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交换机技术交换机包括电话交换机（PBX）、数据交换机（Switch）从广义上来看，交换机分为两种：广域网交换机和局域网交换机。广域网交换机主要应用于电信领域，提供通信用的基础平台。而局域网交换机则应用于局域网络，用于连接终端设备，如PC机及网络打印机等根据架构特点，人们还将局域网交换机分为机架式、带扩展槽固定配置式、不带扩展槽固定配置式 3种产品从传输介质和传输速度上看，局域网交换机可以分为以太网交换机、快速以太网交换机、千兆以太网交换机、FDDI 交换机、ATM 交换机和令牌环交换机等多种，这些交换机分别适用于以太网、快速以太网、FDDI、ATM 和令牌环网等环境。从ISO/OSI 的分层结构上说，交换机可分为二层交换机、三层交换机、Web交换机等。Web交换机为数据中心设备（包括Internet服务器、防火墙、高速缓冲服务器和网关等）提供管理、路由和负载均衡传输以太网交换机工作原理 以太网交换机是数据链路层的机器，以太网使用物理地址（MAC地址），48位，6字节。其工作原理为：当有一个帧到来时，他会检查其目的地址并对应自己的MAC地址表，如果存在目的地址，则转发，如果不存在则泛洪(广播），广播后如果没有主机的MAC地址与帧的目的MAC地址相同，则丢弃，若有主机相同，则会将主机的MAC自动添加到其MAC地址表中。集线器的不同在于：集线器会把数据转发到除接受端口外的所端口，不检查其目的MAC地址A发送数据，交换机查找交换机表，如果表中有目的地址的MAC项，就从那个对应MAC的端口转发改数据。此时假如B也发送数据，同样要查找交换机表，如果目的地址和A发送的目的地址一样，那时交换机也把B的数据转发到那个端口发送，此时会把A和B发送的数据包排成队列按序发送。 交换机分割冲突域，每个端口独立成一个冲突域。每个端口如果有大量数据发送，则端口会先将收到的等待发送的数据存储到寄存器中，在轮到发送时再发送出去。背板带宽（单位：Gbps）交换机的背板带宽，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。背板带宽标志了交换机总的数据交换能力，单位为Gbps，也叫交换带宽，一般的交换机的背板带宽从几Gbps到上百Gbps不等。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。 但是，我们如何去考察一个交换机的背板带宽是否够用呢？显然，通过估算的方法是没有用的，我认为应该从两个方面来考虑： 1、）所有端口容量X端口数量之和的2倍应该小于背板带宽，可实现全双工无阻塞交换，证明交换机具有发挥最大数据交换性能的条件。 2、）满配置吞吐量(Mpps)=满配置GE端口数1.488Mpps其中1个千兆端口在包长为64字节时的理论吞吐量为1.488Mpps。例如，一台最多可以提供64个千兆端口的交换机，其满配置吞吐量应达到 641.488Mpps = 95.2Mpps，才能够确保在所有端口均线速工作时，提供无阻塞的包交换。如果一台交换机最多能够提供176个千兆端口，而宣称的吞吐量为不到261.8Mpps(176 x 1.488Mpps = 261.8)，那么用户有理由认为该交换机采用的是有阻塞的结构设计。一般是两者都满足的交换机才是合格的交换机。对于1个全双工1000Mbps接口达到线速时要求：转发能力1000Mbps/(64+20)*8bit)1.488Mpps对于1个全双工100Mbps接口达到线速时要求：转发能力100Mbps/(64+20)*8bit)0.1488Mpps交换机的交换容量又称为背板带宽或交换带宽，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。交换容量表明了交换机总的数据交换能力，单位为Gbps，一般的交换机的交换容量从几Gbps到上百Gbps不等。一台交换机的交换容量越高，所能处理数据的能力就越强，但同时设计成本也会越高。包转发率 （单位：pps（包每秒）1.交换机的包转发率 交换机的包转发率标志了交换机转发数据包能力的大小。