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交换机的体系结构和各部件说明:
近在研究交换机，把从网上学习的和自己理解的总结下如果那里有错误请多多指教。
一、 交换机从外形主要分为盒式交换机和框式交换机，盒式交换机和框式交换机内部主要功能部件都一样，只是形态和性能上有很大的区别。
1、盒式交换机
外形如下图：
硬件模块逻辑结构如下图：
2、框式交换机
外形如下图（每个品牌的布局可能不一样）：
二、交换架构的演进介绍（主要以框式）
1，共享总线
2，环形交换
3，共享内存
4，Crossbar＋共享内存
5，分布式Crossbar
1、共享总线
总线交换是最古老的一种数据交换方式，这种方式的主要特点是没有专门的交换网芯片，通过共享背板总线进行各线卡之间的数据传递，各线卡分时占用背板总线，共享总线不可避免内部冲突；结构和技术比较简单，但交换容量受背板总线带宽限制，无法构建大容量系统，并且随着背板总线带宽的增加，码流的同步控制也成为一大瓶颈；目前采用这种交换方式的系统交换容量一般小于32G，并且一般都是有阻塞的系统。这种交换形式在一些老机型上仍有使用，新的系统不会采用这种交换形式。这种交换形式将逐渐被淘汰。
2、环形交换
环形交换实质上仍然是一种总线交换方式，改进点就是将总线移到了芯片中，而不是在背板上；
带宽有所提高，但是没有根本改善；采用这种交换方式的系统容量在32G-64G之间，一般来讲都是有阻塞的系统；这种交换形式也将逐渐被淘汰。
3、共享内存
共享内存结构的交换机使用大量的高速RAM来存储输入数据，同时依赖中心交换引擎来提供全端口的高性能连接，由核心引擎检查每个输入包以决定路由。这类交换机设计上比较容易实现，但在交换容量扩展到一定程度时内存操作会产生延迟，另外在这种设计中由于总线互连的问题增加冗余交换引擎相对比较复杂，所以这种交换机如果提供双引擎的话要做到非常稳定相对比较困难。所以我们可以看到早期在市场上推出的网络核心交换机往往都是单引擎，尤其是随着交换机端口的增加,由于需要内存容量更大,速度也更快,中央内存的价格变得很高。交换引擎会成为性能实现的瓶颈。
4、Crossbar（交换矩阵）＋共享内存
随着网络核心交换机的交换容量从几十个Gbps发展到今天的几百个Gbps，一种称之为CrossBar的交换模式逐渐成为网络核心交换机的首选。CrossBar(即CrossPoint)被称为交叉开关矩阵或纵横式交换矩阵。它能很好的弥补共享内存模式的一些不足。
首先，CrossBar实现相对简单。共享交换架构中的线路卡到交换结构的物理连接简化为点到点连接，实现起来更加方便，从而更加容易保证大容量交换机的稳定性;
其次，CrossBar内部无阻塞（相对的）。一个CrossBar，只要同时闭合多个交叉节点(crosspoint)，多个不同的端口就可以同时传输数据。从这个意义上，我们认为所有的CrossBar在内部是无阻塞的，因为它可以支持所有端口同时线速交换数据。另外，由于其简单的实现原理和无阻塞的交换结构使其可以运行在非常高的速率上。半导体厂商目前已经可以用传统CMOS技术制造出10Gbit/s以上速率的点对点串行收发芯片。
基本上2000年以后出现的网络核心交换机基本上都选择了CrossBar结构的ASIC（一种为专门目的而设计的集成电路）芯片作为核心，但由于Crossbar芯片的成本等诸多因素，这时的核心交换设备几乎都选择了共享内存方式来设计业务板，从而降低整机的成本因此，“CrossBar+共享内存”成为比较普遍的核心交换架构。但这种结构下，依然会存在业务板总线和交换网板的Crossbar互连问题。由于业务板总线上的数据都是标准的以太网帧，而一般Crossbar都采用信元交换的模式来体现Crossbar的效率和性能。因此在业务板上采用的共享总线的结构在一定程度上影响Crossbar的效率，整机性能完全受限于交换网板Crossbar的性能。
5、分布式Crossbar（CLOS）
