1、网络设备选择教学目的：掌握网卡的主流产品和选型方法 了解交换机、服务器、路由器、防火墙等设备的工作原理和选择指标 掌握交换机、服务器、路由器、防火墙等设备的主流产品和选型方法 了解负载均衡器、不间断电源设备等的工作原理和选择指标 掌握负载均衡器、不间断电源设备等的主流产品和选型方法本章重点：服务器的选择指标和选择方法 交换机的工作原理和选择方法 路由器的工作原理和选择方法 防火墙的选择指标和选择方法 负载均衡器的工作原理和选择方法 不间断电源的工作原理和选择方法网络设备选择的内容 网卡及设备选型 服务器及其选型 交换机的工作原理及其选型 路由器的工作原理及其选型 防火墙及其选型 负载均衡器及其
2、选型 不间断电源的工作原理及其选型网卡及设备选型网卡的介绍 网卡，英文名称为Network Interface Card，简写为NIC，也叫网络适配器，它是计算机接入网络（局域网、广域网）的接口，也是局域网中最基本的部件之一。网卡的功能有二：一是将计算机的数据封装为帧（数据包），并通过网线将数据发送到网络上去；二是接收网络上传输过来的帧，并将帧重新组合成数据，送给计算机处理。每块网卡都有一个唯一的网络节点地址，它是生产厂家在生产该网卡时直接烧入网卡Rom中的，也称之为MAC地址（Media Access Control，物理地址）。网卡的MAC地址全球唯一，绝不会重复，一般用于在网络中标识网卡
3、所插入的计算机的身份。1、按总线类型分类按总线类型，可以将网卡分为ISA网卡、PCI网卡、PCMCIA网卡、USB网卡和无线网卡等几种。ISA总线的网卡因传输速度缓慢、安装复杂等缺点目前已被市场淘汰。PCI总线网卡是目前网卡的主流产品。PCMCIA总线网卡是一种专用于笔记本电脑中的网卡，大小与扑克牌差不多，厚度约在3-4mm左右。USB接口的网卡主要是一种外置式网卡，移动方便，支持热插拔。无线网卡使用电磁波进行数据通讯。网卡的分类(A)内置式网卡(C)USB接口的网卡(B)PCMCIA笔记本网卡(D)各种无线网卡常见的网卡2、按端口类型分类：分为RJ-45端口网卡（使用双绞线连接）、BNC端口
4、网卡（使用细同轴电缆连接）、AUI端口网卡（使用粗同轴电缆连接）和光纤端口网卡。RJ-45端口网卡是最为常见的一种网卡，它的接口类似于电话接口RJ-11，只不过使用的是8芯线。BNC端口网卡主要用于以细同轴电缆作为传输介质的以太网或令牌网中。AUI端口网卡使用粗同轴电缆作传输介质，目前更为少见。其实很多网卡采用的端口数量并不是唯一的一个。随着千兆以太网技术的发展，网卡也出现了采用光纤作端口的产品。网卡的分类3、按带宽分类：分为10Mbps网卡、100Mbps网卡、10/100Mbps自适应网卡和1000Mbps网卡等几种类型。4.按网络结构分类:ATM(异步传输模式)网卡、Token Ring
5、（令牌环）网卡和Ethernet（以太网)网卡。以太网网卡是目前最常见的局域网网卡，适用于以太网网卡是目前最常见的局域网网卡，适用于Windows98/2000/XP/NT/2003/VISTA。现在市场上大部分网卡都是10/100Mbps自适应网卡，并且是PCI总线的。下面以常见的10/100Mbps自适应网卡为例，介绍其结构。网卡的分类指示灯RJ-45接口调控元件主编码控制芯片BootROM插槽PCI总线接口PCI以太网网卡4.按网络结构分类 ATM(异步传输模式)网卡、Token Ring（令牌环）网卡和Ethernet（以太网)网卡。以太网网卡是目前最常见的局域网网卡，适用于以太网网卡
6、是目前最常见的局域网网卡，适用于Windows98/2000/XP/NT/2003/VISTA。现在市场上大部分网卡都是10/100Mbps自适应网卡，并且是PCI总线的。网卡的分类网卡的性能指标网卡的结构1、主控制编码芯片 网卡的主控制编码芯片控制着进出网卡的数据流。2、调控元件（数据泵）调控元件的作用是发送和接收中断请求（IRQ）信号，起到数据正常流动的作用。3、Boot ROM芯片插槽 把BootROM芯片插上后，就可以实现无盘启动功能。BootROM芯片就像BIOS芯片一样是一块ROM，存储着网络启动程序。根据网络操作系统的不同，分为Novell BootROM芯片和Windows B
