2. 以太网交换机

       下面通过交换机设备简介，交换机的工作原理及交换机接口模式来了解以太网交换机。

2.1 交换机设备简介

       交换机的品牌众多，像Cisco公司，华为，H3CTP-Link神州数码、锐捷等厂家都生产了很多

不同型号的交换机。本章将主要介绍Cisco公司的产品。

       常见的Cisco公司的交换产品系列主要包括Cisco2960系列Cisco3560系列、Cisco4500系

列和Cisco6500系列。

       Cisco2960系列交换机是一款入门级交换机，属于Cisco2950系列的升级产品，在企业环境中，Cisco2960系列交换机常用于连接客户端主机实现10/100/1000Mb/s以太网互连，其常见的型号如表所示。

       isco3560系列交换机是一款企业级交换机，属于Cisco3550系列的升级产品，在企业环境中，可用于直接连接客户端主机，也可用于互连入门级交换机，通过其自身的路由功能可实现不同网络的互连。

       Cisco4500 系列交换机是一款模块化的交换机，它可以实现功能化扩展保护企业投资，主要用于具有一定规模的网络环境中，协助企业对关键业务进行部署。

       Cisco6500系列交换机是一款高端交换机设备，主要用干大型企业园区网或电信运营商网络的

构建，它提供3插槽、6插槽、9插槽和13插槽的机箱，以及多种集成式服务模块，包括网络安全、内容交换，语音和网络分析模块。

       总体来说，设备的系列号越高，其功能越强大，稳定性越好，背板带宽越高，但价格也越高，不同型号设备可以实现的企业需求及具体的应用环境不同，实际工作中，企业组网选购设备需要考虑的因素很多，但对于初学者重点关注设备的性价比即可。

       背板带宽是指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。背板带宽标志着交换机的数据交换能力，单位为Gb/s。

2.2交换机的工作原理

       交换机并不会把收到的每个数据信息都以广播的方式发给客户端，是由于交换机可以根据MAC地址智能地转发数据帧，交换机存储的MAC地址表将 MAC 地址和交换机的接口编号对应在一起每当交换机收到客户端发送的数据帧时，它就会根据MAC地址表的信息判断该如何转发。

交换机转发数据帧的过程如下，

1.MAC地址的学习

       如图所示，假设A主机发送数据屿(源MAC地址为00-00-00-11-11-11目标MAC 地址为00-00-00-22-22-22)到交换机的1号接口，交换机首先查询MAC地址表中1号接口对应的源MAC地址条目，如果条日中没有数据帧的源MAC地址交换机就会将这个师的源地址和收到该数据帧的接口编号(1号口)对应起来，添加到 MAC 地址表中。

2.广播未知数据帧

       如果交换机没有在MAC地址表中找到数据帧目的地址所对应的条目，交换机就无法确定该从哪个接口将数据帧转发出去，于是它被迫选用广播的方式，即除了1号口之外的所有接口都将转发这个数据帧，如图所示，于是，网络中的主机B和主机C都会收到该数据帧。

3.接收方回应信息

       主机B会响应这个广播，并回应一个数据帧(源MAC地址为00-00-00-22-22-22目标MAC地址为00-00-00-11-11-11)，交换机也会将此帧的源MAC地址和接口标号(2号口)对应起来添加到MAC地址表中，如图所示，

4.交换机实现单播通信

       现在，主机A和主机B之间的通信不用借助广播了，因为MAC地址表中已经有它们的条目，如

图所示，主机A发送数据帧的目标地址为00-00-00-22-22-22交换机会发现这个地址对应的接口标号为2于是交换机将只向2号口转发数据帧。

       交换机所学习到的条目并不会永远保存在MAC地址表中，默认的老化时间是300s。

       老化时间:由于交换机MAC地址条目是动态的，所以它不会永远存在MAC地址表中，而是在300s(老化时间)后会自动消失。但是如果在此期间，交换机叉收到对应该条目MAC地址的数据桢，老化时间将重新开始计时(重置为300s)。

2.3交换机接口的双工模式

       交换机接口支持不同的双工模式，每一种双工模式采用的数据传输的方式都不同，

1.单工、半双工与全双工

1)单工

       单工数据传输是指两个数据站之间只能沿单一方向传输数据，如图所示，可以把单工数据传输的过程比作学校传达室通过麦克风和扬声器播送通知的过程。只能将要通知的信息从麦克风传递到扬声器，反方向传输是不可能实现的。

       多模光纤一般采用单工的传输模式，通信设备之间通过两根光纤连接，一根负责发送数据，另一根负责接收数据，一般来说，单工光纤比双工光纤传输距离更远，抗干扰能力更强。

2)半双工

       半双工数据传输使两个数据站之间可以实现双向数据传输，但不能同时进行。

       如图所示，可以把半双工数据传输比作对讲机的通信过程，手持对讲机的两个人都可以讲话，但只能一个说，一个听，不能同时进行。

        半双工传输模式通信效率低，且有可能产生冲突。由于目前的绝大多数网络都为交换网络，因此这种传输模式很少见。

3)全双工

       全双工数据传输是在两个数据站之间可双向且同时进行数据传输的模式。

       如图所示，可以把全双工数据传输模式比作打电话，打电话的两方可以同时发言，而不必像对讲机那样等待对方停止发言，自己才能说话。

       在交换网络中，通信双方大多采用全双工传输模式。一般来说，各厂商的设备接口默认的双工模式都为自适应，当实现物理连接后，通信双方开始协商双工模式，如果两端都是默认的设置(自适应)，接口自动协商为全双工:但如果一端为半双工，一端为全双工，就会导致双工不匹配，可能出现丢包的现象。

                      并非所有的设备之间都能够很好地协商以达到全双工的状态。当连
                       接不同厂商的设备时，由于双方的协商参数存在差异，可能会导致双工
                       不匹配，甚至同厂商不同型号的设备之间也可能出现双工不四配的情
                       况。一旦遇到这种情况，就必须手动指定双工模式。

2.以太网接口速率

       在IEEE802.3标准中已经明确定义以太网的通信速率，而且各厂商生产的设备完全遵循这些标

准，但问题是不同的设备往往遵循不同的标准，例如，从交换机选型部分可以看出，有些设备遵循

百兆速率标准(10/100Mb/s)，有此设备道循千兆速率标准(10/100/1000Mb/s)。如果将两个遵循

不同速率标准的接口相连，双方的通信带宽就需要进一步协商而定。

       协商速率由通信双方中较低速率的一方决定，例如，交换机的接口为10/100/1000Mb/s自适应

而与之相连的网卡接口为10/100Mb/s自适应，协商后的通信速率为100Mb/s。如果速率协商出现不匹配的现象，则以太网链路建立失败，将导致无法通信。

       一般来说，大多数设备接口都可以通过这种协商机制实现通信双方速率匹配。但对于不同厂商的设备(如一端为Cisco设备，另一端为华为设备)，可能会由于双方协商参数不同而导致双工模式或速率不匹配，这时需要手动指定双工模式或速率。