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交换机四种组网方式，一文了解清楚

一、小型网络

接入的用户在100左右的为中小型企业网。这里面涉及到一个问题，很多朋友问到过，100路网络需要使用核心交换机吗？

基本在50路以下无需用核心交换机，二层交换机加路由器即可，而100路监控属于一个中小型的网络，他的网络承担压力不大，也不小，随时可能会有数据卡顿的情况发生。

核心交换机一般都是为三层交换机，具有路由及vlan划分等一些网管功能。华为是一家生产销售通信设备的民营通信科技公司，是***的信息与通信技术(ICT)解决方案供应商。三层核心交换机通过使用硬件机构实现了IP的路由功能，其优化的路由软件使得路由过程效率提高，解决了传统路由器软件路由的速度问题。三层核心交换机还有重要的作用就是在保证速度率的情况下连接子网。

另外也具有很好的扩展性，由于预留了各种扩展模块接口，后续如有设备添加，不需要对原来的网络布局和原来的设备进行改动就可以直接扩充设备，保护了原有的***。

在此方案中，把各个办公室划分为***的vlan并设置一个单独的子网，使用2层交换机来进行接入层，使用中型3层交换机作为核心交换设备来在各个子网间进行数据转发，防火墙运行转换后连接到互联网；

每个2层交换机接入12个左右个用户，并把中型3层交换机的每个接口都设置到不同的vlan之间去，这样做的目的是使各个办公室之间的数据不互相干扰，相应也就提高了每个办公室的上网速度；每个办公室之间的数据都是通过中型3层交换机进行3层转发的，因为交换机的线速转发性能，办公室之间的数据交换并不会出现丢包现象。产品规格组网应用园区网中的应用S6720-SI可用于中小型园区网的接入或者汇聚，多速率2。

上图中的2层交换机建议使用具有16个100M以太网接口或者更多接口的交换机，当然，如果是监控摄像机码率比较高的话，100M交换机估计不行。

该组网方案中并没有出现汇聚层的设备，因为网络的规模太小，就没有必要了。

二、中型企业网络

我们把接入用户规模在300-800的企业网称为中小型企业网，网络一旦规模大了，就不好管理了，就不能使用原理的小型网络的组网方式了。

随着网络中用户数量的增加，我们仍然使用2层交换机作为纯粹的接入设备，在图中增加一种设备（2层汇聚交换机）来进行汇聚。

这里面我们来补充下汇聚层的作用：

汇聚层，是多台接入层交换机的汇聚点，它必须能够处理来自接入层设备的所有通信量，并提供到核心层的上行链路，因此汇聚层交换机与接入层交换机比较，需要更高的性能，更少的接口和更高的交换速率。

汇聚层主要承担的基本功能有：

1、汇聚接入层的用户流量，进行数据分组传输的汇聚、转发和交换；

2、根据接入层的用户流量，进行本地路由、过滤、流量均衡、QoS优先级管理，以及安全机制，IP地址转换、组播管理等处理；

3、根据处理结果将用户流量转发到核心交换层或在本地进行路由处理；

4、完成各种协议的转换（如路由的汇总和重新发布等），以保证核心层连接运行不同的协议的区域。

在2层汇聚交换机与3层交换机之间采用千兆线路进行连接，这样作可以避免由于在网络中数据经过的设备数量增加，为了不导致网络中的数据交换产生较大的延迟。

2层汇聚交换机应该具备众多的100M以太网接口（可汇聚多个2层交换机）和多个千兆以太网接口（提供高速上连能力）。华为的产品和解决方案已经应用于***170多个***，服务***运营商50强中的45家及***1/3的人口。该交换机应该支持全线速转发，支持IEEE802.1q、端口聚合（Trunk）、端口速率控制、优先级队列管理等功能，以满足各种接入场合下的特殊要求。

比较小型企业网的组网方案与中型来说，可以看到，网络只是添加了几台汇聚层的2层交换机和接入层几台交换机，以前的设备都仍然可以使用，因此网络升级的费用相对来说不高。该系列交换机基于华为公司统一的VRP软件平台，具备有线无线深度融合能力，支持随板AC，可管理1KAP。在实际企业中，企业网络会随着用户数量的增加而需要重新规划，那么这种升级方式就使用的比较多。

