8-2 交换机基础

交换机分类

根据交换方式分

交换方式	描述	优点	缺点
存储转发式交换(Store and Forward)	完整接收数据帧，缓存、验证、碎片过滤，然后转发。	可以提供差错校验和非对称交换。	延迟大
直通式交换(Cut-through)	输入端口扫描到目标地址(MAC地址)后立即开始转发。	延迟小、交换速度快。	没有检错能力，不能实现非对称交换
碎片过滤式交换(Fragment Free)	开始转发前先检查数据包的长度是否够64字节，如果小于64个字节则丢弃；如果大于等于64个字节，则转发该包。	减少了冲突碎片的传播，相比直通式交换具有一定的错误检测能力。	相比存储转发式交换，其错误检测能力有限，延迟略高于直通式交换

目前使用最多的就是存储转发式交换(Store andForward)，转发工作交给硬件芯片处理，延迟大的问题已经得到解决。

根据交换的协议层划分
- 二层交换机：基于MAC地址转发
- 三层交换机：支持IP、路由
- 多层交换机：交换机支持插防火墙板卡、入侵检测板卡以集成多种功能
根据交换机结构划分
- 固定端口交换机：接入交换机一般是固定端口交换机，如24口交换机一般指下行接口有24个，如24个千兆电口，即可以下连24个设备，上行口一般有4个，如4个万兆光口
- 模块化交换机：支持插扩展模块
根据配置方式划分
- 堆叠交换机：堆叠，又叫做横向虚拟化，也叫集群
- 非堆叠交换机：
根据管理类型划分
- 网管交换机：支持管理配置
- 非网管交换机：傻瓜交换机，不支持配置
- 智能交换机：通过软件做功能定义
层次结构划分
- 核心交换机：一般使用三层交换机
- 汇聚交换机：一般使用三层交换机，用户网关一般配置在汇聚交换机上
- 接入交换机：用于连接终端设备，数量多，一般采用二层交换机

多台设备堆叠和集群

堆叠是将多个同一层次的网络设备虚拟成一个设备，并配合链路聚合技术减少环路[链路聚合（Link Aggregation）是一种通过将多个物理网络接口绑定为单一逻辑接口的技术，旨在提升网络带宽、可靠性和负载均衡能力。]

使用堆叠、集群技术将独立的交换机虚拟化成一台逻辑的交换机，一般接入、汇聚层盒式交换机采用堆叠技术汇聚、核心层交换机采用集群技术。
在逻辑交换机之间使用链路聚合技术，无需部署STP(STP要阻塞端口，降低了链路利用率)、VRRP实现高可靠性。[VRRP（Virtual Router Redundancy Protocol，虚拟路由冗余协议）是一种用于解决网络网关单点故障的容错协议，通过将多个物理路由器组合成一个虚拟路由器，实现网关冗余和故障自动切换。]
实现高可靠性的同时设备之间的链路可以同时传输流量，链路利用率得以提升。

堆叠的优势

(记忆)

扩展端口数量。当接入的用户数增加到原交换机端口密度不能满足接入需求时，可以通过使用堆叠系统或在原有的堆叠系统中增加新的交换机而得到满足。
简化组网，增加可靠性。逻辑上把多台设备虚拟成一台设备，简化运维，方便管理。同时，单台设备故障，不影响堆叠系统
扩展系统处理能力和带宽。当核心交换机转发能力不能满足需求时，可以增加新交换机与原交换机组成堆叠系统来实现。例如：若一台交换机转发能力为64M pps，则通过增加一台交换机进行扩展后，整个堆叠设备的转发能力为128M pps。需要强调的是，是整个堆叠系统的转发能力整体提高，而不是单个交换机的转发能力提高。

堆叠的劣势

(记忆)

堆叠都是私有协议，不支持跨厂商设备堆叠；
需要单独购买堆叠线缆。(现在最新的用光纤也能实现堆叠，考试可以写)；
存在一定资源浪费，特别高端设备，如果2台核心都配置双引擎，堆叠后总共4个引擎当中只有1个引擎工作；
如果堆叠系统升级或重启，一般会有20～60s的业务中断；
可靠性风险：控制层面统一后，相当于把鸡蛋放在一个篮子里，如果整个逻辑设备的控制平面出现问题（比如说路由表被人攻击破坏），就有可能导致整机瘫痪，影响的范围大；

基于上述劣势，在一些大型的业务要求较高的网络如运营商、金融、行业网络中，都在去堆叠化，且一般大型项目采购时不会只采购一家厂商的设备，而在其他网络中，堆叠的应用较为广泛

堆叠三种角色

主设备Master：一个堆叠系统中，有且仅有一个主(老大)
备设备Standby：监测主设备状态，如果主出现故障，则由备承担主的工作，一个堆叠系统中，有且仅有一个备(老二)
从设备Slave：一个堆叠系统中，除了主和备外，剩余成员都是从设备(小弟)

角色	含义	职责	特点
Master (主设备)	堆叠系统中的主要控制设备	处理大部分控制和管理任务，包括配置分发、资源分配、故障检测和处理等	具有最高权限和控制权，其运行状态直接影响系统性能和稳定性
Standby (备用设备)	主设备的备份	与主设备保持同步配置和状态信息，在主设备故障时迅速切换并承担职责	处于待命状态，保持监测和同步功能，确保快速切换的可靠性
Slave (从设备)	堆叠系统中的执行设备	按照主设备指令进行数据传输、业务处理等操作	数量可能较多，协同工作以实现系统整体功能，不具备控制和管理权限

华为横向虚拟化CSS+iStack

华为的堆叠技术主要有2类，底层技术相同

对于箱式设备，使用的技术为CSS，箱式交换机(贵)堆叠多用于网络核心层或汇聚层

图例
对于盒式设备，使用的技术为iStack，盒式交换机(便宜)堆叠一般用于汇聚层或接入层

图例

交换机性能参数

参数名称	描述	关键说明/示例	备注
端口类型	- RJ45电口 - 光口（GBIC/SFP/SFP+/QSFP+/SFP28） - 扩展插槽数量	- 光口类型说明： - GBIC：老光口，已淘汰 - SFP：千兆光口 - SFP+：万兆光口 - QSFP+：40G光口 - SFP28：25G/100G光口	交换机的接口有哪些？一文带你记住其名称及作用
传输模式	- 半双工 - 全双工	- 默认全双工模式，支持同时收发数据 - 跨厂商对接时可能因自动协商失败降为半双工，需手动配置全双工并禁用自动协商
交换容量	端口数 × 端口速率 × 2	如果一台交换机的所有端口都能满足该值，则所有接口都能实现线速转发，即所有接口都能够跑满 - 示例：48千兆电口 + 4千兆光口的全双工交换机的交换容量为： `(48×1Gbps + 4×1Gbps) × 2 = 104Gbps` - 厂商可能虚标此值，实际线速转发需满足该值
包转发率	单位时间内发送64字节数据包的个数	- 千兆接口的包转发率：1.488Mpps（Mpps=百万包/秒） - 公式：`1000Mbps/8/(64+8+12)=1.488Mpps` （无需计算，直接记忆结果，注意单位为Mpps即M pakages per second）
MAC地址数	交换机MAC地址表中可存储的最大MAC地址数量	- 根据设备型号不同，通常为数万到数十万条（具体需参考厂商规格）
VLAN表项	交换机支持的最大VLAN数量	- 4094个（即4K VLAN，符合IEEE 802.1Q标准） - 部分高端设备可能支持更多扩展VLAN（如12K或更多）