计算机网络-交换机

每年软考交换机必考，且交换机的基础配置一定会考一道大题(15分)甚至两道大题(5~25分)。相关知识点有：交换机概念、冲突域和广播域、吞吐量与背板带宽、交换机端口、交换机工作原理和交换机的基础配置。
网络工程师必须要知道交换机的 ：端口配置、Vlan配置、STP配置(不然对不起网络工程师这个头衔)

交换机概述

交换机(Switch)是一种信号转发的设备，
     可以为交换机自身的任意两个端口间提供独立的电信号通路，又称多端口网桥。
     常见的交换机有以太网交换机、电话语音交换机等，考试只考以太网交换机。

交换机分类

以工作层次划分

以交换方式划分

以太网交换机的交换方式有三种： 直通式交换、存储转发式交换(没有强调时，默认为此方式)、无碎片转发交换
      直通式交换(Cut-Through):
         只要信息有目标地址，就可以开始转发。
         这种方式没有中间错误检查的能力，但转发速度快。
      
      存储转发式交换(Store-and-Forward):
         先将接收到的信息缓存，检测正确性，使用CRC校验,
         因为以太网交换机在转发数据的时候都是转发的以太网帧，所以使用CRC校验，
         检查到不正确就丢弃信息，确定正确后才开始转发。
         注意：存储转发式一定是接收到全部的数据，所以不存在转发碎片数据。
              这种方式的中间结点需要存储数据，时延较大。
              虽然时延较大，但是此类方式是交换机的主要交换方式。
      
      无碎片转发交换(Fragment Free):
         接收到64字节之后才开发转发，是直通式交换和存储转发式交换两者的结合。
         此交换方式比直通式的转发可靠性高，比存储式转发要快。

冲突域和广播域

冲突域：简单来说冲突域就是一个范围，
    以太网中的两个数据帧在同时传输时会产生冲突，冲突之后会产生一个冲突加强信号，
    这个冲突信号能够通告网段中的所有计算机"发生冲突了，大家赶紧停止传输信号"的冲突信号。
    此时当发生冲突时，所有只要能够检测到冲突信号的计算机所组成的一个范围就叫冲突域。

    单纯复制信号的集线器和中继器是不能隔离冲突域的。
    使用第2层技术的设备能分割CSMA/CD的设备，可以隔离冲突域。
    网桥、交换机、路由器能隔离冲突域。
    2层设备以上的设备都可以隔离冲突域。
    集线器和中继器中所有的端口是在同一个冲突域里面。

广播域：所有能收到广播的范围，
    当某个设备的接口收到广播之后，这个广播能够转发到这个设备的所有接口上，
    那么这所有能够接收到这个广播的接口所组成的范围就叫广播域。
    所有的2层设备或者说网桥,它们所有的端口都在同一广播域。

    隔离广播域需要使用第3层设备，路由器、3层交换机都能隔离广播域。
    
总结：
    路由器的每个接口都在一个单独的冲突域里面，
    由于他能隔离广播，所以每个接口也是在一个单独的广播域里面。
    2层设备它的所有端口是同一个广播域，但是每一个接口是一个独立的冲突域。
    对第一层物理层的设备而言，所有的接口即是同一个广播域也是同一个冲突域。
    

吞吐量与背板带宽

吞吐量：
   吞吐量是单位时间内网络成功转发的数据量。
   对交换机而言，要实现满负荷运行，包转发率(pps)计算公式：
   包转发率(Mp/s)=万兆端口数量×14.88Mp/s＋千兆端口数量×1.488Mp/s＋百兆端口数量×0.1488Mp/s。
   吞吐量(bps)=(84byteX8bit)*包转发率(pps)
   
   14.88Mp/s、1.488Mp/s、0.1488Mp/s是如何得到的呢？
   这是通过用固定的数据速率除以最小帧长得到的，结果实际上就是单位时间内发送64byte数据包的个数。
   由于以太网中的每个帧之间都要有帧间隔，即每发完一个帧之后要等待一段时间再发另一个帧，
   在以太网标准中规定最小帧间隙是12个字节，加上前导码(7字节)、帧起始定界符(1字节)，
   因此64byte的数据包在数据链路层封装后大小变成(64+8+12)=84byte.
   这样千兆端口下数据包个数=1000Mb/sbc÷8bit÷(64+8+12)byte≈1.488Mp/s

背板带宽：
   带宽是交换机接口处理器和接口卡和数据总线所能吞吐的最大数据量。
   全双工交换机背板带宽计算公式：
   背板带宽(Mb/s)=万兆端口数量×10000Mb/s×2＋千兆端口数量×1000Mb/s×2＋百兆端口数量×100Mb/s×2＋其他端口×端口速率×2

交换机工作流程

2层交换机的3个功能：学习、转发、消除环路
   学习：交换机在不断的学习哪些Mac地址在哪些端口里面，
       学习完之后形成自己的网桥表，MAC地址表。
     
   转发：收到数据后读取该数据包头的目的MAC地址，
       在之前根据学习到的自己形成的MAC表里查找对应的端口后，将数据转发到对应的端口上。
       如果查找失败，就将数据广播到所有的端口上。如果有回应就将对应的关系存入MAC地址表，供以后使用。
   
   消除环路：如果交换网络中存在一个环路，那么这网络就会不停的死循环，最终导致广播风暴。
       由STP(生成树协议)完成消除环路。

3层交换机的工作流程：一次路由，多次交换。（效率更高）
   3层交换机并非是路由器和2层交换机的简单物理组合，而是一个严谨的逻辑组合。
   某源主机发出的数据进行第3层交换后，相关信息保存到MAC地址与IP地址的映射表中。
   当同源数据再次交换时，3层交换机则根据映射表直接转发到目的地址所在的端口，无须通过路由计算。

端口配置

端口工作模式设置

华为交换机的端口工作模式有三种：
   Access模式(或接入模式)、
   Trunk模式(干道模式)、
   Hybrid模式(混合模式)(华为默认的模式：此模式既可以连接pc也可以连接交换机)

   (1)Access端口只能属于单个VLAN,一般用于连接pc端口。
   (2)Trunk端口允许多个VLAN通过，可以接收和发送多个VLAN的报文，一般用于交换机之间连接的端口。
   (3)Hybrid端口是华为设备中一种新端口类型(新能源油电混合车)，
     特点是允许多个VLAN通过，可以接收和发送多个VLAN的报文，
     既可用于交换机之间连接，也可以用于用户的计算机，

Vlan配置

虚拟局域网(virtual local Area Network,VLAN)
   是一个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数据交换技术。
   VLAN是基于物理网络上构建的逻辑子网，所以构建vlan需要使用支持VLAN技术的交换机。