7、ootROM芯片。网卡的性能指标网卡的结构4、工作状态指示灯 网卡的端口上方一般配有一个或多个工作状态指示灯，用来显示网卡当前的工作状态，便于了解网卡的工作状态和诊断故障，有电源指示、发送指示（Tx）和接收指示（Rx）三种工作状态。1网卡的速率 网卡最主要的技术参数是速率，也就是它能提供的带宽，单位Mbps。目前常网卡的速率有：10Mbps、10/100Mbps和1000Mbps。2是否支持全双工 半双工的意思是两台计算机之间不能同时向对方发送信息，只有当其中一台计算机发送完信息之后，另一台计算机才能发送信息，而全双工则是两台计算机可以同时进行信息数据传送。因此，全双工网卡的工作效率更高。网卡
8、的性能指标网卡的主要技术指标3对多操作系统的支持 软件的升级速度很多，网卡驱动程序应该适应于Windows2000/XP/NT/2003/VISTA、Netware和Linux等多种操作系统。4是否支持远程唤醒 远程唤醒就是在一台微机上通过网络启动另一台已经处于关机状态的微机，这种功能特别适合机房或网吧管理人员使用。支持远程唤醒的网卡上有一根电缆与主板上标有WOL（远程唤醒）的插座相连接。网卡的性能指标网卡的主要技术指标网卡的选择 网卡质量的好坏会影响到计算机与网络的连接速率、通讯质量和网络的稳定性。选购一款性价比高的网卡在当今这个时代显得尤为重要。用户可以从以下几个方面考虑：要看网卡的芯片；
9、网卡芯片上配有散热片，能有效降低网卡的工作温度，提高工作；看网卡主板上的电容电阻等元器件；看网卡的金手指；网卡接口处，不固焊模块，随时可插拔模块；网卡接口处，采用全屏蔽镀金，能有效防干扰，使数据传输更流畅。1D-Link DFE-530TX网卡 D-Link DFE-530TX网卡适应于快速以太网，传输速率(Mbps)为10/100Mbps，总线类型为PCI，网络标准为IEEE802.3，网线接口类型为RJ-45，传输介质类型为双绞线(UTP)。2TP-Link TF-3239D L网卡 TP-Link TF-3239D L网卡适应于快速以太网，传输速率(Mbps)为10/100Mbps，总线
10、类型为PCI，网络标准为IEEE802.3，网线接口类型为32位、33MHz，传输介质类型为以太网10Base-T。网卡的主流品牌及特点 大多数十兆或百兆网卡的中断方式是每接收一个数据包就产生一个中断，但在千兆网络中，大流量数据会导致接收端系统崩溃。因为高速数据流会产生过多的中断，而且硬件中断的级别是最高的，所以CPU将它所有时间都花费在处理中断上，没有任何系统资源来将已到达的数据包传给应用程序处理或转发出去，最终会导致系统崩溃。网卡的新技术 为此，在千兆网卡设计中引人了批量中断(Interrupt Batching)的硬件技术，使用这种技术的网卡将会每隔一定时间来产生中断，或者由有一定数量的
11、数据包被网卡接收后再产生中断，中断产生前接收的数据包将存储在网卡的缓冲中。要想获得优良的性能，必须相应地调整网卡的参数设置。千兆网卡有多个参数可调，但对于数据捕获而言，最为重要的参数就是中断延迟时间的长短和网卡缓冲区的大小。网卡的新技术服务器及设备选型221 服务器的简介2 服务器的分类3 服务器性能指标4 服务器选购服务器及其选型23什么是服务器？服务器是计算机的一种，是网络中为客户端计算机提供各种服务的高性能的计算机；服务器在网络操作系统的控制下，将与其相连的硬盘、磁带、打印机及昂贵的专用通讯设备提供给网络上的客户站点共享，也能为网络用户提供集中计算、信息发布及数据管理等服务。服务器英文名
12、称为Server。服务器的简介24服务器的的特殊要求1.较高的稳定性 服务器用来承担企业应用中的关键任务，需要长时间的无故障稳定运行。在某些需要不间断服务的领域，如银行、医疗、电信等领域，需要服务器24365运行，一旦出现服务器宕机，后果是非常严重的。这些关键领域的服务器从开始运行到报废可能只开一次机，这就要求服务器具备极高的稳定性，这是普通PC无法达到的。为了实现如此高的稳定性，服务器的硬件结构需要进行专门设计。比如机箱、电源、风扇这些在PC机上要求并不定性。服务器内存技术如ECC、Chipkill、内存镜像、在线备份等也提高了数据的苛刻的部件在服务器上就需要进行专门的设计，并且提供冗余。服
13、务器处理器的主频、前端总线等关键参数一般低于主流消费级处理器，这样也是为了降低处理器的发热量，提高服务器工作的稳可靠性和稳定性。服务器硬盘的热插拔技术、磁盘阵列技术也是为了保证服务器稳定运行和数据的安全可靠而设计的。25服务器的的特殊要求2.较高的性能较高的性能 除了稳定性之外，服务器对于性能的要求同样很高。因为服务器是在网络计算环境中提供服务的计算机，承载着网络中的关键任务，维系着网络服务的正常运行，所以为了实现提供服务所需的高处理能力，服务器的硬件采用与PC不同的专门设计。（1）服务器的处理器相对PC处理器具有更大的二级缓存，高端的服务器处理器甚至集成了远远大于PC的三级缓存，并且服务器一
