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  • 交换机结构

    2013-07-07 14:39:30
    局域网交换机卓越的性能表现,来源于其内部独特的技术结构。而不同的交换模式或不同的交换类型,也跟局域网交换机内部结构密不可分。所以说,了解了局域网交换机的内部结构,就等于了解了局域网交换机的技术特点和...

    局域网交换机卓越的性能表现,来源于其内部独特的技术结构。而不同的交换模式或不同的交换类型,也跟局域网交换机内部结构密不可分。所以说,了解了局域网交换机的内部结构,就等于了解了局域网交换机的技术特点和工作原理。目前局域网交换机采用的内部技术结构主要有以下几种。

    1.共享内存式结构  

    该结构依赖于中心局域网交换机引擎所提供的全端口的高性能连接,并由核心引擎完成检查每个输入包来决定连接路由。这种方式需要很大的内存带宽和很高的管理费用,尤其是随着局域网交换机端口的增加,需要内存容量更大,速度也更快,中央内存的价格就变得很高,从而使得局域网交换机内存成为性能实现的主要瓶颈。

    2.交叉总线式结构  

    交叉总线式结构可在端口间建立直接的点对点连接,这种结构对于简单的单点式(Unicast)信息传输来讲性能很好,但并不适合点对多点的广播式传输。由于实际网络应用环境中,广播和多播传输方式很常见,所以这种标准的交叉总线方式会带来一些传输问题。例如,当端口A向端口D传输数据时,端口B和端口C就只能等待。而当端口A向所有端口广播消息时,就可能会引起目标端口的排队等候。这样将会消耗掉系统大量带宽,从而影响局域网交换机传输性能。而且要连接N个端口,就需要N×(N+1)条交叉总线,因而实现成本也会随着端口数量的增加而急剧上升。

    3.混合交叉总线式结构

    鉴于标准交叉总线存在的缺陷,一种混合交叉总线实现方式被提了出来。该方式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总线连接。该结构的优点是减少了交叉总线数,降低了成本,还减少了总线争用。但连接交叉矩阵的总线成为新的性能瓶颈。

    4.环形总线式结构

    这种结构方式在一个环内最多可支持四个交换引擎,并且允许不同速度的交换矩阵互连,以及环与环间通过交换引擎连接。由于采用环形结构,所以很容易聚集带宽。当端口数增加的时候,带宽就相应增加了。与前述几种结构不同的是,该结构方式有独立的一条控制总线,用于搜集总线状态、处理路由、流量控制和清理数据总线。另外,在环形总线上可以加入管理模块,提供完整的SNMP管理特性。同时还可以根据需要选用第三层交换功能。这种结构的最大优点就是扩展能力强,实现成本低,而且有效地避免了系统扩展时造成的总线瓶颈。

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  • 交换机结构,调度算法,毕业生论文,版权有限,仅供参考
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  • 交换机结构原理

    千次阅读 2020-03-14 15:02:33
    1、硬件结构 2、软件结构

    1、硬件结构
    三层交换机的硬件结构分为两个部分,处理器模块和交换模块,它们之间通过PCI接口相连,同时配合相应的外围电路形成完整的三层交换机系统
    在这里插入图片描述
    (1)处理器模块
    处理器部采用一款MOTOROLA PowerQUICC II CPU,同一些外部存储设备以及一些外围电路构成三层交换机的处理器部分。

    处理器模块主要是运行嵌入式操作系统,配置系统和路由表的维持,而不是数据转发通路的组成部分。

    CPLD 保存一些CPU初始化的一些配置以保证上电后CPU正常启动;
    Flash 芯片用于存储三层交换机的所需要的所有软件和相关配置;
    SDRAM 在系统启动之后载入FLASH中的程序,保证系统正常运行;

    处理器模块一方面提供一个快速以太网接口和一个异步口,用于对交换机进行配置和调试;另一方面通过PCI接口和交换模块相连,通过PCI接口对交换模块进行控制,并进行数据传输 。

    在这里插入图片描述
    (2)交换模块
    交换模块采用了BROADCOM公司的BCM5645作为 ASIC芯片,通过 PCI接口 与处理器模块进行通信完成数据传输;通过5645提供的 内存接口,可以给交换模块提供一个64M的外部SDRAM,从而提高交换机的吞吐量和交换速度。5645通过MII接口和GMII接口分别连接24个百兆以太网和2个千兆以太网

    2、软件结构
    在这里插入图片描述
    三层交换机的软件系统采用了模块化、分布式的设计方法,基于实时多任务操作系统。

    软件系统的结构呈层次结构,一层建立在另一层的基础上,每一层都使用近邻它的下一层所提供的服务,并且为它上面一层提供更高一级的服务,其优点是:可以向上层软件屏蔽底层操作,提高上层软件的可移植性,提高软件的可维护性。

