2.2 認(rèn)識交換機(jī)

通常情況下，交換機(jī)主要是指工作于OSI模型第二層（即數(shù)據(jù)鏈路層）的設(shè)備。交換機(jī)通過解析數(shù)據(jù)幀中的源MAC地址和目的MAC地址，將數(shù)據(jù)幀通過交換機(jī)內(nèi)部傳輸通道快速地從源端口轉(zhuǎn)發(fā)至目的端口，從而避免與其他端口發(fā)生碰撞，提高了網(wǎng)絡(luò)總體的數(shù)據(jù)交換和傳輸速度。

局域網(wǎng)中工作于OSI模型第三層的交換機(jī)，稱為網(wǎng)絡(luò)層交換機(jī)。網(wǎng)絡(luò)層交換機(jī)具有路由功能，也可工作在OSI模型的第二層。三層交換機(jī)作為三層設(shè)備使用時(shí)相當(dāng)于一個(gè)多端口的路由器，主要用于虛擬局域網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。三層交換機(jī)能根據(jù)IP地址轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，更高層的交換機(jī)依據(jù)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議或端口號進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。本書主要介紹二層交換機(jī)及三層交換機(jī)的基本應(yīng)用。

2.2.1 交換機(jī)的工作原理

二層交換機(jī)配有一條高帶寬的背板總線和內(nèi)部交換矩陣。交換機(jī)所有的端口都掛接在這條背板總線上，控制電路收到數(shù)據(jù)幀以后，會(huì)查找內(nèi)存中的地址對照表以確定目的MAC地址（網(wǎng)卡的硬件地址）對應(yīng)的端口，通過內(nèi)部交換矩陣迅速將數(shù)據(jù)幀傳送到目的端口。若目的MAC地址不存在，則通過除數(shù)據(jù)接收端口之外的所有端口進(jìn)行廣播，在接收到回應(yīng)后，交換機(jī)將回應(yīng)的MAC地址添加到內(nèi)部MAC地址表中。通過交換機(jī)的過濾和轉(zhuǎn)發(fā)，可以有效地減少?zèng)_突域。

在默認(rèn)情況下二層交換機(jī)不能分割廣播域，如果需要分割廣播域，可以在交換機(jī)上使用虛擬局域網(wǎng)的功能實(shí)現(xiàn)，或者借助網(wǎng)絡(luò)層設(shè)備實(shí)現(xiàn)，這將在后面章節(jié)中進(jìn)行介紹。

2.2.2 交換機(jī)的組成

交換機(jī)的前后面板都有很多RJ-45端口，少數(shù)幾個(gè)端口用于配置交換機(jī)，多數(shù)端口用于連接計(jì)算機(jī)或其他設(shè)備，面板上還配有反映工作狀態(tài)的指示燈。如果把交換機(jī)看作一臺特殊的計(jì)算機(jī)，其內(nèi)部硬件和計(jì)算機(jī)內(nèi)部硬件在功能上十分類似，具體有如下幾個(gè)方面的內(nèi)容。

1）CPU（Central Processing Unit，中央處理器），類似于計(jì)算機(jī)中的CPU，但交換機(jī)使用專用的集成電路ASIC，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)高速傳輸。

2）ROM（Read-Only Memory，只讀儲(chǔ)存設(shè)備），相當(dāng)于計(jì)算機(jī)中的BIOS，交換機(jī)加電啟動(dòng)時(shí)，首先運(yùn)行ROM中的程序，完成對交換機(jī)硬件的自檢并引導(dǎo)啟動(dòng)操作系統(tǒng)。該存儲(chǔ)器在系統(tǒng)異常關(guān)閉時(shí)程序不會(huì)丟失。

3）Flash（Flash Memory，閃存），F(xiàn)lash是一種可擦寫、可編程的ROM，F(xiàn)lash包含交換機(jī)的操作系統(tǒng)及微代碼。Flash相當(dāng)于計(jì)算機(jī)中安裝操作系統(tǒng)的硬盤分區(qū)，但速度要快得多，可通過寫入新版本的操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對交換機(jī)軟件的升級。Flash中的程序在系統(tǒng)異常關(guān)閉時(shí)不會(huì)丟失。

4）NVRAM（Non-Volatile Random Access Memory，非易失性隨機(jī)存儲(chǔ)器），用于存儲(chǔ)交換機(jī)的配置文件，設(shè)備啟動(dòng)后將根據(jù)配置文件對設(shè)備進(jìn)行配置，該存儲(chǔ)器中的內(nèi)容在系統(tǒng)異常關(guān)閉時(shí)也不會(huì)丟失。

5）DRAM（Dynamic Randem Access Memory，動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器），是一種可讀寫存儲(chǔ)器，相當(dāng)于計(jì)算機(jī)中的內(nèi)存，其內(nèi)容在系統(tǒng)異常關(guān)閉時(shí)完全丟失。

6）交換機(jī)端口的內(nèi)部電路。

2.2.3 交換機(jī)的常用端口

交換機(jī)上可以有多種采用不同技術(shù)的端口，它們有不同的功能，可實(shí)現(xiàn)不同速率的連接和轉(zhuǎn)發(fā)，同時(shí)所連接的傳輸介質(zhì)也有可能不同，如圖2-3所示。

常用端口主要有以下幾種。

1）以太網(wǎng)端口（Ethernet）。此類端口的速率為10Mbit/s，目前已基本淘汰。

2）快速以太網(wǎng)端口（Fast Ethernet）。此類端口的速率為100Mbit/s，又稱百兆端口。此端口目前在接入層交換機(jī)上還在被廣泛使用，但隨著技術(shù)的發(fā)展，將逐步被千兆端口所取代。

3）吉比特以太網(wǎng)端口（Gigabit Ethernet）。此類端口的速率為1000Mbit/s，即千兆端口。目前還有更高速率的萬兆端口，萬兆及以上端口往往都用光纖作為傳輸介質(zhì)。

除了上面介紹的幾種用于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩丝冢粨Q機(jī)等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上還有一個(gè)比較常用的端口——控制臺端口（Console）。此端口用于管理人員登錄交換機(jī)，對其進(jìn)行配置、管理等操作。

2.2.4 交換機(jī)操作系統(tǒng)

根據(jù)前面的介紹可知，交換機(jī)類似于一臺特制的計(jì)算機(jī)，因此它的工作也需要有操作系統(tǒng)，管理員也是通過操作系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)備功能和性能的配置和管理，所以交換機(jī)操作系統(tǒng)是交換機(jī)的核心，也是學(xué)習(xí)的重點(diǎn)。

不同廠商生產(chǎn)的交換機(jī)所使用的操作系統(tǒng)也是不同的。華為公司生產(chǎn)的交換機(jī)使用的是自主開發(fā)的操作系統(tǒng)，稱為VRP（Versatile Routing Platform，通用路由平臺）。VRP是華為在通信領(lǐng)域多年的研究成果，是華為所有基于IP/ATM構(gòu)架的數(shù)據(jù)通信產(chǎn)品操作系統(tǒng)平臺，是華為公司從低端到高端的全系列路由器、交換機(jī)等數(shù)據(jù)通信產(chǎn)品的通用網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。