14、般采用双路甚至多路处理器，来提供强大的运算能力。（2）服务器的芯片组不同于PC芯片组，服务器芯片组提供了对双路、多路处理器的支持。同时，服务器芯片组对于内存容量和内存数据带宽的支持高于PC，如5400系列芯片组的内存最大可以支持128GB，并且支持四通道内存技术，内存数据读取带宽可以达到21GB/s左右。26服务器的的特殊要求 （3）服务器的内存和PC内存也有不同。为了实现更高的数据可靠性和稳定性，服务器内存集成了ECC、Chipkill等内存检错纠错功能，近年来内存全缓冲技术的出现，使数据可以通过类似PCI-E的串行方式进行传输，显著提升了数据传输速度，提高了内存性能。（4）在存储系统方面，
15、服务器硬盘为了能够提供更高的数据读取速度，一般采用SCSI接口和SAS接口，转速通常都在万转或者一万五千转以上。此外服务器上一般会应用RAID技术，来提高磁盘性能并提供数据冗余容错。27服务器的的特殊要求3.较高的扩展性能较高的扩展性能 服务器在成本上远高于PC，并且承担企业关键任务，一旦更新换代需要投入很大的资金和维护成本，所以相对来说服务器更新换代比较慢。企业信息化的要求也不是一成不变，所以服务器要留有一定的扩展空间。相对于PC来说，服务器上一般提供了更多的扩展插槽，并且内存、硬盘扩展能力也高于PC，如主流服务器上一般会提供8个或12个内存插槽，提供6个或8个硬盘托架。28服务器的分类 服
16、务器在网络系统中的应用范围非常广泛，用途各种各样，环境要求、性能要求也各不相同，因此服务器的分类标准也有很多，常见的分类方法主要包括如下几个方面：1.按应用层次划分 2.按服务器的处理器架构划分 3.按服务器的用途划分 4.按服务器的结构划分29服务器的分类按按应用层次划分 服务器按其应用层次划分可分为入门级服务器、工作组级服务器、部门级服务器和企业级服务器四类。（1）入门级服务器 入门级服务器通常只使用一块CPU，并根据需要配置相应的内存和大容量IDE硬盘，必要时也会采用IDE RAID（一种磁盘阵列技术，主要目的是保证数据的可靠性和可恢复性）进行数据保护。入门级服务器主要是针对基于Wind
17、ows、Linux等网络操作系统的用户，可以满足办公室型的中小型网络用户的文件共享、打印服务、数据处理、Internet接入及简单数据库应用的需求，也可以在小范围内完成诸如E-mail、Proxy、DNS等服务。30服务器的分类按按应用层次划分 （2）工作组级服务器 工作组级服务器一般支持1至2个处理器，可支持大容量的ECC（一种内存技术，多用于服务器内存）内存，功能全面、可管理性强、且易于维护，具备了小型服务器所必备的各种特性，如采用SCSI总线的I/O系统、SMP对称多处理器结构、可选装RAID、热插拔硬盘、热插拔电源等，具有较高的可用性。适用于为中小企业提供Web、Mail等服务，也能够
18、用于学校等教育部门的数字校园网、多媒体教室的建设等。31服务器的分类按按应用层次划分 （3）部门级服务器 部门级服务器通常可以支持2至4个处理器，具有较高的可靠性、可用性、可扩展性和可管理性。首先，集成了大量的监测及管理电路，具有全面的服务器管理能力，可监测如温度、电压、风扇、机箱等状态参数。此外，结合服务器管理软件，可以使管理人员及时了解服务器的工作状况。同时，大多数部门级服务器具有优良的系统扩展性，当用户在业务量迅速增大时能够及时在线升级系统，可保护用户的投资。目前，部门级服务器是企业网络中分散的各基层数据采集单位与最高层数据中心保持顺利连通的必要环节，适合中型企业（如金融、邮电等行业）作
19、为数据中心、Web站点等应用。32服务器的分类按按应用层次划分（4）企业级服务器 企业级服务器属于高档服务器，普遍可支持4至8个处理器，拥有独立的双PCI通道和内存扩展板设计，具有高内存带宽，大容量热插拔硬盘和热插拔电源，具有超强的数据处理能力。这类产品具有高度的容错能力、优异的扩展性能和系统性能、极长的系统连续运行时间，能在很大程度上保护用户的投资。可作为大型企业级网络的数据库服务器。目前，企业级服务器主要适用于需要处理大量数据、高处理速度和对可靠性要求极高的大型企业和重要行业（如金融、证券、交通、邮电、通信等行业），可用于提供ERP（企业资源配置）、电子商务、OA（办公自动化）等服务。33