    (1)驱动层

    驱动程序将上层软件和硬件系统进行了连接,把上层软件的 路由更新管理及配置命令 转化为 硬件系统所能识别 的格式,从而达到更新其内部数据结构如路由表、地址表等,控制及管理硬件交换系统的目的;

    同时设备驱动程序把 底层硬件收到 的路由更新报文、控制管理帧及收到的各种信息 传递给上层 软件处理;

    (2)协议栈
    实现了TCP/IP、802.1D和802.1Q等协议,为上层的应用程序提供良好的接口;

    (3)应用层
    主要包括路由模块和网管模块,路由模块实现了RIP和OSPF等协议,即实现第三层路由的主要功能;网管模块实现了SNMP和RMON等网管模块,使三层交换机具有部分网管功能,保证三层交换机更好地正常运转。

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  • 交换机从体系结构分类

    千次阅读 2017-11-02 13:46:46
    常用的交换机从体系结构来说,可以分为两大类,一种是总线式交换机,一种是采用交换矩阵(Switch Fabric)的交换机。  总线式交换机:这也是交换机最初的交换方式,在这种方式中,所有的接口均连接到交换机内部的...
    常用的交换机从体系结构来说,可以分为两大类,一种是总线式交换机,一种是采用交换矩阵(Switch Fabric)的交换机。
    
         总线式交换机:这也是交换机最初的交换方式,在这种方式中,所有的接口均连接到交换机内部的共享背板总线上,各接口分时占用总线来传送数据,需要专门的仲裁机构来分配总线的带宽。这种方式结构简单,成本低廉,但是扩展性较差,当前主要用于低端交换机。
         交换矩阵式交换机:采用矩阵结构,可以同时在多个接口之间交换数据,消除了交换机内部的通路瓶颈。当前的高端交换机均采用这种结构。
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  • 交换机

    千次阅读 2019-09-21 13:58:45
    3、按照网络拓扑结构分 1、接入层交换机 : 将计算机和终端接入网络 2、汇聚层交换机: 数据包过滤,协议转换,流量负载和路由 3、核心层交换机: 网络骨干构建高速局域网 4、按交换方式划分 直通式交换 存储转发式...

    交换机的分类

    1、按照管理划分
    网管交换机
    非网管交换机

    2、按照工作层次分
    2层交换机 数据链路层
    3层交换机 网络层
    4层交换机 可以依靠传输层的端口进行转发

    3、按照网络拓扑结构分
    1、接入层交换机 :
    将计算机和终端接入网络

    2、汇聚层交换机:
    数据包过滤,协议转换,流量负载和路由

    3、核心层交换机:
    网络骨干构建高速局域网

    4、按交换方式划分
    直通式交换
    存储转发式交换
    无碎片转发交换

    冲突域和广播域
    网桥,交换机,路由器能隔离冲突域
    路由器,3层交换机能隔离广播域

    VLAN

    1、VLAN配置
    虚拟局域网(VLAN)是一组逻辑上的设备和用户,这些设备和用户并不受物理位置的限制,可以根据功能、部门及应用等因素将它们组织起来,相互之间的通信就好像它们在同一个网段中一样,由此得名虚拟局域网。VLAN是一种比较新的技术,工作在OSI参考模型的第2层和第3层,一个VLAN就是一个广播域,VLAN之间的通信是通过第3层的路由器来完成的。与传统的局域网技术相比较,VLAN技术更加灵活,它具有以下优点: 网络设备的移动、添加和修改的管理开销减少;可以控制广播活动;可提高网络的安全性。

    2、VLAN划分方法
    1、按端口划分VLAN
    许多VLAN厂商都利用交换机的端口来划分VLAN成员。被设定的端口都在同一个广播域中。

    2、按MAC地址划分VLAN
    这种划分VLAN的方法是根据每个主机的MAC地址来划分,即对每个MAC地址的主机都配置它属于哪个组。

    3、按网络层划分
    这种划分VLAN的方法是根据每个主机的网络层地址或协议类型(如果支持多协议)划分的,虽然这种划分方法是根据网络地址,比如IP地址,但它不是路由,与网络层的路由毫无关系。
    这种方法的优点是用户的物理位置改变了,不需要重新配置所属的VLAN,而且可以根据协议类型来划分VLAN,这对网络管理者来说很重要,还有,这种方法不需要附加的帧标签来识别VLAN,这样可以减少网络的通信量。

