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社区首页 >专栏 >【25软考网工】第八章 (1)交换机基础

【25软考网工】第八章 (1)交换机基础

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christine-rr
发布于 2026-01-13 18:54:37
发布于 2026-01-13 18:54:37
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一、交换机基础

1. 交换机分类

1)根据交换方式分

存储转发式交换

  • 定义: 完整接收数据帧,缓存、验证、碎片过滤,然后转发。
  • 优点:
    • 提供差错校验功能,通过FCS(帧校验序列)进行校验。
    • 实现非对称交换,输入和输出速率可以不同。
  • 缺点: 延迟大,因为需要进行校验和缓存处理。
  • 目前使用的交换机一般使用这种方式,目前可以通过硬件克服延迟大的问题

直通式交换 

  • 定义: 输入端口扫描到目标MAC地址后立即开始转发。
  • 优点:
    • 延迟小,交换速度快,只需读取目标MAC地址即可转发。
  • 缺点:
    • 没有检错能力,不能实现非对称交换。

碎片过滤式交换

  • 定义: 开始转发前先检查数据包的长度是否够64字节,小于64字节则丢弃,大于等于64字节则转发。
  • 目的: 避免冲突碎片的传播。
2)其他分类方式

根据交换的协议层划分 

  • 二层交换机: 基于MAC地址进行转发。
  • 三层交换机: 支持IP路由,本质是在交换机内集成路由器功能。
  • 多层交换机: 可插各种板卡,如防火墙板卡、入侵检测板卡等,集成多层功能。

根据交换机结构划分 

  • 固定端口交换机: 端口固定,一般用作接入交换机,如24口交换机。
  • 模块化交换机: 可扩展,高端汇聚或核心交换机常用,分为相似交换机和终端设备两类。

根据管理类型划分 

  • 网管交换机: 支持配置。
  • 非网管交换机: 不支持配置,家用足够。
  • 智能交换机: 一般指SDN交换机,可通过软件定义功能。

层次结构划分

  • 核心交换机: 网络核心层,一般为三层交换机。
  • 汇聚交换机: 网络汇聚层,一般为三层交换机,把网关放在这。
  • 接入交换机: 网络接入层,一般为二层交换机,用来连接用户端的PC/AP/IPC摄像头。

根据配置方式划分

  • 堆叠交换机: 支持堆叠(横向虚拟化、集群)功能,多用于网络核心层或汇聚层。
  • 非堆叠交换机: 不支持堆叠。
3)华为横向虚拟化技术
  • CSS: 框式设备堆叠技术。
  • iStack: 盒式交换机堆叠技术。
  • 应用场景: 框式交换机堆叠多用于核心和汇聚层,盒式交换机堆叠多用于汇聚或接入层。
  • 其他厂商技术:思科VSS、华三IRF、锐捷VSU
4)多台设备堆叠和集群
  • 堆叠技术: 将独立交换机虚拟化成一台逻辑交换机,简化网络管理。
  • 集群技术: 一般用于汇聚、核心层交换机。
  • 链路聚合技术: 配合堆叠使用,提升链路利用率,实现高可靠性。
5)堆叠的优势与劣势
优势:
  • 扩展端口数量:当接入用户数超过单台交换机端口容量时,可通过增加新交换机组成堆叠系统实现端口扩展。例如原交换机端口密度不足时,加入新交换机即可扩展接口数量。
  • 简化组网,增加可靠性:将多台物理设备虚拟为单台逻辑设备,减少管理节点。配合链路聚合使用可避免运行复杂的STP协议,同时单台设备故障不影响整体系统运行(系统会自动启用备份设备)。
  • 拓展系统处理能力和带宽,性能提升:通过叠加多台设备提升整体处理能力。例如单台交换机转发能力为64M pps时,增加一台同型号设备可使堆叠系统转发能力提升至128M pps。需注意是整个系统整体能力提升,而非单机性能增强。
劣势:
  • 私有协议,不支持跨厂商设备堆叠
    • 厂商限制:华为/华三/思科等厂商使用私有堆叠协议,设备间互不兼容。跨厂商组网时需采用VRRP等标准协议替代,常见于金融、运营商等需要多厂商设备共存的重要场景。
    • 去堆叠化趋势:运营商等大型网络为避免"鸡蛋放在一个篮子"的风险,会采用多厂商设备混合组网策略(如集采份额分配:50%/30%/20%),此时无法使用堆叠技术。
  • 需要单独购买堆叠线缆(或光纤)
    • 连接方式演进:早期需专用堆叠线缆和接口,现可通过普通光纤实现。考试中若出现该选项需结合题目时间背景判断正误。
  • 存在资源浪费,特别是高端设备
    • 引擎冗余问题:当两台双引擎核心交换机堆叠时,实际仅1个主引擎工作。例如设备A(主备引擎各1)+设备B(主备引擎各1)堆叠后,仅保留1主1备引擎,其余两个引擎处于闲置状态。
  • 堆叠系统升级或重启会有业务中断
    • 中断时长:通常持续20-60秒,高端设备可能达数分钟。这是由控制平面统一重构导致的固有缺陷。
  • 可靠性风险:控制层面统一后的整机瘫痪风险
    • 攻击面扩大:路由表/ARP表等控制平面信息集中存储,若遭攻击会导致全网瘫痪。该风险在银行/互联网企业等场景尤为突出,但普通企业/学校仍广泛采用堆叠方案(占比70%-90%)。
6)堆叠三种角色
  • Master(主设备):
    • 控制核心:唯一拥有配置权限,负责资源分配和故障处理
    • 选举机制:堆叠系统有且仅有1个主设备,其状态直接影响系统稳定性
  • Standby(备设备):
    • 热备份:实时同步主设备配置,在主设备故障时30秒内接替工作
    • 冗余设计:系统中有且仅有1个备设备,通常位于不同物理设备上
  • Slave(从设备):
    • 执行单元:仅负责数据转发等基础功能,无管理权限
    • 规模弹性:数量可多台,通过协同工作提升系统整体吞吐量