20、服务器的分类按服务器的处理器架构划分 服务器按其处理器的架构（也就是服务器CPU所采用的指令系统）划分可以分为CISC架构服务器、RISC架构服务器和VLIW架构服务器三种。（1）CISC架构服务器 CISC的英文全称为“Complex Instruction Set Computer”，即“复杂指令系统计算机”，从计算机诞生以来，人们一直沿用CISC指令集方式。早期的桌面软件是按CISC设计的，并一直沿续到现在，所以，微处理器（CPU）厂商一直在走CISC的发展道路，包括Intel、AMD，还有其他一些现在已经更名的厂商。在CISC微处理器中，程序的各条指令是按顺序串行执行的，每条指令中的各
21、个操作也是按顺序串行执行的。顺序执行的优点是控制简单，但计算机各部分的利用率不高，执行速度慢。CISC架构的服务器主要以IA-32架构（Intel Architecture，英特尔架构）为主，而且多数为中低档服务器所采用。如果企业的应用都是基于Windows或Linux平台的应用，那么服务器的选择基本上就定位于IA架构（CISC架构）的服务器。如果应用必须是基于Solaris的，那么服务器只能选择SUN服务器。如果应用基于AIX（IBM的Unix操作系统）的，那么只能选择IBM Unix服务器（RISC架构服务器）。34服务器的分类按服务器的处理器架构划分（2）RISC架构服务器 RISC的英
22、文全称为“Reduced Instruction Set Computing”，中文即“精简指令集”，它的指令系统相对简单，它只要求硬件执行很有限且最常用的那部分执令，大部分复杂的操作则使用成熟的编译技术，由简单指令合成。目前在中高档服务器中普遍采用这一指令系统的CPU，如Compaq（康柏，即新惠普）公司的Alpha、HP公司的PA-RISC、IBM公司的Power PC、MIPS公司的MIPS和SUN公司的Spare。35服务器的分类按服务器的处理器架构划分 （3）VLIW架构服务器 VLIW是英文“Very Long Instruction Word”的缩写，中文意思是“超长指令集架构”
23、，简称为“IA-64架构”。VLIW架构采用了先进的EPIC（清晰并行指令）设计，指令运行速度非常快（每时钟周期IA-64可运行20条指令，CISC可运行1-3条指令，RISC可运行4条指令）。VLIW的最大优点是简化了处理器的结构，删除了处理器内部许多复杂的控制电路。从而，使VLIW的结构变得简单，芯片制造成本降低，价格低廉，能耗少，性能显著提高。目前基于这种指令架构的微处理器主要有Intel的IA-64和AMD的x86-64两种。36服务器的分类按服务器的用途划分 服务器按其用途不同可分为通用型服务器和专用型服务器两类。（1）通用型服务器 通用型服务器是可以提供各种服务功能的服务器，当前大
24、多数服务器均是通用型服务器。这类服务器因为不是专为某一功能而设计，所以在设计时就要兼顾多方面的应用需要，服务器的结构相对较为复杂，而且要求性能较高，当然在价格上也就更贵些。37服务器的分类按服务器的用途划分（2）专用型服务器 专用型（或称“功能型”）服务器是专门为某一种或某几种功能专门设计的服务器，如光盘镜像服务器主要是用来存放光盘镜像文件的，需要配备大容量、高速的硬盘以及光盘镜像软件。FTP服务器主要用于在网上（包括Intranet和Internet）进行文件传输，这就要求服务器在硬盘稳定性、存取速度、I/O带宽方面具有明显优势。而Email服务器则主要是要求服务器配置高速宽带上网工具，硬盘
25、容量要大等。这些功能型的服务器的性能要求比较低，因为它只需要满足某些需要的功能应用即可，所以结构比较简单，采用单CPU结构即可；在稳定性、扩展性等方面要求不高，价格也便宜许多，相当于2台左右的高性能计算机价格。38服务器的分类按服务器的结构划分服务器按其结构不同可分为塔式服务器、机架式服务器和刀片服务器三种结构。（1）塔式服务器 塔式服务器是目前应用最为广泛、最为常见的一种服务器。塔式服务器从外观上看就像一台体积比较大的PC机，机箱做工一般比较扎实，非常沉重。塔式服务器由于机箱很大，可以提供良好的散热性能和扩展性能，并且配置可以很高，可以配置多个处理器、多根内存条和多块硬盘，当然也可以配置多个
