【正文】 CCNP 交換篇 Cisco 交換機(jī)集群技術(shù) 對(duì)于交換機(jī)之間的連接，比較熟悉的應(yīng)該有兩種：一、是堆疊，二、是級(jí)連。對(duì)于級(jí)連的方式比較容易造成交換機(jī)之間的瓶頸，而雖然堆疊技術(shù)可以增加背板速率，能夠消除交換機(jī)之間連接的瓶頸問(wèn)題，但是，受到距離等的限制很大，而且對(duì)交換機(jī)數(shù)量的限制也比較嚴(yán)格。 Cisco 公司推出的交換機(jī)集群技術(shù)，可以看成是堆疊和級(jí)連技術(shù)的綜合。這種技術(shù)可以將分布在不同地理范圍內(nèi)的交換機(jī)邏輯地組合到一起，可以進(jìn)行統(tǒng)一的管理。具體的實(shí)現(xiàn)方式就是在集群之中選出一個(gè) Commander，而其他的交換機(jī)處于 從屬地位，由 Commander 統(tǒng)一管理。對(duì)于新的 Catalyst 3500 XL 系列中的 Catalyst 3512XL、 Catalyst 3524XL 和 Catalyst 3508G XL 三個(gè)型號(hào)均可以成為 Commander，而對(duì)于被管理者 2900 和 1900系列均可以加入交換機(jī)集群，使用 Cisco 最新的交換集群技術(shù)將傳統(tǒng)的堆疊技術(shù)提高到新的水平。據(jù)說(shuō)對(duì)于 2900XL系列也可以成為 Commander。 該系列產(chǎn)品面向中型企事業(yè)單位，在提供高性能和低成本的同時(shí)，降低了復(fù)雜度，并易于集成到已有的網(wǎng)絡(luò)上。它允許 網(wǎng)絡(luò)管理員使用標(biāo)準(zhǔn)的 Web 測(cè)覽器。通過(guò)單一的 IP 地址從 網(wǎng)絡(luò)上的任何地方管理地理上分散的交換機(jī)。 具體舉例如下： 假設(shè)網(wǎng)絡(luò)中心采用 Cisco 的 Catalyst 6506 交換機(jī)，而集群的 Commander 采用 Catalyst 3508 GXL 在集群的 Commander 與中心交換機(jī)之間，可以通過(guò)千兆連接或者通過(guò) GEC 實(shí)現(xiàn) 4 千兆的連接，而在集群內(nèi)部采用 3500、 2900、 1900 的組合，之間通過(guò) FEC等方式相連接。然后為集群分配獨(dú)立的 Ip 地址就可以對(duì)整個(gè)集群進(jìn)行管理了。 交換機(jī)集群技術(shù)最多支 持 16 臺(tái)交換機(jī)，可以提供多達(dá) 16*48 個(gè)端口。 交換機(jī)背板帶寬 背板帶寬，是交換機(jī)接口處理器或接口卡和數(shù)據(jù)總線間所能吞吐的最大數(shù)據(jù)量。一臺(tái)交換機(jī)的背板帶寬越高，所能處理數(shù)據(jù)的能力就越強(qiáng)，但同時(shí)設(shè)計(jì)成本也會(huì)上去。 但是，我們?nèi)绾稳タ疾煲粋€(gè)交換機(jī)的背板帶寬是否夠用呢？顯然，通過(guò)估算的方法是沒(méi)有用的，我認(rèn)為應(yīng)該從兩個(gè)方面來(lái)考慮： ）所有端口容量 X 端口數(shù)量之和的 2 倍應(yīng)該小于背板帶寬，可實(shí)現(xiàn)全雙工無(wú)阻塞交換，證明交換機(jī)具有發(fā)揮最大數(shù)據(jù)交換性能的條件。 ）滿配置吞吐量 (Mpps)=滿配置 GE端口數(shù) 其中 1個(gè)千兆端口在包長(zhǎng)為 64 字節(jié)時(shí)的理論吞吐量為 。例如，一臺(tái)最多可以提供 64 個(gè)千兆端口的交換機(jī)，其滿配置吞吐量應(yīng)達(dá)到 64 = ，才能夠確保在所有端口均線速工作時(shí)，提供無(wú)阻塞的包交換。如果一臺(tái)交換機(jī)最多能夠提供 176個(gè)千兆端口，而宣稱的吞吐量為不到(176 x = )，那么用戶有理由認(rèn)為該交換機(jī)采用的是有阻塞的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 一般是兩者都滿足的交換機(jī)才是合格的交換機(jī)。 