2. 交换机性能参数

1)端口类型
  • RJ45电口: 常见的电口类型。
  • 光口: 包括GBIC、SFP、SFP+、QSFP+、SFP28等,用于高速光纤连接。
    • SFP: 千兆光口。
    • SFP+: 万兆光口,常用于40G端口。
    • SFP28: 一般用于25G和100G端口。
  • 扩展插槽数量: 支持扩展插槽的交换机通常成本更高,但功能更强大。
2)传输模式
  • 半双工: 接口不能同时收发数据,易导致网络卡顿。
  • 全双工: 接口可以同时收发数据,是交换机通常的工作模式。
  • 跨厂商对接问题: 不同厂商的交换机对接时,可能自动协商为半双工或低速率,影响带宽和性能。
    • 解决方法: 手动配置速率和双工模式,确保全双工和预期速率。
3)交换容量
  • 计算公式: 交换容量 = 端口数 * 端口速率 * 2。
  • 意义: 交换容量满足此值时,所有接口能实现线速转发,即接口可以跑满。
  • 举例: 24口千兆交换机,交换容量应达到48Gbps。
4)包转发率
  • 定义: 单位时间内发送64字节数据包的个数。
  • 千兆接口标准: 包转发率达到1.488Mpps,可实现线速转发。
5)MAC地址数
  • 定义: 交换机MAC地址表中可以存储的最大MAC地址数量。
  • 常见容量: 4K、16K、32K等,高端交换机可能更多。
6)VLAN表项
  • 定义: 交换机最大支持VLAN的数量。
  • 现代标准: 企业级交换机通常支持4094个VLAN。
3. 应用案例
1)例题:交换机交换方式分类
  • 题干: 人们对以太网交换机的交换方式分类有三种,不包括哪一种?
  • 选项分析:
    • A. 存储转发交换
    • B. IP交换(错误,IP交换为三层交换机的功能)
    • C. 直通式交换
    • D. 碎片过滤式交换
  • 答案: B
  • 解析: 以太网交换机主要讨论二层交换,不涉及三层IP路由,因此IP交换不属于以太网交换机的交换方式分类。
2)例题:直通式交换机特点
  • 题干: 以下关于直通式交换机和存储转发式交换机的叙述中,正确的是哪一个?
  • 选项分析:
    • A. 存储转发式交换机采用软件实现交换(错误,交换机使用硬件芯片实现)
    • B. 直通式交换机存在坏帧传播的风险(正确,直通式交换机扫描到MAC地址后即转发,不检查完整帧)
    • C. 存储转发式交换机无需进行CRC校验(错误,存储转发式交换机需要校验帧的完整性)
    • D. 直通式交换机比存储转发式交换机速度慢(错误,直通式交换机通常速度更快,但可能因不校验而传播坏帧)
  • 答案: B
3)例题:以太网交换机说法判断
  • 题干: 以下关于以太网交换机的说法中,错误的是哪一个?
  • 选项分析:
    • A. 以太网交换机工作在数据链路层(正确)
    • B. 以太网交换机可以隔离冲突域(正确)
    • C. 以太网交换机中存储转发交换方式相比直接交换方式其延迟最短(错误,存储转发延迟最高)
    • D. 以太网交换机通过MAC地址表转发数据(正确)
  • 答案: C
4)例题:交换机堆叠说法判断
  • 题干: 下列关于交换机堆叠的说法正确的是哪一个?
  • 选项分析:
    • A. Master交换机故障后,Slave交换机中优先级值最大的会被选举为Master交换机(错误,备份交换机Bank Up会接管)
    • B. 堆叠就是将多台交换机相互级联(错误,堆叠与级联是不同概念)
    • C. Master交换机和Backup, Slave交换机共同承担数据转发(正确,但控制层面主要由Master和Backup负责)
    • D. 必须使用专用堆叠卡和堆叠线缆(错误,现代交换机可用普通业务接口和光纤线实现堆叠)
  • 答案: C
5)例题:堆叠技术优缺点
  • 题干: 简述堆叠技术的优点和缺点。
  • 优点:
    • 扩展端口数量
    • 简化组网,增加可靠性
    • 扩展系统处理能力和带宽
  • 缺点:
    • 堆叠是私有协议,不支持跨厂商设备堆叠
    • 系统升级会造成业务中断
    • 多台设备堆叠,只有一个主控处于工作状态,存在资源浪费
  • 记忆点: 堆叠技术通过整合多台交换机提升性能,但存在协议私有、升级中断和资源浪费等问题。

