第 3 章 交换机的参数与选择

主讲人 王毅

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交换机的主要参数

交换机的选择策略

本课内容

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重点重点二层和三层交换机的主要参数核心层、汇聚层、接入层和网管交换机的选择策略

难点难点二层和三层交换机的主要参数核心层、汇聚层、接入层和网管交换机的选择策略

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第 3 章 交换机的参数与选择

就像梁桥、拱桥、斜拉桥、悬索桥、立交桥等既功能相似，又各有其不同的特点和用途一样，交换机的种类非常之多，不仅彼此之间的性能差异较大，而且各自拥有不同的特点，分别适用于不同的场合。因此，必须根据实际环境和应用需要进行合理的选择。

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3.1 交换机的主要参数

3.1.1 三层交换机的主要参数

1. 转发速率2. 背板带宽3. 可扩展性4. 系统冗余

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1. 转发速率 对于千兆交换机而言，若欲实现网络的无阻塞传输，要求：吞吐量（ Mpps ） = 万兆端口数量×14.88Mpps+ 千兆端口数量×1.488Mpps+ 百兆端口数量*0.1488Mpps 如果交换机标称的吞吐量大于或等于计算值，那么，在三层交换时应当可以达到线速。其中， 1 个千兆端口在包长为 64 字节时的理论吞吐量为 1.488 Mpps ， 1 个百兆端口在包长为64 字节时的理论吞吐量为 0.1488 Mpps 。

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1. 转发速率 事实上，包转发线速的衡量标准是以单位时间内发送 64byte 的数据包（最小包）的个数作为计算基准的。以千兆以太网端口为例，其计算方法如下： 1 000 000 000 bps/ 8bit / （ 64 ＋ 8 ＋ 12 ） byte = 1 488 095pps当以太网帧为 64byte 时，需考虑 8byte 的帧头和 12byte 的帧间隙的固定开销。由此可见，线速的千兆以太网端口的包转发率为1.488Mpps 。而快速以太网的线速端口包转发率，则为千兆以太网的十分之一，即0.1488Mpps 。

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例如，对于一台拥有 24 个千兆端口的交换机而言，其满配置吞吐量应达到 8×1.488Mpps = 35.71Mpps ，才能够确保在所有端口均线速工作时，实现无阻塞的包交换。同样，如果一台交换机最多能够提供 176 个千兆端口，那么，其吞吐量至少应当为 261.8Mpps （ 176 x 1.488Mpps = 261.8 ），才是真正的无阻塞结构设计。

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下图为充当中小型网络核心层的 Cisco Catalyst 4500 系列交换机，依据所采用超级引擎的不同，其转发速率分别为 48Mpps 、 75Mpps 和 102Mpps 。对于 Cisco Catalyst 4510R 而言，尽管最多可以支持 384 个 1000Mbps 端口和 2 个 10Gbps 端口，但是，若欲实现线速转发，其端口组合应当为 2 个10Gbps 端口 +48 个 1000Mbps 端口；或者 68 个1000Mbps 端口。

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下图为用于充当大中型网络核心层的 Cisco 6500系列交换机，依据所采用的超级引擎不同，其最大转发速率分别为 15 Mpps 、 210 Mpps 和 400 Mpps 。以 Cisco 6509 为例，尽管最多可以支持 32 个10Gbps 端口或 386 个 1000Mbps 端口，但是，即使采用性能最好的超级引擎 Supervisor Engine 720 ， 400Mbps 的转发速率也只能支持 26 个10Gbps 端口，或者 268 个 1000Mbps 端口的线速转发。

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2. 背板带宽

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，就像是立交桥所拥有的车道的总和。由于所有端口间的通讯都需要通过背板完成，所以，背板所能提供的带宽，就成为端口间并发通讯时的瓶颈。带宽越大，提供给各端口的可用带宽越大，数据交换速度越快。即背板带宽决定着交换机的数据处理能力，背板带宽越高，所能处理数据的能力就越强。因此背板带宽越大越好，特别是对那些汇聚层交换机和中心交换机而言。若欲实现网络的双全工无阻塞传输，必须满足最小背板带宽的要求。

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2. 背板带宽

背板带宽计算公式如下：背板带宽 = 端口数量 *端口速率 *2 Cisco Catalyst 6500 系列交换机依据插槽数量的不同，其背板带宽分别为32Gbps 、 256Gbps 和 720Gbps 。根据上述公式计算， 256Gbps 的背板只能满足 128 个 1000Mbps 端口的无阻塞并发传输。同理，由于 Cisco Catalyst 4506 系列交换机的背板带宽仅为 64Gbps ，因此，也就只能满足 32 个 1000Mbps 端口的无阻塞并发传输 。