背板相對(duì)大，吞吐量 相對(duì)小的交換機(jī)，除了保留了升級(jí)擴(kuò)展的能力外就是軟件效率 /專用芯片電路設(shè)計(jì)有問(wèn)題；背板相對(duì)小。吞吐量相對(duì)大的交換機(jī)，整體性能比較高。不過(guò)背板帶寬是可以相信廠家的宣傳的，可吞吐量是無(wú)法相信廠家的宣傳的，因?yàn)楹笳呤莻€(gè)設(shè)計(jì)值，測(cè)試很困難的并且意義不是很大。 交換機(jī)的背版速率一般是： Mbps,指的是第二層，對(duì)于三層以上的交換才采用 Mpps 三層交換機(jī)與路由器的比較 為了適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用深化帶來(lái)的挑戰(zhàn)，網(wǎng)絡(luò)在規(guī)模和速度方向都在急劇發(fā)展，局域網(wǎng)的速度已從最初的 10Mbit/s 提高到 100Mbit/s，目前千兆以太 網(wǎng)技術(shù)已得到普遍應(yīng)用。在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)方面也從早期的共享介質(zhì)的局域網(wǎng)發(fā)展到目前的交換式局域網(wǎng)。交換式局域網(wǎng)技術(shù)使專用的帶寬為用戶所獨(dú)享，極大的提高了局域網(wǎng)傳輸?shù)男??？梢哉f(shuō)，在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集成的技術(shù)中，直接面向用戶的第一層接口和第二層交換技術(shù)方面已得到令人滿意的答案。但是，作為網(wǎng)絡(luò)核心、起到網(wǎng)間互連作用的路由器技術(shù)卻沒(méi)有質(zhì)的突破。在這種情況下，一各新的路由技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，這就是第三層交換技術(shù)：說(shuō)它是路由器，因?yàn)樗刹僮髟诰W(wǎng)絡(luò)協(xié)議的第三層，是一種路由理解設(shè)備并可起到路由決定的作用；說(shuō)它是交換器，是因?yàn)樗乃俣葮O快，幾乎達(dá) 到第二層交換的速度。二層交換機(jī)、三層交換機(jī)和路由器這三種技術(shù)究竟誰(shuí)優(yōu)誰(shuí)劣，它們各自適用在什么環(huán)境？為了解答這問(wèn)題，我們先從這三種技術(shù)的工作原理入手 二層交換機(jī)是數(shù)據(jù)鏈路層的設(shè)備，它能夠讀取數(shù)據(jù)包中的 MAC 地址信息并根據(jù) MAC 地址來(lái)進(jìn)行交換。交換機(jī)內(nèi)部有一個(gè)地址表，這個(gè)地址表標(biāo)明了 MAC 地址和交換機(jī)端口的對(duì)應(yīng)關(guān)系。當(dāng)交換機(jī)從某個(gè)端口收到一個(gè)數(shù)據(jù)包，它首先讀取包頭中的源 MAC 地址，這樣它就知道源 MAC 地址的機(jī)器是連在哪個(gè)端口上的，它再去讀取包頭中的目的 MAC 地址，并在地址表中查找相應(yīng)的端 口，如果表中有與這目的 MAC 地址對(duì)應(yīng)的端口，則把數(shù)據(jù)包直接復(fù)制到這端口上，如果在表中找不到相應(yīng)的端口則把數(shù)據(jù)包廣播到所有端口上，當(dāng)目的機(jī)器對(duì)源機(jī)器回應(yīng)時(shí)，交換機(jī)又可以學(xué)習(xí)一目的 MAC 地址與哪個(gè)端口對(duì)應(yīng)，在下次傳送數(shù)據(jù)時(shí)就不再需要對(duì)所有端口進(jìn)行廣播了。二層交換機(jī)就是這樣建立和維護(hù)它自己的地址表。