交换机的参数与选择
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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。
11
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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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。
15
Leabharlann Baidu
Cisco Catalyst 4507R交换机
16
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。
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。
17
Catalyst 4506交换机 远程管理页 面
18
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
19
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。
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。
5
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。
本
课 内
交换机的主要参数
容
交换机的选择策略
1
二层和三层交换机的主要参数 重点 核心层、汇聚层、接入层和网管交换
机的选择策略
二层和三层交换机的主要参数 难点 核心层、汇聚层、接入层和网管交换
机的选择策略
2
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。
35
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
36
Cisco Catalyst 3560G交换机
37
2. 三层交换 汇聚采用三层交换机
38
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
39
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
28
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。
7
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。
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。
10
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 。
29
3.2 交换机的选择策略
3.2.1 核心交换机的选择
选择核心层交换机时，应当注重考察 以下几个参数：
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
7. 链路冗余 8. 路由冗余 9. 路由表项 10. 路由协议 11. QoS 12. 安全性能 13. 技术潜力 30
9
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。
22
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。
23
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。
模块冗余 冗余模块
31
路由冗余 热备份路由协议
虚拟路由冗余协议
32
安全性能 Cisco Catalyst交换机认证方式设置页面
33
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
34
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。
13
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。
14
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。
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。
27
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。
3
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
4
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
24
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。
25
Cisco Catalyst 3560系列交换机
26
7. 链路汇聚
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。
20
n*100Mbps交换机
N*1000Mbps+m*100M bps交换机
N*1000Mbps交换机
21
3. 延时
6
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 24×1.488Mpps = 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。
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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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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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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Leabharlann Baidu
Cisco Catalyst 4507R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。
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。
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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。
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。
本
课 内
交换机的主要参数
容
交换机的选择策略
1
二层和三层交换机的主要参数 重点 核心层、汇聚层、接入层和网管交换
机的选择策略
二层和三层交换机的主要参数 难点 核心层、汇聚层、接入层和网管交换
机的选择策略
2
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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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
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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
39
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
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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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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。
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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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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3.2 交换机的选择策略
3.2.1 核心交换机的选择
选择核心层交换机时，应当注重考察 以下几个参数：
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
7. 链路冗余 8. 路由冗余 9. 路由表项 10. 路由协议 11. QoS 12. 安全性能 13. 技术潜力 30
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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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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。
模块冗余 冗余模块
31
路由冗余 热备份路由协议
虚拟路由冗余协议
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安全性能 Cisco Catalyst交换机认证方式设置页面
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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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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。
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。
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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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3.1 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
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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。
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Cisco Catalyst 3560系列交换机
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7. 链路汇聚
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*100M bps交换机
N*1000Mbps交换机
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3. 延时
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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 24×1.488Mpps = 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。