三、中大型企业网络

对于用户数量超过1000但是少于3000的企业网络，我们的组网方案为：

首先看这个网络拓扑图看拟有点复杂，但仔细分析它也是与上面的中型网络原理一样，随着网络规模的进一步扩大，只使用一台3层交换机作为网络核心交换可能会降低网络的处理性能，压力过大，会存在一些资源不足的问题。

所有用户产生的流量都会到达这台设备，那么它需要处理的协议数据报数量也就非常庞大，因此如果对于这样规模的网络如果还只使用一台核心设备，那么其CPU将会非常繁忙，在应答用户的数据时延迟必然加大，给用户的感觉就是网络的速度好象变慢了。利用DHCPSnooping的信任端口特性，还可以保证DHCP服务器的合法性。因此，需要增加一个3层交换机来分担这种压力，这就是网络中出现多个3层交换机的原因。

在3层交换机之间的连接上，可以把多个千兆链路聚合后形成1个更高速率的连接，这样，在多个3层交换机之间并不会导致数据阻塞，仍然保持了网络的高速交换特性。

四、大型网络组网

如果用户的数量超过了5000，我们将其***为大型企业网。

对于这样大规模的网络，如果采用多台（比如超过4台）3层交换机作为核心设备，那就会加大网络数据交换的延迟（可能有些数据需要经过所有的3层交换机，再算上经过2层接入交换机以及2层汇聚交换机的延迟，将导致数据转发延迟过大，从而导致网络速度的下降）。支持iPCA网络包守恒算法，可对任意业务流随时随地逐点检测，助力客户对业务的精准管理。

所以，需要引入大型交换设备（核心交换机或者核心路由器）来减少数据经过设备的数量。

核心交换机(或者核心路由器)的功能一般都非常强大，因此可以将它直接与互联网相连接，如果企业网需要非常高的安全性，当然也可以在核心交换机与互联网之间使用专门的防火墙设备。

交换机背板带宽和交换容量的区别?

首先说明白什么是整机交换容量，整机交换容量其实就是你的交换芯片（如博通多用于机框式交换机的jericho及多用于盒式交换机的trident）或者像思科自研的fabric芯片能提供的带宽。具备VXLAN能力，支持网络虚拟化功能，满足园区网络一网多用的需求。也被称为背板带宽。注意背板带宽由芯片决定而不是什么物理连接器PCB走线之类的……比如我一个trident2＋芯片能提供1280G带宽，那我就可以用这个芯片轻松做一个48个万兆接口6 个40G上行接口的1U交换机出来，并且线速转发（实际上用720G的型号就可以了，1280G可以做出像华三的6800-4C）。如果我还想做机框式交换机，那么线卡上要有交换芯片，但是为了保证跨板线速转发，那我前面板所有接口的带宽之和须等于板卡之间内联口带宽。那我做个36端口40GE线卡就需要2.88T的带宽，Jericho芯片好像没这么大的，所以一张线卡得放两个交换芯片，每个芯片（jericho提供720G面板接口带宽）分别负责18个接口的转发。