单位一般位pps（包每秒），一般交换机的包转发率在几十Kpps到几百Mpps不等。包转发速率是指交换机每秒可以转发多少百万个数据包（Mpps），即交换机能同时转发的数据包的数量。包转发率以数据包为单位体现了交换机的交换能力。 其实决定包转发率的一个重要指标就是交换机的背板带宽，背板带宽标志了交换机总的数据交换能力。一台交换机的背板带宽越高，所能处理数据的能力就越强，也就是包转发率越高。 2.路由器的包转发率 路由器的包转发率 ，也称端口吞吐量，是指路由器在某端口进行的数据包转发能力，单位通常使用pps（包每秒）来衡量。一般来讲，低端的路由器包转发率只有几K到几十Kpps，而高端路由器则能达到几十Mpps（百万包每秒）甚至上百Mpps。如果小型办公使用，则选购转发速率较低的低端路由器即可，如果是大中型企业部门应用，就要严格这个指标，建议性能越高越好。交换机的内部结构主要有以下几种：一是共享内存结构，这种结构依赖中心交换引擎来提供全端口的高性能连接，由核心引擎检查每个输入包以决定路由。这种方法需要很大的内存带宽、很高的管理费用，尤其是随着交换机端口的增加，中央内存的价格会很高，因而交换机内核成为性能实现的瓶颈；二是交叉总线结构，它可在端口间建立直接的点对点连接，这对于单点传输性能很好，但不适合多点传输；三是混合交叉总线结构，这是一种混合交叉总线实现方式，它的设计思路是，将一体的交叉总线矩阵划分成小的交叉矩阵，中间通过一条高性能的总线连接。其优点是减少了交叉总线数，降低了成本，减少了总线争用；但连接交叉矩阵的总线成为新的性能瓶颈。端口聚合这是一种封装技术，它是一条点到点的链路，链路的两端可以都是交换机，也可以是交换机和路由器，还可以是主机和交换机或路由器。基于端口汇聚（Trunk）功能，允许交换机与交换机、交换机与路由器、主机与交换机或路由器之间通过两个或多个端口并行连接同时传输以提供更高带宽、更大吞吐量， 大幅度提供整个网络能力。交换机组网结构级联方式这是最常用的一种组网方式，它通过交换机上的级联口（UpLink）进行连接。需要注意的是交换机不能无限制级联，超过一定数量的交换机进行级联，最终会引起广播风暴，导致网络性能严重下降。其结构示意图如下所示。端口聚合方式前面我们已接触到端口聚合的特点，此种方式相当于用多个端口同时进行级联，它提供了更高的互联带宽和线路冗余，使网络具有一定的可靠性。其结构示意图如下所示。堆叠方式交换机的堆叠是扩展端口最快捷、最便利的方式，同时堆叠后的带宽是单一交换机端口速率的几十倍。但是，并不是所有的交换机都支持堆叠的，这取决于交换机的品牌、型号是否支持堆叠；并且还需要使用专门的堆叠电缆和堆叠模块；最后还要注意同一叠堆中的交换机必须是同一品牌。其结构示意图如下所示。分层方式这种方式一般应用于比较复杂的网络结构中，按照功能可划分为：接入层、汇聚层、核心层。其结构示意图如下所示。半双工传输 半双工传输(half drplex transmission) 它是数据通信的一种方式。 此方式允许在两个方向上传输数据，即从X点发送数据到Y点，或从Y点发送数据至X点，但不能同进进行双向传输，方向的选择由数据终端设备控制。全双工传输 全双工传输英文写法是:FullDuplex Transmissions是指交换机在发送数据的同时也能够接收数据，两者同步进行，这好像我们平时打电话一样，说话的同时也能够听到对方的声音。目前的交换机都支持全双工。 全双工的好处在于迟延小，速度快千兆光纤收发器 千兆光纤收发器千兆光纤收发器（又名光电转换器）是一种快速以太网，其数据传输速率达1Gbps,仍采用CSMA/CD的访问控制机制并与现有的以太网兼容，在布线系统的支持下，可以使原来的快速以太网平滑升级并能充分保护用户原来的投资。 千兆自适应光纤收发器目前，千兆网技术已成为新建网络和改造的首选技术，由此对综合布线系统的性能要求也提高。 1、千兆光纤收发器标准 千兆以太网的标准由IEEE 802.3制定，目前有802.3z 和802.3ab两个布线标准。其中802.3ab是基于双绞线的布线标准，使用4对5类UTP，最大传输距离为100m。