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3. 可扩展性

由于三层交换机往往充当核心层或汇聚层交换机，需要适应各种复杂的网络环境，因此，其可扩展性就显得尤其重要。可扩展性应当包括两个方面：

插槽数量：插槽用于安装各种功能模块和接口模块。由于每个接口模块所提供的端口数量是一定的，因此，插槽数量也就从根本上决定着交换机所能容纳的端口数量。另外，所有功能模块（如超级引擎模块、 IP语音模块、扩展服务模块、网络监控模块、安全服务模块等）都需要占用一个插槽，因此，插槽数量也就从根本上决定着交换机的可扩展性

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3. 可扩展性

模块类型：毫无疑问，支持的模块类型（如 LAN 接口模块、 WAN 接口模块、 ATM 接口模块、扩展功能模块等）越多，交换机的可扩展性越强。仅以局域网接口模块为例，就应当包括 RJ-45模块、 GBIC （ Giga Bitrate Interface Converter ）模块、 SFP （ Small Form Pluggable ）模块、 10Gbps模块等等，以适应大中型网络中复杂环境和网络应用的需求。

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如图所示 Cisco Catalyst 6513 交换机拥有 13 个插槽，并且支持的模块类型有几十款，具有非常大的可扩展性，可适用于各种复杂的网络环境，并可满足各种网络应用需求，因此，非常适宜充当大中型网络中的核心交换机。

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4. 系统冗余

第三层交换机作为网络核心或骨干，其工作状态的稳定性直接决定着网络的稳定性，而部件的物理损坏又是无法绝对避免的，因此，交换机系统的部件冗余就显得尤其重要。通常情况下，电源模块、超级引擎等重要部件都必须提供冗余支持，从而保证所提供应用和服务的连续性，减少关键业务数据和服务的中断。 Cisco Catalyst 6507R 交换机就提供了电源模块和超级引擎的冗余。

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Cisco Catalyst 6507R 交换机

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5. 管理功能

交换机的管理功能（ Management ）是指交换机如何控制用户访问交换机，以及用户对交换机的可视程度如何。三层交换机必须支持 SNMP协议，并且提供友好的设备管理界面。除了可以由厂商提供的网管软件管理外，还必须能够被第三方管理软件进行远程管理，实现与其他网络设备的统一管理，降低管理成本、减化管理操作。如图 Catalyst 4506 交换机远程管理页面。

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Catalyst 4506 交换机远程管理页面

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3.1.2 二层交换机的主要参数

1. 端口类型2. 端口速率3. 延时4. MAC地址数5. VLAN表项6. 延扩方式7. 链路汇聚8. 管理功能

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1. 端口类型 交换机常见的端口有 4 种类型，即光纤端口、双绞线端口、 GBIC插槽或 SFP插槽。

2. 端口速率 从端口速率看，主要有 100Mbps 和1000Mbps两种。常见的搭配形式有n*10/100Mbps 、 n*1000Mbps+m*100Mbps 和 n*1000Mbps 三种。

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n*100Mbps 交换机

N*1000Mbps+m*100Mbps 交换机

N*1000Mbps 交换机

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交换机延时（ Latency ）也称延迟时间，是指从交换机接收到数据包到开始向目的端口复制数据包之间的时间间隔，所采用的转发技术等因素均会影响延时。延时越小，数据的传输速率越快，网络的效率也就越高。特别是对于多媒体网络而言，较大的数据延迟，往往导致多媒体的短暂中断，所以，交

换机的延迟时间越小越好。

3. 延时

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4. MAC地址数

不同交换机每个端口所能够支持的 MAC数量不同。在交换机的每个端口，都有足够内存（ Buffer ）记忆多个 MAC地址，从而“记住”该端口所连接站点的情况。

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5. VLAN表项

VLAN 的主要作用有两点，一是将大的网络划分为若干小的子网络，从而减少广播提高网络传输效率；二是提高网络安全性，控制用户对某个子网络的访问，有效地保护敏感数据。

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6. 延扩方式交换机扩展端口听方式有两种，一是级联，二是堆叠。

Cisco Catalyst 2950/2960 系列、Catalyst 3550/3560 系列和Catalyst 3750 系列交换机，都是既支持级联又支持堆叠。