由于二層交換機(jī)一般具有很寬的交換總線帶寬，所以可以同時(shí)為很多端口進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。如果二層交換機(jī)有 N 個(gè)端口，每個(gè)端口的帶寬是 M，而它的交換機(jī)總線帶寬超過(guò) N M，那么這交換機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)線速交換。二層交換機(jī)對(duì)廣播包是不做限制的 ，把廣播包復(fù)制到所有端口上。 二層交換機(jī)一般都含有專門用于處理數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)的 ASIC （ Application specific Integrated Circuit）芯片，因此轉(zhuǎn)發(fā)速度可以做到非常快。 路由器是在 OSI 七層網(wǎng)絡(luò)模型中的第三層 —— 網(wǎng)絡(luò)層操作的。路由器內(nèi)部有一個(gè)路由表，這表標(biāo)明了如果要去某個(gè)地方，下一步應(yīng)該往哪走。路由器從某個(gè)端口收到一個(gè)數(shù)據(jù)包，它首先把鏈路層的包頭去掉（拆包），讀取目的 IP 地址，然后查找路由表，若能確定下一步往哪送，則再加上鏈路層的包頭（打包），把該數(shù)據(jù)包 轉(zhuǎn)發(fā)出去；如果不能確定下一步的地址，則向源地址返回一個(gè)信息，并把這個(gè)數(shù)據(jù)包丟掉。 路由技術(shù)和二層交換看起來(lái)有點(diǎn)相似，其實(shí)路由和交換之間的主要區(qū)別就是交換發(fā)生在 OSI參考模型的第二層（數(shù)據(jù)鏈路層），而路由發(fā)生在第三層。這一區(qū)別決定了路由和交換在傳送數(shù)據(jù)的過(guò)程中需要使用不同的控制信息，所以兩者實(shí)現(xiàn)各自功能的方式是不同的。 路由技術(shù)其實(shí)是由兩項(xiàng)最基本的活動(dòng)組成，即決定最優(yōu)路徑和傳輸數(shù)據(jù)包。其中，數(shù)據(jù)包的傳輸相對(duì)較為簡(jiǎn)單和直接，而路由的確定則更加復(fù)雜一些。路由算法在路由表中寫入各種不同的信息，路由器會(huì)根據(jù)數(shù)據(jù)包所要 到達(dá)的目的地選擇最佳路徑把數(shù)據(jù)包發(fā)送到可以到達(dá)該目的地的下一臺(tái)路由器處。當(dāng)下一臺(tái)路由器接收到該數(shù)據(jù)包時(shí)，也會(huì)查看其目標(biāo)地址，并使用合適的路徑繼續(xù)傳送給后面的路由器。依次類推，直到數(shù)據(jù)包到達(dá)最終目的地。 路由器之間可以進(jìn)行相互通訊，而且可以通過(guò)傳送不同類型的信息維護(hù)各自的路由表。路由更新信息主是這樣一種信息，一般是由部分或全部路由表組成。通過(guò)分析其它路由器發(fā)出的路由更新信息，路由器可以掌握整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。鏈路狀態(tài)廣播是另外一種在路由器之間傳遞的信息，它可以把信息發(fā)送方的鏈路狀態(tài)及進(jìn)的通知給其它路由器。 一個(gè)具有第三層交換功能的設(shè)備是一個(gè)帶有第三層路由功能的第二層交換機(jī)，但它是二者的有機(jī)結(jié)合，并不是簡(jiǎn)單的把路由器設(shè)備的硬件及軟件簡(jiǎn)單地疊加在局域網(wǎng)交換機(jī)上。 從硬件上看，第二層交換機(jī)的接口模塊都是通過(guò)高速背板 /總線（速率可高達(dá)幾十 Gbit/s）交換數(shù)據(jù)的，在第三層交換機(jī)中，與路由器有關(guān)的第三層路由硬件模塊也插接在高速背板 /總線上，這種方式使得路由模塊可以與需要路由的其他模塊間高速的交換數(shù)據(jù)，從而突破了傳統(tǒng)的外接路由器接口速率的限制。