那么问题来了，首先，我这一张线卡上的两个jericho芯片上的接口如何通信？

其次，然后比如我一台机框有8张线卡，如何实现跨板全线速转发？

早期的方式是像思科6500华为7700华三7500这种比较老的没有***交换网板的架构叫crossbar，在引擎上放几个交换芯片，这几个交换芯片一般就没有面板接口了（6500貌似有）而纯用于线卡之间的内联。所有线卡与引擎上的交换芯片互联，意味着所有跨板卡流量必须经过引擎！这种架构的缺点是引擎上既要有控制平面的器件如cpu内存啥的，又要放交换芯片，所以空间实在有限，思科6500的sup2T提供了2T带宽每张引擎，那么分给6506的5张线卡就只有每槽位400G带宽了（好像2T还有前面板口，那实际都到不了400G），双引擎4T带宽分给6509的7张线卡也是捉襟见肘。所以总而言之crossbar架构的交换机完全无法满足飞速发展的数据中心动辄24甚至36*40G线卡的需求。5/5/10G以太网端口，4个万兆SFP ，PoE ，单子卡槽位，不含电源）S6720-52X-PWH-SI（48个100M/1/2。为了解决这个问题出现了CLOS架构，这就需要交换网板出马了，交换网板上用的博通FE芯片带宽高，比如高达3.6T的FE3600，但只有基本的转发功能因为各种feature都是在线卡芯片上实现的，网板只需要线速转发。每一块线卡上的芯片都会跟所有网板上的芯片互联，这就是CLOS架构。另外需要提一下博通DUNE芯片是会把报文切割成信元负载到每一块网板上芯片上的真正无阻塞。

引擎从此只是纯控制平面不再负责业务数据转发，引擎上的交换芯片被移到了***的交换网板（思科叫fabric）上。后来很多厂家的引擎都变成半宽了因为芯片少了嘛。所有线卡与交换网板互联，所有跨板流量甚至同板卡跨芯片流量都要经过交换网板，交换网板因为可以设计多张就像是一个带宽巨大的总线，这样就大大增加了扩展性。计算公式为端口数*相应端口速率*2（全双工模式）如果总带宽≤标称背板带宽，那么在背板带宽上是线速的。比如后面图中的cisco N9508可以在6张交换网板中一共放置12个3.6T带宽的交换芯片，为每槽位提供高达5.4T交换容量，足以承受36×100G板卡的巨大流量。而16槽位的交换机则可以通过增加交换网板上的芯片来成倍的扩容整机交换容量，以满足更多高密度的线卡的需要。 这也是为什么后来思科自6500之后也要推出CLOS架构的N7K和6800系列，甚至后来N7K都落伍了（应该是fabric card的带宽无法继续扩容了）为了参数跟得上友商又出了N77。一代经典6500确实廉颇老矣，不过在吞吐量不大的园区网用用还是足够的。

整机交换容量特别高确实没有意义，特别是很多中端机框交换机只提供8*40G线卡倒是整机交换容量标称几十上百T的就是搞笑的。还有几百上千T的数据都是根据未来支持的56G Serdes算出来的“这个机框未来能够支持的容量”，没有实际意义。在视频会议、桌面云和监控承载网场景的典型应用S12700随板自带大缓存，确保突发业务流量不丢包，视频不花屏。真实的整机交换容量=量产了的交换网板满配所提供的交换容量。但是交换容量太低直接影响整机端口密度。

后，机框式交换机除了上述两种架构，其实还有一种full mesh的架构，一般多用于3-5槽位的中端产品，这种产品引擎上没有交换芯片也没有交换网板。产品规格组网应用中小型企业园区应用场景S5730SI可以部署在企业园区网络的汇聚层，为用户组建高性能，融合多业务，高可靠的企业网络。原理是所有线卡芯片之间fullmesh全互联，整机交换容量有限且难以扩展（除非线卡全部升级换代）。

所以你在做产品选型的时候需要关注引擎（crossbar架构）或者交换网板提供的带宽。不同型号会存在差异，这个可以直接去问厂商，一般厂商不会忽悠的。

工业交换机和商用交换机的不同？

为满足灵活多变的工业环境和抗干扰的方面来看，工业交换机和商业(Business)的交换机有特别大的差距，相比之下工业交换机的功能更加的实用。工业交换机具有电信级性能特征，可耐受严苛的工作环境。S12700系列敏捷交换机S12700是面向下一代园区网核心设计开发的敏捷交换机，采用全可编程架构，灵活快速满足业务需求，新业务6个月即可上线。产品系列丰富，端口配置灵活，可满足各种工业领域的使用需求。产品采用宽温设计，防护等级不低于IP30，支持标准和私有的环网冗余协议。下面咱们来具体的了解一下工业交换机和商用交换机的区别？1. 工业交换机与商用交换机对比