26、冗余电源和散热风扇。39服务器的分类按服务器的结构划分 IBM塔式服务器40服务器的分类按服务器的结构划分（2）机架式服务器 机架式服务器就是“可以安装在机架上的服务器”。机架式服务器相对塔式服务器大大节省了空间占用，节省了机房的托管费用，并且随着技术的不断发展，机架式服务器有着不逊色于塔式服务器的性能，机架式服务器是一种平衡了性能和空间占用的解决方案，机架式服务器是按照机柜的规格进行设计的，可以统一安装在19英寸的标准机柜中。机柜的高度以U为单位，1U是一个基本高度单元，为1.75英寸，机柜的高度有多种规格，如10U、24U、42U等，机柜的深度没有特别要求。通过机柜安装服务器可以使管理、布
27、线更为方便整洁，也可以方便和其他网络设备的连接。41服务器的分类按服务器的结构划分惠普DL 360 G5 机架式服务器机架式服务器由于机身受到限制，在扩展能力和散热能力上不如塔式服务器，这就需要对机架式服务器的系统结构专门进行设计，如主板、接口、散热系统等，这样就使机架式服务器的设计成本提高，所以价格一般也要高于塔式服务器。42服务器的分类按服务器的结构划分（3）刀片服务器 刀片式结构是一种比机架式更为紧凑整合的服务器结构，它是专门为特殊行业和高密度计算环境所设计的。刀片服务器在外形上比机架服务器更小，只有机架服务器的1/3至1/2，这样就可以使服务器密度更加集中，更大的节省了空间。每个刀片就
28、是一台独立的服务器，具有独立的CPU、内存、I/O总线，通过外置磁盘可以独立的安装操作系统，可以提供不同的网络服务，相互之间并不影响。刀片服务器也可以像机架服务器那样，安装到刀片服务器机柜中，形成一个刀片服务器系统，可以实现更为密集的计算机部署。43服务器的分类按服务器的结构划分IBM刀片服务器 刀片服务器系统 虽然刀片服务器在空间节省、集群计算、扩展升级、集中管理、总体成本等方面相对于另外两种结构的服务器具有很大优势，但是刀片服务器至今还没有形成一个统一的标准，刀片服务器的几大巨头如IBM、HP、Sun各自有不同的标准，之间互不兼容，这样导致了刀片服务器用户选择的空间很狭窄，制约了刀片服务器
29、的发展。服务器性能指标 服务器性能指标主要是以系统响应速度和作业吞吐量为代表。响应速度是指用户从输入信息到服务器完成任务给出响应的时间，作业吞吐量是整个服务器在单位时间内完成的任务量。假定用户不间断地输入请求，则在系统资源充裕的情况下，单个用户的吞吐量与响应时间成反比，即响应时间越短，吞吐量越大。具体表现为：服务器系统资源方面:本机的CPU占用率，内存占用率，磁盘的读写指标；网络的占用情况:基础吞吐率；事务处理速度:如平均登录时间，操作平均响应时间。服务器选购 服务器可以说是整个局域网的核心，如何选择与网络规模相适应的服务器，是有关决策者和技术人员都要考虑的问题。选购服务器可以从下列几个方面加
30、以考虑。1.服务器健康状况 主要是从同服务器共IP网段的其他网站来考虑的，同一个服务器同一个IP网段的一些网站因为使用黑帽作弊导致网站被降权。2.稳定性 为了保证网络能够正常运转，选择服务器首先要确保稳定，因为一个性能不稳定的服务器，即使配置再高、技术再先进，也不能保证网络正常运转，严重的可能给使用者造成不可估量的损失。另一方面，性能稳定的服务其还意味着为公司节省维护费用。服务器选购3.访问速度 访问速度决定了用户打开网站的速度，访问速度越快，用户打开网站的速度也就越快，服务满意度也就越高。4.功能支持 是否支持URL静态化就是一个非常重要的功能，无论是linux主机还是windows主机都是
31、可以支持这个功能的，做好URL静态化对于SEO来说也是非常有帮助的交换机的工作原理及其选型 交换机简介 交换机（switch）是集线器的换代产品，其作用也是将传输介质的线缆汇聚在一起，以实现计算机的连接。但集线器工作在OSI模型的物理层，而交换机工作在OSI模型的数据链路层。交换机在网络中的作用主要表现在以下几方面：1.提供网络接口提供网络接口 交换机在网络中最重要的应用就是提供网络接口，所有网络设备的互联都必须借助交换机才能实现。主要包括：（1）连接交换机、路由器、防火墙和无线接入点等网络设备。（2）连接计算机、服务器等计算机设备。（3）连接网络打印机、网络摄像头、IP电话等其它网络终端。交