在軟件方面，第三層交換機(jī)也有重大的舉措，它將傳統(tǒng)的基 于軟件的路由器軟件進(jìn)行了界定，其做法是： 對(duì)于數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)：如 IP/IPX 包的轉(zhuǎn)發(fā)，這些規(guī)律的過(guò)程通過(guò)硬件得以高速實(shí)現(xiàn)。 對(duì)于第三層路由軟件：如路由信息的更新、路由表維護(hù)、路由計(jì)算、路由的確定等功能，用優(yōu)化、高效的軟件實(shí)現(xiàn)。 假設(shè)兩個(gè)使用 IP 協(xié)議的機(jī)器通過(guò)第三層交換機(jī)進(jìn)行通信的過(guò)程，機(jī)器 A在開始發(fā)送時(shí)，已知目的 IP 地址，但尚不知道在局域網(wǎng)上發(fā)送所需要的 MAC 地址。要采用地址解析（ ARP）來(lái)確定目的 MAC 地址。機(jī)器 A把自己的 IP 地址與目的 IP 地址比較，從其軟件中配置的子網(wǎng)掩碼提取出網(wǎng)絡(luò)地址來(lái)確定目的機(jī)器是 否與自己在同一子網(wǎng)內(nèi)。若目的機(jī)器 B 與機(jī)器 A在同一子網(wǎng)內(nèi)， A 廣播一個(gè) ARP 請(qǐng)求， B 返回其 MAC 地址， A 得到目的機(jī)器 B 的 MAC地址后將這一地址緩存起來(lái)，并用此 MAC 地址封包轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，第二層交換模塊查找 MAC地址表確定將數(shù)據(jù)包發(fā)向目的端口。若兩個(gè)機(jī)器不在同一子網(wǎng)內(nèi)，如發(fā)送機(jī)器 A 要與目的機(jī)器 C 通信，發(fā)送機(jī)器 A 要向“缺省網(wǎng)關(guān)”發(fā)出 ARP 包，而“缺省網(wǎng)關(guān)”的 IP 地址已經(jīng)在系統(tǒng)軟件中設(shè)置。這個(gè) IP 地址實(shí)際上對(duì)應(yīng)第三層交換機(jī)的第三層交換模塊。所以當(dāng)發(fā)送機(jī)器 A 對(duì)“缺省網(wǎng)關(guān)”的 IP 地址廣播出一個(gè) ARP 請(qǐng)求時(shí)，若第三層交換模塊在 以往的通信過(guò)程中已得到目的機(jī)器 C 的 MAC 地址，則向發(fā)送機(jī)器 A 回復(fù) C 的 MAC 地址；否則第三層交換模塊根據(jù)路由信息向目的機(jī)器廣播一個(gè) ARP 請(qǐng)求，目的機(jī)器 C 得到此 ARP 請(qǐng)示后向第三層交換模塊回復(fù)其 MAC 地址，第三層交換模塊保存此地址并回復(fù)給發(fā)送機(jī)器 A。以后，當(dāng)再進(jìn)行 A 與 C 之間數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)進(jìn)，將用最終的目的機(jī)器的 MAC 地址封裝，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程全部交給第二層交換處理，信息得以高速交換。既所謂的一次選路，多次交換。 第三層交換具有以下突出特點(diǎn)： 有機(jī)的硬件結(jié)合使得數(shù)據(jù)交換加速； 優(yōu)化的路由軟件使 得路由過(guò)程效率 提高； 除了必要的路由決定過(guò)程外，大部分?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程由第二層交換處理； 多個(gè)子網(wǎng)互連時(shí)只是與第三層交換模塊的邏輯連接，不象傳統(tǒng)的外接路由器那樣需增加端口，保護(hù)了用戶的投資。 可以看出，二層交換機(jī)主要用在小型局域網(wǎng)中，機(jī)器數(shù)量在二、三十臺(tái)以下，這樣的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，廣播包影響不大，二層交換機(jī)的快速交換功能、多個(gè)接入端口和低謙價(jià)格為小型網(wǎng)絡(luò)用戶提供了很完善的解決方案。