常见网络设备之交换机

常见网络设备之交换机

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/wand47/article/details/146048590

交换机是局域网（LAN）中的关键设备，工作在OSI模型的第二层（数据链路层），主要负责根据MAC地址转发数据帧。它通过提供高效的端口到端口通信，显著提升了局域网的性能和效率。本文将详细介绍交换机的定义、功能、工作原理、类型分类、应用场景以及优缺点分析。

定义和功能

1. 定义：交换机是一种工作在数据链路层的网络设备，用于在局域网（LAN）中连接多个设备，并通过MAC地址实现数据帧的高效转发。交换机通过多端口设计为每个连接的设备提供独立的带宽，显著提升网络性能和通信效率。

2. 功能：

• 基于MAC地址转发数据：根据目标设备的MAC地址将数据帧精准转发到对应端口。
• 隔离冲突域：交换机每个端口都是一个独立的冲突域，避免数据碰撞。
• 高级功能（管理型交换机）：VLAN、QoS、链路聚合、端口镜像及端口安全等功能。

交换机工作原理

交换机收到一个数据帧时，会查看数据帧的源MAC地址，并将该MAC地址与接收到该数据帧的接口相关联，更新到MAC地址表。然后根据目的帧的类型进行对应的操作方式。

1. 如果进入交换机的是一个单播帧，则交换机会去MAC地址表中查找这个帧的目的MAC地址。

• 如果查不到这个MAC地址，则交换机进行泛洪操作。
• 如果查到这个MAC地址，则比较这个MAC地址在MAC地址表中对应的接口是不是这个帧进入交换机的接口；
• 如果是，则交换机进行丢弃操作。
• 如果不是，则交换机进行转发操作。

2. 如果进入交换机的是一个广播帧，则交换机不会进行查MAC表操作，且直接进行泛洪操作。

3. 如果进入交换机的是一个组播帧，交换机会查看是否启动IGMP Snooping功能

• 如果没有，则交换机进行泛洪操作；
• 如果有，则交换机根据组播表项进行转发操作。

类型与分类

1. 按工作层次

2. 按管理方式

• 非管理型交换机（傻瓜交换机）：即插即用，无需配置，功能单一。使用于家庭网络，小型网络。
• 管理型交换机：支持命令行（CLI）、web界面或SNMP管理，可配置VLAN、QoS，端口安全等。适用于企业网络，数据中心。

3. 按端口速率分类

4. 按物理形态

• 桌面交换机：体积小，端口少（4-8口），适合家庭或小型办公环境。
• 机架式（盒式和框式）交换机：标准19英寸（1英寸=2.54厘米）机架设计，端口密集（24-48口或更多的端口），使用于机房或数据中心。
• 工业交换机：防尘、防水、耐高温，使用于工厂、户外等恶劣环境。

5. 特殊功能

• PoE交换机：支持以太网供电，可以为IP电话、摄像头等设备供电。
• 堆叠交换机：支持多台交换机逻辑合并为单一的设备，简化管理并提升带宽。

应用场景

1. 企业局域网（LAN）：提供多个端口，支持连接多个终端设备或连接交换路由设备。

• 一般使用管理型三层交换机，支持QoS保障视频会议优先。

2. 数据中心：高速连接服务器与存储设备，低延迟处理海量数据。

• 一般使用万兆/40G以太网交换机，支持链路聚合和冗余协议。

3. 无线网络扩展：连接无线接入点（AP），提供无缝WiFi网络覆盖。

• 一般使用PoE交换机，简化AP供电和布线。

4. 安防监控系统：连接IP摄像头，实时传输视频流。

• 一种使用PoE交换机或工业级PoE交换机，使用于室内或户外环境。

5. 家庭网络：连接各种终端设备。

• 一般使用非管理型交换机（傻瓜交换机），即插即用。

优缺点

1. 优点

• 隔离冲突域：每个端口都是一个独立的冲突域，减少数据碰撞，提升网络吞吐量。
• 高可靠性：管理型交换机支持冗余协议，防止网络环路，提高网络可靠性。
• 灵活扩展：支持VLAN、链路聚合、堆叠等技术。适应复杂的网络需求。
• 高效通信：基于MAC地址的精确转发，避免广播风暴（相对比集线器）。
• 支持高级功能：QoS优化流量，PoE简化设备供电和布线。

2. 缺点

• 广播域问题：默认不隔离广播域，大规模网络中可能引发广播风暴（需依赖VLAN或路由器）。
• 配置复杂度：管理型交换机需专业知识配置（如：ACL、路由协议）
• 成本较高：高性能交换机（如：万兆、三层）价格昂贵。
• 安全风险：若为配置端口安全，可能遭受MAC地址欺骗攻击