    4、按IP组播划分
    IP组播实际上也是一种VLAN的定义,即认为一个组播组就是一个VLAN,这种划分的方法将VLAN扩大到了广域网,因此这种方法具有更大的灵活性,而且也很容易通过路由器进行扩展,当然这种方法不适合局域网,主要是效率不高。
    基于规则的VLAN
    也称为基于策略的VLAN。这是最灵活的VLAN划分方法,具有自动配置的能力,能够把相关的用户连成一体,在逻辑划分上称为“关系网络”。网络管理员只需在网管软件中确定划分VLAN的规则(或属性),那么当一个站点加入网络中时,将会被“感知”,并被自动地包含进正确的VLAN中。同时,对站点的移动和改变也可自动识别和跟踪。
    采用这种方法,整个网络可以非常方便地通过路由器扩展网络规模。有的产品还支持一个端口上的主机分别属于不同的VLAN,这在交换机与共享式Hub共存的环境中显得尤为重要。自动配置VLAN时,交换机中软件自动检查进入交换机端口的广播信息的IP源地址,然后软件自动将这个端口分配给一个由IP子网映射成的VLAN。

    5、按用户定义、非用户授权划分
    基于用户定义、非用户授权来划分VLAN,是指为了适应特别的VLAN网络,根据具体的网络用户的特别要求来定义和设计VLAN,而且可以让非VLAN群体用户访问VLAN,但是需要提供用户密码,在得到VLAN管理的认证后才可以加入一个VLAN。

    以上划分VLAN的方式中,基于端口的VLAN端口方式建立在物理层上;MAC方式建立在数据链路层上;网络层和IP广播方式建立在第三层上

    VCMP

    VCMP
    1、VLAN集中管理协议(VLAN Central Management Protocol)是一个位于OSI参考模型第二层的通信协议,它提供了一种在二层网络中传播VLAN配置信息,并自动地在整个二层网络中保证VLAN配置信息一致的功能。

    2、VCMP使用域来管理交换机,这个域就称为VCMP管理域;并通过角色定义来确定设备的属性,称为VCMP的角色,VCMP共定义了Server、Client、Transparent和Silent四种角色。

    GVRP

    1、GARP协议主要用于建立一种属性传递扩散的机制,以保证协议实体能够注册和注销该属性。GARP作为一个属性注册协议的载体,可以用来传播属性。将GARP协议报文的内容映射成不同的属性即可支持不同上层协议应用。例如,GMRP和GVRP:

    2、GMRP是GARP的一种应用,用于注册和注销组播属性;
    GVRP是GARP的一种应用,用于注册和注销VLAN属性。

    3、GVRP基于GARP机制,主要用于维护设备动态VLAN属性。通过GVRP协议,一台设备上的VLAN信息会迅速传播到整个交换网。GVRP实现动态分发、注册和传播VLAN属性,从而达到减少网络管理员的手工配置量及保证VLAN配置正确的目的。

    STP

    1、STP(Spanning Tree Protocol)是生成树协议的英文缩写,可应用于计算机网络中树形拓扑结构建立,主要作用是防止网桥网络中的冗余链路形成环路工作

    2、STP的基本原理是,通过在交换机之间传递一种特殊的协议报文,网桥协议数据单元(Bridge Protocol Data Unit,简称BPDU),来确定网络的拓扑结构

    3、生成树协议运行生成树算法(STA).生成树算法很复杂,但是其过程可以归纳为以下3个步骤:
    (1)选择根网桥
    (2)选择根端口
    (3)选择指定端口

    关于选择根网桥:选择根网桥的依据是网桥ID,网桥ID由网桥优先级和网桥MAC地址组成。网桥的默认优先级是32768.使用show mac-address-table时,显示在最前面的MAC地址就是计算时所使用的MAC地址。网桥ID值小的为根网桥,当优先级相同时,MAC地址小的为根网桥。

    关于选择根端口:每个非根交换机选择一个根端口。选择顺序为:到根网桥最低的根路径成本→发送BPDU的网桥ID较小→端口ID较小的。端口ID由端口优先级与端口编号组成。默认的端口优先级为128。

    关于选择指定端口:每个网段上选择一个指定端口。选择顺序为:根路径成本较低→发送BPDU的交换机的网桥ID值较小→本端口的ID值较小。另外,根网桥的接口皆为指定端口,因为根网桥上端口的根路径成本为0。

    VRRP

    1、虚拟路由冗余协议(Virtual Router Redundancy Protocol,简称VRRP)是由IETF提出的解决局域网中配置静态网关出现单点失效现象的路由协议

    2、VRRP是一种选择协议,它可以把一个虚拟路由器的责任动态分配到局域网上的 VRRP 路由器中的一台。控制虚拟路由器 IP 地址的 VRRP 路由器称为主路由器,它负责转发数据包到这些虚拟 IP 地址。一旦主路由器不可用,这种选择过程就提供了动态的故障转移机制,这就允许虚拟路由器的 IP 地址可以作为终端主机的默认第一跳路由器。是一种LAN接入设备备份协议。一个局域网络内的所有主机都设置缺省网关,这样主机发出的目的地址不在本网段的报文将被通过缺省网关发往三层交换机,从而实现了主机和外部网络的通信

    BFD

    BFD是Bidirectional Forwarding Detection的缩写,它是一个用于检测两个转发点之间故障的网络协议

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空空如也

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