而802.3z是基于光纤通道的标准，使用的媒体有三种： a) 1000Base-LX规范：该规范为长距离使用的多模和单模光纤的参数。其中多模光纤传输距离为300(550米,单模光纤的传输距离为3000米。该规范要求使用价格相对昂贵的长波激光收发器。 b)1000Base-SX规范：该规范为短距离使用的多模光纤的参数，使用多模光纤和低成本的短波CD(compact disc)或VCSEL激光器，其传输距离为300(550米。 c)1000BASE-CX规范：使用短距离的屏蔽双绞线STP，其传输距离为25m，主要用于在配线间使用短跳线电缆把高性能的服务器和高速外设相连。 2、千兆网综合布线系统的线缆选型 综合布线系统包含建筑群布线子系统、建筑物主干布线子系统、水平布线子系统（包含工作区电缆）三大布线子系统。千兆网综合布线系统除具有一般快速以太网综合布线系统设计的特点之外，更重要的是要合理选择UTP、光缆及接插件。 2.1光缆的选择 光缆主要用于建筑群布线子系统，对抗干扰要求高或建筑物主干距离超过100m的场合也用光缆作为建筑物主干布线子系统。选择光缆应根据实际距离并结合802.3z规范进行。在满足技术要求的前提下再虑经济问题。 2.2双绞线的选择 双绞线在三大综合布线子系统中所占比例最大，它的使用在很大程度上决定了综合布线系统的性能，必须合理选用。 由香农定理知，信道带宽与信道容量之间的关系为： C=Wlog2(1+S/N) （bps） .(1) 式中C为信道容量，W为信道宽度，N为噪声功率，S为信号功率，S/N表示信噪比。 由(1)可知，可通过提高信道带宽和信噪比两方式来提高信道容量。 目前可供选择的支持高速网络应用的双绞线有5类、超5类、和6类，其最大带宽分别为100MHZ、100MHZ和200MHZ。由于千兆网双绞线的布线标准802.3ab是基于使用4对5类UTP制定的，而5类UTP的带宽范围为1/100MHZ。因此，仅从带宽角度而言，选则5类双绞线即可满足千兆网应用的要求。 再从信噪比的角度来考虑。千兆网需同时使用UTP的四对电缆进行高速并行数据传输，信号和噪声分别线缆的下列特性参数有关，这些参数是： 衰减(Attenuation)：指信号沿链路传输的减弱。 回波损耗(RL)：由于线缆特性阻抗和链路接插件阻抗偏离标准值而导致的对发送信号功率的反射。 近端串扰损耗(NEXT)：类似于噪音，是从相邻的一对线上传过来的干扰信号。这种串扰信号是由于UTP中邻近的绕对通过电容或电感偶合过来的。 相邻线对综合串扰(Power sum)：指在使用UTP四对线对同时传输数据的环境下，其它三对线上的工作信号对另一对线线间串扰总和。设发送信号为T，上述四个特性参数分别用A、R、NE、P表示，则： Singal(f)=f1(T、A) .(2) Noise(f)=f2(R、NE、P) .(3) 式(2)和(3)分别表示接收信号和噪音,两式中的参数A、R、NE、P均为频率f的函数。因此得到下列计算信噪比的两个公式： 由这两个公式知，要提高信噪比，就要选择A、R、N、P 等各项参数优良的UTP来提高S，降低N。类别越高的UTP，上述各项参数离标准规定的极限值的富余量就越多，其性能越优良。由于5类UTP的部分参数受施工质量或环境的影响大，往往达不到布线标准的要求，超5类UTP改进了5类UTP的上述缺陷。因此，超五类及六类UTP可以满足信噪的要求。由于六类UTP的性能忧于超五类，且六类UTP还能满足将来更高速的网络应用，因此，在目前情况下应首选六类UTP及其配套的接、插件。 3、测试 测试是保证布线链路性能的重要手段，不能用网络调试来检验链路的性能。 3.1 测试的标准 布线系统的测试标准随着网络技术的发展而不断地变化。先后使用过的标准有： TSB-67现场测试标准、TSB95现场测试标准、TIA-568-A-5-2000超五类线的千兆网测试标准、GB/T 50312-2000 建筑与建筑群综合布线系统工程验收规范。 2001年通过的TIA-568-B标准，集合了TIA/EIA-568-A、TSB 72、75、95等标准的内容，成为新的布线和测试标准。该标准放弃了原测试标准中的基本链路方式(Basiclink)而采用永久链路连接方式。 