27Cisco Catalyst 3560 系列交换机

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链路汇聚技术是将多台设备之间的多条物理链路捆绑为一个逻辑链路，使得该逻辑链路的容量为所有物理链路的容量之和。同时，当其中一条物理链路中断时，整个逻辑链路不会中断，大大地提高了网络连接的可靠性。

7. 链路汇聚

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8. 管理功能 应用于大中型网络中的交换机应当都拥有管理功能，并且能够被第三方管理软件所管理。可网管交换机借助如 VLAN 、扩展树、 QoS 、端口聚合等，用于实现广播域的划分、冗余链路的智能选择、服务质量控制，以及将若干端口绑定在一起从而成倍地增加网络带宽，从而适应大中型网络对网络安全、网络应用、网络控制和网络管理的需要。

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8. 管理功能 应用于大中型网络中的交换机应当都拥有管理功能，并且能够被第三方管理软件所管理。可网管交换机借助如VLAN 、扩展树、 QoS 、端口聚合等，用于实现广播域的划分、冗余链路的智能选择、服务质量控制，以及将若干端口绑定在一起从而成倍地增加网络带宽，从而适应大中型网络对网络安全、网络应用、网络控制和网络管理的需要。

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3.2 交换机的选择策略

3.2.1 核心交换机的选择

1. 扩展能力2. 性能参数3. VLAN 支持4. 三层交换5. 四层交换6. 模块冗余7. 链路冗余

选择核心层交换机时，应当注重考察以下几个参数：

7. 链路冗余8. 路由冗余9. 路由表项10. 路由协议11. QoS12. 安全性能13. 技术潜力

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冗余模块

模块冗余

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虚拟路由冗余协议

热备份路由协议

路由冗余

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Cisco Catalyst 交换机认证方式设置页面

安全性能

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3.2.2 汇聚层交换机的选择

选择汇聚层交换机时，应当注重考察以下几个参数：

1. 背板带宽2. 三层交换4. 端口类型3. 链路汇聚

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1. 背板带宽

背板带宽作为交换机的重要参数之一，决定着是否能否实现二层交换的线速转发。对于一些规模较小的网络而言，汇聚层往往采用二层交换机，其主要作用就是将接入层交换机的数据转发至核心交换机，因此，判断交换机能否胜任其工作，主要考察的性能参数就是其背板带宽。

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1. 背板带宽 例如， Cisco Catalyst 3560G 系列有 4款产品，分别 Catalyst 3560G-48TS 、 Catalyst 3560G-48PS 、 Catalyst 3560G-24TS 和Catalyst 3560G-24PS ，分别拥有 48 或24 个 10/100/1000Mbps 端口和 4 个基于SFP 的千兆以太网端口，合计有 42 或 28 个1000Mbps 端口，而其背板带宽为 32Gbps ，因此，对于 Catalyst 3560G-24TS 和Catalyst 3560G-24PS 而言，基本上可以满足线速交换的需要。但是，对于 Catalyst 3560G-48TS 、 Catalyst 3560G-48PS而言，则背板带宽显然有些捉襟见肘。

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Cisco Catalyst 3560G 交换机

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2. 三层交换汇聚采用三层交换机

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3.2.3 接入层交换机的选择

选择接入层交换机时，应当注重考察以下几个参数：1. 端口类型2. 延扩方式3. 网络管理

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3.2.4 可网管交换机的选择

1. 可网管交换机的特点（ 1 ）提高网络稳定性（ 2 ）提高网络安全性（ 3 ）提高网络传输效率（ 4 ）支持复杂网络应用（ 5 ）支持远程监视与管理

2. 可网管交换机的应用（ 1 ）中心交换机（ 2 ）汇聚层交换机（ 3 ）重要的工作组交换机

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可网管交换机在网络中的应用

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3. 选购时应当考虑的问题

选购可网管交换机时应当考虑的问题：（ 1 ）所处位置 （ 2 ）网络应用（ 3 ）所处环境 （ 4 ）设备兼容性（ 5 ）设备性能

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本课小结

交换机的主要参数

交换机的选择策略

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作业

1.请分别计算一个普通 10/100Mbps 、 24口交换机的转发速率和最低背板带宽是多少。

2.请简三层交换机的主要参数有哪些。3.某大型企业需要购置两台核心交换机，请予技术指导应从哪些方面来进行选择。

谢谢！