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第70章 计算机网络传播(7)

2.交换机的分类

(1)从网络覆盖范围划分

广域网交换机:主要是应用于电信城域网互联、因特网接入等领域的广域网中,提供通信用的基础平台。

局域网交换机:应用于局域网络,用于连接终端设备,如服务器、工作站、集线器、路由器、网络打印机等网络设备,提供高速独立通信通道。

(2)根据传输介质和传输速度划分

根据交换机使用的网络传输介质及传输速度不同,可以将局域网交换机分为以太网交换机(带宽在100Mbps以下的以太网使用,采用RJ-45双绞线接口)、快速以太网交换机(用于100Mbps快速以太网,通常采用RJ-45双绞线接口,有的有少数的SC光纤接口)、千兆(G位)以太网交换机、10千兆(10G位)以太网交换机、ATM交换机等。

①千兆以太网交换机(吉比特以太网)

它在大型网络的骨干网段上已得到广泛应用,所采用的传输介质有光纤、双绞线两种,对应的接口有“SC”和“RJ-45”接口两种。

②10千兆以太网交换机

10千兆以太网交换机又称10G以太网交换机,主要是为了适应10千兆以太网络接入因特网,一般全部采用光纤作为传输介质,用于骨干网段上。目前10G以太网技术还处于研发初期,价格也非常昂贵(一般要2万-9万美元),在实际应用中还不普遍。

③ATM交换机

ATM交换机主要用于ATM网络。ATM网络由于其独特的技术特性,仅广泛用于电信、邮政网的主干网段,因此其交换机产品在市场上很少看到。它的传输介质一般采用光纤,接口类型也有双绞线接口和光纤接口两种。

(3)根据应用层次划分

根据交换机所应用的网络层次,可以将网络交换机划分为企业级交换机、校园网交换机、部门级交换机、工作组交换机和桌面型交换机五种。

①企业级交换机

企业级交换机属于一类高端交换机,一般采用模块化的结构,可作为企业网络骨干构建高速局域网,通常用于企业网络的最顶层。

企业级交换机可以提供用户定制、优先级队列服务和网络安全控制,并能很快适应数据增长和改变的需要。对于有更多需求的网络,企业级交换机不仅能传送海量数据和控制信息,更具有硬件冗余和软件可伸缩性特点,保证网络的可靠运行,企业级交换机一般都是千兆以上交换机。企业级交换机所采用的端口一般都是光纤接口,这主要是为了保证交换机高的传输速率。

②校园网交换机

这种交换机因通常用于分散的校园网而得名,其实它不一定要应用于校园网络中,只表示它主要应用于物理距离分散的较大型网络中,因为校园网比较分散,传输距离比较长。这类交换机具有快速数据交换能力和全双工能力,可提供容错等智能特性,还支持扩充选项及第三层交换中的虚拟局域网(VLAN)等多种功能,一般作为网络的骨干交换机,通常提供SC光纤接口和RJ-45双绞线接口。

③部门级交换机

部门级交换机是面向部门级网络使用的交换机,可以是固定配置,也可以是模块配置,除了常用的RJ-45双绞线接口外,一般还带有光纤接口。部门级交换机一般具有较为突出的智能型特点,支持基于端口的VLAN(虚拟局域网),可实现端口管理,可任意采用全双工或半双工传输模式,可对流量进行控制,有网络管理功能,可通过PC机的串口或网络对交换机进行配置、监控和测试。

④工作组交换机

工作组交换机是传统集线器的理想替代产品,一般为固定配置,配有一定数目的10Base-T或100Base-TX以太网口。交换机简单地按每一个数据包中的MAC地址转发信息,而不考虑包中隐藏的更深的其他信息。

⑤桌面型交换机

桌面型交换机,这是最常见的一种最低档交换机,它支持的每端口MAC地址很少,通常端口数也较少(12口以内,但不是绝对),只具备最基本的交换机特性。

当然,相对集线器来说,它还是具有交换机的通用优越性,况且有许多应用环境也只需这些基本的性能,所以它的应用还是相当广泛的,主要应用于小型企业或中型以上企业办公桌面。

(4)根据交换机的端口结构划分

大致分为固定端口交换机和模块化交换机两种。

①固定端口交换机

固定端口,就是它的端口是固定的,如果是8端口的,就只能有8个端口,再不能添加。目前这种固定端口的交换机比较常见,端口数量没有明确规定,一般是8口、16口和24口。

固定端口交换机价格相对便宜,但它只能提供有限的端口和固定类型的接口,因此,无论从可连接的用户数量上,还是从可使用的传输介质上来讲,都具有一定的局限性,这种交换机在工作组中应用较多,一般适用于小型网络和桌面交换环境。

②模块化(机箱式)交换机

模块化交换机虽然在价格上要贵很多,但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。

而且,这种交换机大都有很强的容错能力,支持交换模块的冗余备份,并且往往拥有可热插拔的双电源,以保证交换机的电力供应。

(5)根据交换机工作的协议层划分

网络设备对应工作在OSI参考模型这一开放模型的一定层次上,工作的层次越高,说明其设备的技术性越高,性能也越好,档次也就越高。交换机也一样,随着交换技术的发展,交换机由原来工作在OSI参考模型的第二层,发展到现在出现了工作在第四层的交换机。根据工作的协议层可把交换机分为二层交换机、三层交换机和四层交换机。

