说到的以太网交换机实际是一个基于网桥技术的多端口第二层网络设备，它为数据帧从一个端口到另一个任意端口的转发提供了低时延、低开销的通路。由此可见，交换机内部核心处应该有一个交换矩阵，为任意两端口间的通信提供通路，或是一个快速交换总线，以使由任意端口接收的数据帧从其他端口送出。在实际设备中，交换矩阵的功能往往由专门的芯片（ASIC）完成。另外，以太网交换机在设计思想上有一个重要的假设，即交换核心的速度非常之快，以致通常的大流量数据不会使其产生拥塞，换句话说，交换的能力相对于所传信息量而无穷大（与此相反，ATM交换机在设计上的思路是，认为交换的能力相对所传信息量而言有限）。虽然以太网第二层交换机是基于多端口网桥发展而来，但毕竟交换有其更丰富的特性，使之不但是获得更多带宽的最好途径，而且还使网络更易管理。

其实交换机也就是扩展网络，只是扩展后的网络的带宽独享，就是交换机上没个端口带宽都和主的带宽相同，是速度快。

最后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（对信号进行再生和还原的网络设备）、集线器和网桥（一种在链路层

实现中继，常用于连接两个或更多个局域网的网络互连设备。）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（在以太网中，如果某个CSMA/CD（即载波监听多路访问/冲突检测方法在以太网中，所有的节点共享传输介质）网络上的两台计算机在同时通信时会发生冲突，那么这个CSMA/CD网络就是一个冲突域），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。

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