在這種小型網(wǎng)絡(luò)中根本沒(méi)必要引入路由功能從而增加管理的難度和費(fèi)用，所以沒(méi)有必要使用路由器，當(dāng)然也沒(méi)有必要使用三層 交換機(jī)。 三層交換機(jī)是為 IP 設(shè)計(jì)的，接口類型簡(jiǎn)單，擁有很強(qiáng)二層包處理能力，所以適用于大型局域網(wǎng)，為了減小廣播風(fēng)暴的危害，必須把大型局域網(wǎng)按功能或地域等因素劃他成一個(gè)一個(gè)的小局域網(wǎng)，也就是一個(gè)一個(gè)的小網(wǎng)段，這樣必然導(dǎo)致不同網(wǎng)段這間存在大量的互訪，單純使用二層交換機(jī)沒(méi)辦法實(shí)現(xiàn)網(wǎng)間的互訪而單純使用路由器，則由于端口數(shù)量有限，路由速度較慢，而限制了網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模和訪問(wèn)速度，所以這種環(huán)境下，由二層交換技術(shù)和路由技術(shù)有機(jī)結(jié)合而成的三層交換機(jī)就最為適合。 路由器端口類型多，支持的三層協(xié)議多，路由能力強(qiáng)，所以適 合于在大型網(wǎng)絡(luò)之間的互連，雖然不少三層交換機(jī)甚至二層交換機(jī)都有異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)的互連端口，但一般大型網(wǎng)絡(luò)的互連端口不多，互連設(shè)備的主要功能不在于在端口之間進(jìn)行快速交換，而是要選擇最佳路徑，進(jìn)行負(fù)載分擔(dān)，鏈路備份和最重要的與其它網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行路由信息交換，所有這些都是路由完成的功能。在這種情況下，自然不可能使用二層交換機(jī)，但是否使用三層交換機(jī)，則視具體情況而下。影響的因素主要有網(wǎng)絡(luò)流量、響應(yīng)速度要求和投資預(yù)算等。三層交換機(jī)的最重要目的是加快大型局域網(wǎng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)交換，揉合進(jìn)去的路由功能也是為這目的服務(wù)的，所以它的路由功能沒(méi)有 同一檔次的專業(yè)路由器強(qiáng)。在網(wǎng)絡(luò)流量很大的情況下，如果三層交換機(jī)既做網(wǎng)內(nèi)的交換，又做網(wǎng)間的路由，必然會(huì)大大加重了它的負(fù)擔(dān)，影響響應(yīng)速度。在網(wǎng)絡(luò)流量很大，但又要求響應(yīng)速度很高的情況下由三層交換機(jī)做網(wǎng)內(nèi)的交換，由路由器專門負(fù)責(zé)網(wǎng)間的路由工作，這樣可以充分發(fā)揮不同設(shè)備的優(yōu)勢(shì)，是一個(gè)很好的配合。當(dāng)然，如果受到投資預(yù)算的限制，由三層交換機(jī)兼做網(wǎng)間互連，也是個(gè)不錯(cuò)的選擇。 低端交換機(jī)的選購(gòu) 當(dāng)前，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上的低端交換機(jī)產(chǎn)品涵蓋了從思科等國(guó)外網(wǎng)絡(luò)巨頭到華為、 TCL 等國(guó)內(nèi)廠商的眾多品牌，價(jià)格也自平均每端口 50 元左右到數(shù) 百、上千元不等，選擇余地極大。因此，如何選擇一臺(tái)適用的交換機(jī)產(chǎn)品就成為不少用戶面臨的一大難題。尤其是低端交換機(jī)產(chǎn)品主要面向小型商業(yè)和家庭用戶，而這些用戶通常又不具備專業(yè)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)人員，因此選擇的難度更大一些。