4.知识小结

知识点

核心内容

考试重点/易混淆点

难度系数

交换机分类

按交换方式、协议层次、结构、管理类型等分类

分类方式及对应类型

中

存储转发式交换

接收完整数据帧,进行验证和碎片过滤后转发

优缺点(差错校验、非对称交换、延迟大)

中

直通式交换

扫描到目标MAC地址后立即转发

优缺点(延迟小、交换速度快、无检错能力)

中

碎片过滤式交换

检查数据帧长度是否满足64字节,不足则丢弃

优缺点(过滤碎片、延迟相对较大)

中

二层交换机与三层交换机

二层基于MAC地址转发,三层支持IP路由

功能差异及适用场景

中

堆叠交换机

将多台同一层次设备虚拟成一台

堆叠的优势与劣势

高

堆叠的优势

扩展端口数量、简化组网、提升可靠性等

堆叠的核心考点

高

堆叠的劣势

私有协议、资源浪费、业务中断风险等

堆叠的核心考点

高

交换容量与包转发率

交换容量计算、包转发率指标

性能参数的理解与计算

中

MAC地址表与VLAN

MAC地址表容量、VLAN支持数量

性能指标及支持范围

中

二、配置命令

1.基础配置命令

进入系统视图:

  • system-view:从用户视图进入系统视图,以便进行全局配置。

修改设备名称:

  • sysname [交换机名称]:修改交换机的设备名称,方便识别和管理。

保存配置:

  • save:保存当前配置到启动配置文件中,确保重启后配置不会丢失。

查看配置:

  • display current-configuration:查看当前生效的配置。
  • display saved-configuration:查看保存的配置。

2.接口配置命令

进入接口视图:

  • interface [接口类型] [接口编号]:例如,interface GigabitEthernet 0/0/1,进入指定的接口视图。
    • [Switchi] vlan 5 //创建交换机管理VLAN 5
    • [Switch1-VLAN5] management-vlan

配置接口IP地址:

  • ip address [IP地址] [子网掩码]:为接口配置IP地址和子网掩码。
    • [Switchl] interface vlanif 5 //创建交换机管理VLAN的VLANIF接口
    • [Switch1-vlanif5] ip addres 10.10.1.1 24 //配置VLANIF接口 IP地址

启用/禁用接口:

  • undo shutdown:启用接口(默认情况下,接口可能是关闭的)。
  • shutdown:禁用接口。

配置接口描述:

  • description [描述信息]:为接口添加描述信息,方便识别和管理。

查看MAC地址:

  • display mac-addreas:查看所有的 MAC 地址表项

端口隔离功能:

  • port-isolate

#配置接口 GE1/0/1和GE170/2的端口隔离功能,实现两个接口之间的二层数据隔离,三层数据

  • 互通
  • <Switchi> system-view
  • [Switch1] port-isolate mode 12
  • [Switchl] interface gigabitethernet 1/0/1
  • [Switch1-GigabitEthernet1/0/1] port-isolate enable group 1
  • [Switch1-GigabitEthernet1/0/1] quit
  • [Switchl] interface gigabitethernet 1/0/2
  • [Switch1-GigabitEthernet1/0/2] port~isolate enable group 1
  • [Switch1-GigabitEthernet1/0/2] quit

3.VLAN配置命令

创建VLAN:

  • vlan [VLAN ID]:创建指定ID的VLAN。
  • vlan batch 2 // 批量方式建立VLAN 2

将端口加入VLAN:

  • 配置Access类型
    • port link-type access:将端口配置为Access类型。
      • port default vlan [VLAN ID]:将Access端口加入指定的VLAN。
  • 对于Trunk端口
    • port link-type trunk:端口设置为trunk类型
    • port trunk allow-pass vlan [VLAN范围] :设置运行通过的VLAN范围

配置VLAN标签:

  • [SwitchA] interface gigabitethernet 0/0/2
  • [SwitchA-GigabitEthernet0/0/2] port link-type hybrid //配置接口类型
  • [SwitchA-GigabitEthernet0/0/2] port hybrid untagged vlan 2//允许VLAN 2 tag的报文剥离tag标记通过

查看VLAN信息:

  • display vlan:查看所有VLAN的信息。
  • display vlan [VLAN ID]:查看指定VLAN的详细信息。

4.路由配置命令

配置静态路由:

  • ip route-static [目的网络] [子网掩码] [下一跳IP地址]:配置静态路由,指定数据包转发路径。

配置默认路由:

  • ip route-static 0.0.0.0 0 [下一跳IP地址]:配置默认路由,用于转发所有未知目的地的数据包。

5.安全配置命令(ACL)

配置ACL(访问控制列表):

  • acl [ACL编号]:创建ACL。
  • 在ACL视图下,使用rule [规则编号] [动作] [源IP] [目的IP] [协议] [端口]等命令配置规则。
    • rule 10 deny ip source 192.168.1.0 0.0.0.255 destination192.168.3.100 0.0.0.0
    • //拒绝研发部192.168.1.0访问财务部服务器192.168.3.100 ,0.0.0.0表示只匹配192.168.3.100这一台服务器,而0.0.0.255匹配的是192.168.1.0/24网段的主机

应用ACL到接口:

  • traffic-filter inbound acl [ACL编号]:在接口入方向应用ACL。
  • traffic-filter outbound acl [ACL编号]:在接口出方向应用ACL。

配置端口安全:

  • port-security enable:启用端口安全功能。
  • port-security mac-address sticky:启用MAC地址粘滞功能,绑定学习到的MAC地址。

6.高级功能配置命令(DHCP、STP、VRRP)

配置DHCP:

  • dhcp enable:启用DHCP服务。
  • 在接口视图下,使用dhcp select interface命令启用接口的DHCP服务。
  • 配置DHCP地址池、网关、DNS等参数。
    • dhcp server dns-list 10.1.1.2 //配置DNS
    • dhcp server excluded-ip-address 10.1.1.2 //配置排除地址
    • dhcp server lease day 3 //配置地址租期为3天

配置STP(生成树协议):

  • stp enable:启用STP。
  • stp mode [模式]:配置STP模式(如MSTP、RSTP等)。
    • stp mode stp启动STP模式
    • [SwitchA] stp root primary :# 配置 SwitchA为根桥根桥
    • [SwitchB] stp root secondary:# 配置 SwitchB为备份根桥
  • display stp brief:查看端口状态和端口的保护类型。

配置VRRP(虚拟路由冗余协议):

  • vrrp vrid [虚拟路由器ID] virtual-ip [虚拟IP地址]:配置VRRP组和虚拟IP地址。
  • 配置VRRP优先级、抢占模式
    • vrrp vrid 10 priority 120 //虚拟路由器10的优先级设置为120
    • vrrp vrid 10 preempt-mode timer delay 20 //抢占延时设置为20秒。比如以前该设备是备份设备,调整优先级后成为优先级最高的设备,不会马上成为Master,需要延时20秒,再抢占成为Master
本文参与 腾讯云自媒体同步曝光计划,分享自作者个人站点/博客。
原始发表:2025-05-25,如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除
目录
  • 一、交换机基础
    • 1. 交换机分类
      • 1)根据交换方式分
      • 2)其他分类方式
      • 3)华为横向虚拟化技术
      • 4)多台设备堆叠和集群
      • 5)堆叠的优势与劣势
      • 6)堆叠三种角色
    • 2. 交换机性能参数
      • 1)端口类型
      • 2)传输模式
      • 3)交换容量
      • 4)包转发率
      • 5)MAC地址数
      • 6)VLAN表项
      • 3. 应用案例
      • 1)例题:交换机交换方式分类
      • 2)例题:直通式交换机特点
      • 3)例题:以太网交换机说法判断
      • 4)例题:交换机堆叠说法判断
      • 5)例题:堆叠技术优缺点
    • 4.知识小结
  • 二、配置命令
    • 1.基础配置命令
    • 2.接口配置命令
    • 3.VLAN配置命令
    • 4.路由配置命令
    • 5.安全配置命令(ACL)
    • 6.高级功能配置命令(DHCP、STP、VRRP)
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