32、换机简介 2.扩充网络接口扩充网络接口 尽管有的交换机拥有较多数量的端口（如48口），但是当网络规模较大时，一台交换机所能提供的网络接口数量往往不够。此时，就必须将两台或更多台交换机连接在一起，从而成倍地扩充网络接口。3.扩展网络范围扩展网络范围 交换机与计算机或其它网络设备是依靠传输介质连接在一起的，而每种传输介质的传输距离都是有限的，根据网络技术不同，同一种传输介质的传输距离也是不同的。当网络覆盖范围较大时，必须借助交换机进行中继，以成倍地扩展网络传输距离，增大网络覆盖范围。根据不同的标准，可以对交换机进行不同的分类。不同种类的交换机其功能特点和应用范围也有所不同，应当根据具体的网络环境和
33、实际需求进行选择。交换机分类可网管交换机和傻瓜交换机 以交换机是否可管理，可以将交换机划分为可网管交换机和傻瓜交换机两种类型。（1）可网管交换机 也称智能交换机，它拥有独立的操作系统，且可以进行配置与管理。一台可网管的交换机在正面或背面一般有一个网管配置Console接口，现在的交换机控制台端口一般采用RJ-45端口，如图5.5所示。可管理型交换机便于网络监控、流量分析，但成本也相对较高。大中型网络在汇聚层应该选择可管理型交换机，在接入层视应用需要而定，核心层交换机则全部是可管理型交换机。交换机分类可网管交换机和傻瓜交换机RJ-45控制端口（2）傻瓜交换机 不能进行配置与管理的交换机称为不可网
34、管交换机，也称傻瓜交换机。如果局域网对安全性要求不是很高，接入层交换机可以选用傻瓜交换机。由于傻瓜交换机价格非常便宜，被广泛应用于低端网络（如学生机房、网吧等）的接入层，用于提供大量的网络接口。交换机分类固定端口交换机和模块化交换机以交换机的结构为标准，交换机可分为固定端口交换机和模块化交换机两种不同的结构。（1）固定端口交换机固定端口交换机只能提供有限数量的端口和固定类型的接口（如100Base-T、1000Base-T或GBIC、SFP插槽）。一般的端口标准是8端口、16端口、24端口、48端口等。固定端口交换机通常作为接入层交换机，为终端用户提供网络接入，或作为汇聚层交换机，实现与接入层
35、交换机之间的连接。如图所示为Cisco Catalyst 3560系列固定端口交换机。如果交换机拥有GBIC、SFP插槽，也可以通过采用不同类型的GBIC、SFP模块（如1000Base-SX、1000Base-LX、1000Base-T等）来适应多种类型的传输介质，从而拥有一定程度的灵活性。Cisco Catalyst3560系列交换机分类固定端口交换机和模块化交换机Cisco Catalyst4503模块化交换机（2）模块化交换机 也称机箱交换机，拥有更大的灵活性和可扩充性。用户可任意选择不同数量、不同速率和不同接口类型的模块，以适应千变万化的网络需求。如图5.7所示为Cisco Cata
36、lyst 4503模块化交换机。模块化交换机大都具有很高的性能（如背板带宽、转发速率和传输速率等）、很强的容错能力，支持交换模块的冗余备份，并且往往拥有可插拔的双电源，以保证交换机的电力供应。模块化交换机通常被用于核心交换机或骨干交换机，以适应复杂的网络环境和网络需求。交换机分类接入层交换机、汇聚层交换机和核心层交换机 以交换机的应用规模为标准，交换机被划分为接入层交换机、汇聚层交换机和核心层交换机。在构建满足中小型企业需求的LAN时，通常采用分层网络设计，以便于网络管理、网络扩展和网络故障排除。分层网络设计需要将网络分成相互分离的层，每层提供特定的功能，这些功能界定了该层在整个网络中扮演的角
37、色。（1 1）接入层交换机）接入层交换机 部署在接入层的交换机就称为接入层交换机，也称工作组交换机，通常为固定端口交换机，用于实现终端计算机的网络接入。接入层交换机可以选择拥有12个1000Base-T端口或GBIC、SFP插槽的交换机，用于实现与汇聚层交换机的连接。交换机分类接入层交换机、汇聚层交换机和核心层交换机 （2 2）汇聚层交换机）汇聚层交换机 部署在汇聚层的交换机称为汇聚层交换机，也称骨干交换机、部门交换机，是面向楼宇或部门接入的交换机。汇聚层交换机首先汇聚接入层交换机发送的数据，再将其传输给核心层，最终发送到目的地。汇聚层交换机可以是固定端口交换机，也可以是模块化交换机，一般配有
38、光纤接口。与接入层交换机相比，汇聚层交换机通常全部采用1000Mbps端口或插槽，拥有网络管理的功能。（3 3）核心层交换机）核心层交换机 部署在核心层的交换机称为核心层交换机，也称中心交换机。核心层交换机属于高端交换机，一般全部采用模块化结构的可网管交换机，作为网络骨干构建高速局域网。交换机分类二、三、四层交换机 根据交换机工作在OSI七层网络模型的协议层不同，交换机又可以分为第二层交换机、第三层交换机、第四层交换机等。（1）第二层交换机 第二层交换机依赖于数据链路层的信息（如MAC地址）完成不同端口间数据的线速交换，它对网络协议和用户应用程序完全是透明的。第二层交换机通过内建的一张MAC地