①二层交换机

二层交换机是对应于OSIRM的第二协议层来定义的,因为它工作在OSI参考模型的第二层——数据链路层。二层交换机依赖于链路层中的信息(如MAC地址)完成不同端口间的数据交换,主要功能包括物理寻址、错误校验、帧序列以及数据流控制等。这是最原始的交换技术产品,目前桌面型交换机一般都属于这一类型。二层交换机应用最为普遍(主要是价格便宜,功能符合中、小企业实际应用需求),一般应用于小型企业或中型以上企业网络的桌面层次。

②三层交换机

这类交换机工作在OSI参考模型的第三层——网络层,它具有路由功能,可以根据IP地址进行路径选择,并实现不同网段间的数据交换。当网络规模较大时,可以根据特殊应用需求划分为小而独立的VLAN网段,以减小广播造成的影响。在大中型网络中,三层交换机已经成为基本配置设备。

③四层交换机

四层交换机工作于OSI参考模型的第四层——传输层,直接面对具体应用,其支持的协议是各种各样的,如HTTP、FTP、Telnet、SSL等。在四层交换机中为每个供搜寻使用的服务器组设立虚IP地址(VIP),每组服务器支持某种应用。在域名服务器(DNS)中存储的每个应用服务器地址是VIP,而不是真实的服务器地址。当某用户申请应用时,一个带有目标服务器组的VIP连接请求被发送给服务器交换机。服务器交换机在组中选取最好的服务器,将终端地址中的VIP用实际服务器的IP取代,并将连接请求传给服务器。这样,同一区间所有的数据包由服务器交换机进行映射,在用户和同一服务器间进行传输。

目前由于这种交换技术尚未真正成熟且价格昂贵,所以,四层交换机在实际应用中还很少见。

(6)根据是否支持网管功能划分

如果按交换机是否支持网络管理功能分,可将交换机分为“网管型”和“非网管型”两大类。

非网管型交换机不能进行手工配置,通常被用于小型网络中,只要插上电,连上网线就可以正常工作。但这类交换机功能较简单,不能满足特定的网络需求。

网管型交换机则提供基于终端控制口(Console)、基于Web页面以及支持Telnet远程登录网络等多种网络管理方式,支持SNMP协议。

网管型交换机采用嵌入式远程监视(RMON)标准,提供基于策略的QoS(Quality of Service),用于跟踪流量和会话,有效地决定网络中的瓶颈和阻塞点。

四、路由器(Router)

作为不同网络之间互相连接的枢纽,路由器系统构成了因特网的主体脉络。一般说来,异种网络互联与多个子网互联都采用路由器来完成。路由器从一条线路上接收输入的数据分组,根据需要对数据进行处理,然后向另一条线路转发。这两条线路可以分属于不同的网络、采用不同协议。

除了连通不同的网络,路由器更主要的作用是选择信息传送的线路。选择通畅快捷的路径,能大大提高通信速度,减轻网络通信负荷,节约系统资源,提高系统畅通率,从而让网络系统发挥出最大效益。

路由器的主要工作就是为经过路由器的每个数据分组寻找一条最佳传输路径,并将该数据有效地传送到目的站点。由此可见,选择最佳路径的策略即路由算法是路由器的关键所在。为了完成这项工作,在路由器中保存着各种传输路径的相关数据——路由表(Routing Table),供路径选择使用。路由表中保存着子网的标志信息、网上路由器的个数和下一个路由器的名字等内容,它可以是系统管理员固定设置好的,也可以由系统动态生成;可以由路由器自动调整,也可以由主机控制。

路由器和交换机的区别主要体现在三个方面:

1.工作层次不同

一般来说,交换机工作在OSI参考模型第二层——数据链路层,而路由器一开始就设计工作在OSI模型的第三层——网络层,可以得到更多的协议信息,可以做出更加智能的转发决策。

因为层次不同,因此二者转发数据的依据也不同。交换机是利用MAC地址来确定转发数据的目的地址。而路由器则是利用不同网络的ID号(即IP地址中的网络标识)来确定数据转发的地址。MAC地址是物理地址,通常是硬件自带的,由网卡生产商来分配的,而且已经固化到了网卡中,一般来说是不可更改的。而IP地址是协议地址或软件地址,是在软件中实现的,通常由网络管理员分配或系统自动分配。

2.传统的交换机只能分割冲突域,不能分割广播域;而路由器可以分割广播域由交换机连接的网段仍属于同一个广播域,广播数据包会在交换机连接的所有网段上传播,在某些情况下会导致通信拥挤和安全漏洞。连接到路由器上的网段会被分配成不同的广播域,广播数据不会穿过路由器。虽然很多交换机具有虚拟局域网VLAN功能,也可以分割广播域,但是各子广播域之间是不能通信交流的,它们之间的交流仍需要路由器。

3.路由器可以提供防火墙等服务

路由器不传送不支持路由协议的数据包传送和未知目标网络数据包的传送,可以仅转发特定地址的数据包,对网络的安全管理发挥作用。

路由器的功能较交换机要强大,但速度相对也慢,价格昂贵,而三层交换机既有交换机线速转发报文能力,又有路由器良好的控制功能,因此目前得到更广泛的应用。