工业交换机和商用交换机在工作环境的适应性及工作特性方面有着本质的区别：

2. 工业以太网交换机优势（解释:能压倒对方的有利形势)特性

a) 快速冗余

交换机冗余时间可以小于50ms 。6Stack模式状态灯：STCK（说明：V200R003C00之前版本的指示灯状态及含义。工业交换机也称作工业以太网交换机，即应用于工业控制领域的以太网交换机设备，由于采用的网络标准，其开放性好、应用广泛以及价格低廉、使用的是透明而统一的TCP/IP协议，以太网已经成为工业控制领域的主要通信标准。商用产品也可以组成冗余网络，但需要启动STP 协议，自愈时间可以达到10～30s 以上，无法满足工业环境的使用。

b) 抗强干扰性能

交换机可以工作在严酷的电磁环(环状的导磁体)境中，并且在数据口防雷、快速脉冲群，静电(是一种处于静止状态的电荷)等都有较高的防护等级，而商业使用的产品这一点是不具备的。

c) 良好的温度特性

工业交换机可以在-40℃--- 75℃的温度范围内正常工作，而商用产品只能工作在0℃--- 50℃范围内，无法满足工作现场的要求。

d) 电源选配优势

在工业产品中，电源供电是非常重要的部分，电源故障占设备故障35%以上，为避免电源故障带来的麻烦，工业交换机采用双电源供电方式，同时可选直流24V 、110V 、交直流220V 等多种供电电源，而商用产品一般采用交流单电源供电方式，不适于在工业环境的应用。产品型号和外观产品特性和优势灵活的以太组网该系列交换机不仅支持传统的STP/RSTP/MSTP生成树协议，还支持华为自主创新的SEP智能以太保护技术和业界的以太环网标准ERPS。

e) 灵活的安装方式

工业交换机可支持DIN 滑轨、壁挂、机架等多种安装方式，方便在各种系统环境中的应用，而商用产品多为桌面、机架式安装。

交换机原理

一、基本以太网

1、以太网标准：

以太网是Ethernet的意思，过去使用的是十兆标准，现在是百兆到桌面，千兆做干线。

常见的标准有：

10BASE-2 细缆以太网

10BASE-5 粗缆以太网

10BASE-T 星型以太网

100BASE-T 快速以太网

1000BASE-T 千兆以太网

2、接线标准

星型以太网采用双绞线连接，双绞线是8芯，分四组，两芯一组绞在一起，故称双绞线。

8芯双绞线只用其中4芯：1、2、3、6。

二、交换机原理与应用

1、冲突域和广播域

交换机是根据网桥的原理发展起来的，学习交换机先认识两个概念：

(1)冲突域：

冲突域是数据必然发送到的区域。

HUB是无智能的信号驱动器，有入必出，整个由HUB组成的网络是一个冲突域。

交换机的一个接口下的网络是一个冲突域，所以交换机可以隔离冲突域。

(2)广播域：

广播数据时可以发送到的区域是一个广播域。

交换机和集线器对广播帧是透明的，所以用交换机和HUB组成的网络是一个广播域。

路由器的一个接口下的网络是一个广播域。所以路由器可以隔离广播域。

2、交换机原理

(1)端口地址表

端口地址表记录了端口下包含主机的MAC地址。端口地址表是交换机上电后自动建立的，

保存在RAM中，并且自动维护。

交换机隔离广播域的原理是根据其端口地址表和转发决策决定的。

(2)转发决策

交换机的转发决策有三种操作：丢弃、转发和扩散。

丢弃：当本端口下的主机访问已知本端口下的主机时丢弃。

转发：当某端口下的主机访问已知某端口下的主机时转发。

扩散：当某端口下的主机访问未知端口下的主机时要扩散。

每个操作都要记录下发包端的MAC地址，以备其它主机的访问。

(3)成存期：

生成期是端口地址列表中表项的寿命。每个表项在建立后开始进行倒记时，每次发送

数据都要刷新记时。对于长期不发送数据主机，其MAC地址的表项在生成其结束时删除。

所以端口地地表记录的总是蕞活动的主机的MAC地址。