39、址表来完成数据的转发决策。接入层交换机通常全部采用第二层交换机。（2）第三层交换机 第三层交换机具有第二层交换机的交换功能和第三层路由器的路由功能，可将IP地址信息用于网络路径选择，并实现不同网段间数据的快速交换。当网络规模较大或通过划分VLAN来减小广播所造成的影响时，只有借助第三层交换机才能实现。在大中型网络中，核心层交换机通常都由第三层交换机来充当。当然，某些网络应用较为复杂的汇聚层交换机也可以选用第三层交换机。交换机分类二、三、四层交换机（2）第三层交换机 第三层交换机具有第二层交换机的交换功能和第三层路由器的路由功能，可将IP地址信息用于网络路径选择，并实现不同网段间数据的快速交换。
40、当网络规模较大或通过划分VLAN来减小广播所造成的影响时，只有借助第三层交换机才能实现。在大中型网络中，核心层交换机通常都由第三层交换机来充当。当然，某些网络应用较为复杂的汇聚层交换机也可以选用第三层交换机。（3）第四层交换机 第四层交换机工作在传输层，通过包含在每一个IP数据包包头中的服务进程协议（例如HTTP用于传输Web，Telnet用于终端通信，SSL用于安全通信等）来完成报文的交换和传输处理，并具有带宽分配、故障诊断和对TCP/IP应用程序数据流进行访问控制等功能。由此可见，第四层交换机应当是核心层交换机的首选。交换机分类快速以太网交换机、吉比特以太网交换机和10吉比特以太网交换机
41、依据交换机所提供的传输速率为标准，可以将交换机划分为快速以太网交换机、吉比特以太网交换机和10吉比特以太网交换机等。（1）快速以太网交换机 快速以太网交换机是指交换机所提供的端口或插槽全部为100Mbps，几乎全部为固定配置交换机，通常用于接入层。为了保证与汇聚层交换机实现高速连接，通常配置有少量（14个）的1000Mbps端口。快速以太网交换机的接口类型包括：100Base-T双绞线端口；100Base-FX光纤接口。交换机分类快速以太网交换机、吉比特以太网交换机和10吉比特以太网交换机 （2）吉比特以太网交换机 吉比特以太网交换机也称千兆位以太网交换机，是指交换机提供的端口或插槽全部为10
42、00Mbps，可以是固定端口交换机，也可以是模块化交换机，通常用于汇聚层或核心层。吉比特以太网交换机的接口类型包括：1000Base-T双绞线端口；1000Base-SX光纤接口；1000Base-LX光纤接口；1000Base-ZX光纤接口；1000Mbps GBIC插槽；1000Mbps SFP插槽。交换机分类快速以太网交换机、吉比特以太网交换机和10吉比特以太网交换机（3）10吉比特以太网交换机 10吉比特以太网交换机也称万兆位以太网交换机，是指交换机拥有10Gbps以太网端口或插槽，可以是固定端口交换机，也可以是模块化交换机，通常用于大型网络的核心层。10吉比特以太网交换机接口类型包括
43、：10GBase-T双绞线端口；10Gbps SFP插槽。交换机分类对称交换机和非对称交换机 依据交换机端口速率的一致性为标准，可将交换机分为对称交换机或非对称交换机两类。（1）对称交换机 在对称交换机中，所有端口的传输速率均相同，全部为100Mbps（快速以太网交换机）或者全部为1Gbps（吉比特以太网交换机）。其中，100Mbps对称交换机用于小型网络或者充当接入层交换机，1Gbps对称交换机则主要充当大中型网络中的汇聚层或核心层交换机。交换机分类对称交换机和非对称交换机（2）非对称交换机 非对称交换机是指拥有不同速率端口的交换机。提供不同带宽端口（例如100Mbps端口和1000Mbps
44、端口）之间的交换连接。其通常拥有24个高速率端口（1Gbps或10Gbps）以及1248个低速率端口（100Mbps或1Gbps）。高速率端口用于实现与汇聚层交换机、核心层交换机、接入层交换机和服务器的连接，搭建高速骨干网络。低速率端口则用于直接连接客户端或其它低速率设备。交换机主要性能标准1.转发速率 转发速率是交换机的一个非常重要的参数。转发速率通常以“Mpps”（Million Packet Per Second，每秒百万包数）来表示，即每秒能够处理的数据包的数量。转发速率体现了交换引擎的转发功能，该值越大，交换机的性能越强劲。2.端口吞吐量 端口吞吐量反映交换机端口的分组转发能力，通常