永久链路模型消除了链路两端连接测试仪和被测电路的测试连接线对电路测试结果的影响，使得按照该模型进行测试并且通过了测试，那么使用原厂家的合格的用户连接线并连好网络设备就可以得到合格的链路，并可以直接投入使用。 3.2 测试参数及其物理意义 除了2.2中已经介绍的几个参数外，还要对下列参数测试进行测试： 近端串扰与衰减差(ACR):是指近端串扰损耗与衰减的差值。 是线对上信噪比的一种形式。ACR=0表明在该线对上传输的信号将被噪音淹没。 传输延迟和延迟偏差(Propagation delay & delay skew):传输延迟指的是当电信号延电缆传输时的时间延迟。一个电缆绕对的延迟决定于绕队的长度、缠绕率和电特性。同一UTP电缆中的各绕对由于缠绕数和每一绕队的电特性的不同而导致各绕对的传输延迟稍有差异，各绕对之间的延迟差异就是延迟偏差。延迟偏差对于以多线对电缆同时传输数据的高速并行数据传输网络是一个非常重要的参数，如果绕对之间的延迟偏差过大，就会失去比特传输的同步性，接收到的数据就不能被正确地重组。 特性阻抗(Characteristic Impedance):是指电缆无限长时该电缆所具有的阻抗。阻抗是阻止交流电流通过一种电阻。一条电缆的特性阻抗是由电缆的电导率、电容以及阻值组合后的综合特性。这些参数是由诸如导体尺寸、导体间的距离以及电缆绝缘材料特性等物理参数决定的。正常的物理运行依靠整个系统电缆与连接器件具有的恒定的特性阻抗。特性阻抗的突变或特性阻抗异常，会造成信号反射，从而会引起网络电缆中的传输信号畸变并导致网络出错。常用UTP的特性阻抗为100(。 近端串扰损耗(NEXT): 近端串扰是指处于某侧的发送线对对同侧相邻的另一对线通过电磁感应所产生的偶合信号。近端串绕损耗NEXT就是近端串扰值和导致该串扰值的另一对线上的发送信号之差值。近端串绕与线缆的类别、连接方式、频率值有关。 在所有的网络运行特性中，串扰值对网络的性能影响是最大的。 近端串扰与衰减差(ACR):是指近端串扰损耗与衰减的差值。 ACR(dB)=NEXT(dB)- A(dB) ACR是一个十分重要的物理量，是线对上信噪比的一种形式。ACR=0表明在该线对上传输的信号将被噪音淹没，因此，对应ACR=0的频率点越高越好。高的ACR值意味着接收信号大于串扰。 等电平远端串扰(ELFEXT):由于五类线采用全双工并行方式来传输数据，远端的串扰也会对信号造成影响，因此必须在远端点测量可感应到的串扰信号，这就是FEXT值的测量。可是由于线路中信号的衰减，使得远端点发送的信号强度太弱，以至于所测量到的FEXT值不是真实的远端串扰值，因此需要用测量到的FEXT值减去线路的衰减值，以得到所谓的ELFEXT值。 ELFEXT=FEXT- A (A为接收线对的传输衰减) 综合等电平远端串扰(Power sum ELFEXT):远端串扰则是指能量被耦合到与传输信号的线对相邻的线对的远端(远离信号发送端)的能量耦合。在千兆以太网中，所有的线对都被用来传输信号，每个线对都会受到其他线对的干扰，因此远端串扰必须进行功率加总，从而获得对于能量耦合的真实描述。 特性阻抗(Characteristic Impedance):是指电缆无限长时该电缆所具有的阻抗。一条电缆的特性阻抗是由电缆的电导率、电容以及阻值组合后的综合特性。这些参数是由诸如导体尺寸、导体间的距离以及电缆绝缘材料特性等物理参数决定的。正常的物理运行依靠整个系统电缆与连接器件具有的恒定的特性阻抗。特性阻抗的突变或特性阻抗异常，会造成信号反射，从而会引起网络电缆中的传输信号畸变并导致网络出错。常用UTP的特性阻抗为100(。 表1 6类永久链路部分测试参数的参考值 参数(dB) NEXT ATTN RL ACR ELFEXT PS PS PS 频率(MHZ) NEXT ACR ELFEXT100 41.8 18.5 14.0 23.4 24.2 39.3 20.8 21.2 125 40.3 20.9 13.0 19.4 22.2 37.7 16.8 19.3 200 36.9 27.1 11.0 9.9 18.2 34.3 7.2 15.2