45、可以通过两个相同速率的端口进行测试，吞吐量是指在没有帧丢失的情况下，设备能够接受的最大速率。交换机主要性能标准 3.背板带宽 背板带宽是交换机接口处理器或接口卡和数据总线间所能吞吐的最大数据量。背板带宽体现了交换机总的数据交换能力，单位为Gbps，也叫交换带宽。一台交换机的背板带宽越高，所能处理数据的能力就越强，但同时设计成本也会越高。4.端口种类 交换机按其所提供的端口种类不同主要包括三种类型的产品，它们分别是纯百兆端口交换机、百兆和千兆端口混和交换机、纯千兆端口交换机。每一种产品所应用的网络环境各不相同，核心骨干网络上最好选择千兆产品，上连骨干网络一般选择百兆/千兆混和交换机，边缘接入一般
46、选择纯百兆交换机。交换机主要性能标准 5.MAC地址数量 每台交换机都维护着一张MAC地址表，记录MAC地址与端口的对应关系，交换机就是根据MAC地址将访问请求直接转发到对应端口上的。存储的MAC地址数量越多，数据转发的速度和效率也就越高，抗MAC地址溢出供给能力也就越强。交换机主要性能标准 6.缓存大小 交换机的缓存用于暂时存储等待转发的数据。如果缓存容量较小，当并发访问量较大时，数据将被丢弃，从而导致网络通讯失败。只有缓存容量较大，才可以在组播和广播流量很大的情况下，提供更佳的整体性能，同时保证最大可能的吞吐量。目前，几乎所有的廉价交换机都采用共享内存结构，由所有端口共享交换机内存，均衡网
47、络负载并防止数据包丢失。交换机主要性能标准 7.支持网管类型 网管功能是指网络管理员通过网络管理程序对网络上的资源进行集中化管理的操作，包括配置管理、性能和记账管理、问题管理、操作管理和变化管理等。一台设备所支持的管理程度反映了该设备的可管理性及可操作性，现在交换机的管理通常是通过厂商提供的管理软件或通过满足第三方管理软件的管理来实现的。交换机主要性能标准 8.VLAN支持 一台交换机是否支持VLAN是衡量其性能好坏的一个重要指标。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，减少广播风暴的产生。由于VLAN是基于逻辑上连接而不是物理上的连接，因此网
48、络中工作组的划分可以突破共享网络中的地理位置限制，而完全根据管理功能来划分。目前，好的产品可提供功能较为细致丰富的子网划分功能。交换机主要性能标准 9.支持的网络类型 一般情况下，固定配置式不带扩展槽的交换机仅支持一种类型的网络，机架式交换机和固定配置式带扩展槽的交换机则可以支持一种以上类型的网络，如支持以太网、快速以太网、千兆以太网、ATM、令牌环及FDDI等。一台交换机所支持的网络类型越多，其可用性、可扩展性越强。交换机主要性能标准 10.冗余支持 冗余强调了设备的可靠性，也就是当一个部件失效时，相应的冗余部件能够接替工作，使设备继续运转。冗余组件一般包括管理卡、交换结构、接口模块、电源、
49、机箱风扇等。对于提供关键服务的管理引擎及交换结构模块，不仅要求冗余，还要求这些部件具有“自动切换”的特性，以保证设备冗余的完整性。交换机工作过程 交换机刚启动时，如图5.9所示。MAC地址表内无表项，表5.1展示了当前交换机的MAC地址表条。MAC Address TableMAC AddressPort 图 5.9交换机MAC地址学习表 5.1 MAC地址表交换机工作过程 当计算机A发送数据帧时，交换机把计算机A的帧中的源MAC地址MCA_A与接收到此帧的端口E0关联起来，写进MAC地址表，表5.2展示了将MAC地址与收到此帧的端口相关联。交换机把计算机A的帧从所有其他端口发送出去（除了接收
50、到帧的端口E0）。这是因为对于此时的交换机来说，计算机A发送的数据帧是未知数据帧，所以交换机需要广播这个未知数据帧，如图5.10所示MAC Address TableMAC AddressPortMAC_AE0 图5.10交换机MAC地址学习表 5.2 MAC地址表交换机工作过程计算机B、C、D发出回应数据帧给计算机A。交换机把接收到的帧中的源地址与相应的端口关联起来。表5.3展示了交换机将收到帧中的源地址与对应端口关联。这就是交换机的MAC地址表学习的过程。MAC Address TableMAC AddressPortMAC_AE0MAC_BE1MAC_CE2MAC_DE3如图5.11所示