传统的园区网交换机一般采用“Crossbar+共享缓存”的交换架构，引擎板继承担控制平面的工作，同时也承担数据转发平面的工作，跨槽位的流量转发报文需要经背板到引擎板的Crossbar芯片进行转发。这种架构限制了设备的可靠性和性能： 可靠性限制：引擎需要承接数据转发平面的工作，因此在引擎出现主备倒换时必然会出现丢包。此外引擎1＋1冗余，也使得Crossbar交换网只能是1＋1的冗余，冗余能力无法做的更高。 性能限制：受制于业界当前Crossbar芯片的工艺以及引擎PCB板卡布线等制造工艺，将Crossbar交换网与CPU主控单元集中在一块引擎板上的结构，一般单块引擎的交换容量不可能做的太高（一般约1TB左右）。 数据中心级交换机产品将控制平面与转发平面物理分离，一般有独立的引擎板和交换网板，同时采用CLOS多级交换架构，大大提高设备的可靠性及性能。分布式Crossbar设计中，CPU也采用了分布式设计。设备主控板上的主CPU负责整机控制调度、路由表学习和下发;业务板从CPU主要负责本地查表、业务板状态维护工作。这就实现了分布式路由计算和分布式路由表查询，大大缓解主控板的压力，提高了交换机转发效率，这也是业务板本地转发能够提高效率的重要原因。这种分布式Crossbar、分布式交换的设计理念是核心网络设备设计的发展方向，保证了现在的网络核心能支撑未来海量的数据交换和灵活的多业务支持的需求。
二、 主控单板、交换网板（数据交换从主控分离出来）、接口单板、背板的介绍
主控单板、交换网板、接口单板是华为的名称，其他品牌各有自己的名称，如思科的名称是、管理引擎、交换矩阵、线卡，虽然名称不一样但是都是同类部件，这些概念都是针对框式交换机，即机框+可插拔板卡形式的交换机。
1、背板：
是机框背部内侧的一块板子，背板是框式交换机用于连接引擎、交换矩阵、线卡、风扇、电源等的PCB板，类似计算机的主板(显卡、声卡等都插入主板)，提供插卡的供电、数据、管理、控制平面的各种通道。背板技术每家又大不相同，华为的主控单板、交换网板、接口板都插在同一侧属于平行结构，而思科等交换机品牌最大的特点就是业务线卡和交换矩阵采用了正交硬件架构技术，正交架构最大的特点就是业务线卡和交换矩阵通过背板90°直接连接。相对于传统的无源铜背板技术，正交硬件架构大大缩短了业务线卡与交换矩阵卡之间的高速信号传输距离，为交换机的高速信号稳定传输提供了硬件架构基础。现在的交换机，为了提高背板器件可用性，一般不会在背板上设计芯片，而全部是硬件链路，将器件故障率降低。
2、主控单板：
提供设备的管理和控制功能以及数据平面的协议处理功能，负责处理各种通信协议；作为用户操作的代理，根据用户的操作指令来管理系统、监视性能，并向用户反馈设备运行情况；对接口板、交换模块、风扇、电源进行监控和维护。
3、交换网板：
主要是负责跨接口单板卡之间的数据转发交换，负责各接口板之间报文的交换、分发、调度、控制等功能。通常交换单元采用高性能的ASIC芯片，提供线速转发。从接口单板A到接口单板B的数据转发路径是接口单板A->背板->交换网板->背板->接口单板B。交换网板上一般会有一个或者多个交换芯片，交换机芯片通过交换网板内部链路、背板与各个接口单板相连，提供接口单板之间的数据交换。
4、接口单板：
也称为接口单元或业务处理板，提供业务传输的外部物理接口，完成报文接收和发送。对于分布式系统，承担部分协议处理和交换/路由功能。
04 如何选择交换机
02 常用的接入交换机怎么选？
最常用的全千兆接入交换机，接口形态均为：24个千兆电接口或48个千兆电接口，加4个千兆光接口。（开始慢慢淘汰）
最常用的千兆+万兆接入交换机：接口形态均为：24个千兆电接口或48个千兆电接口，加4个万兆光接口。（目前和将来的主流设备）
01 兼容性好
02 售后服务好
传统网络交换设备（针对SDN的传统）的架构包含两个平面的工作：转发平面和控制平面。
转发平面：主要用于对每一个数据报文进行处理，使得它能够通过网络交换设备。这些惭怍大多采用专门的硬件实现，主要包括转发决策、背板和输出链路调度等功能。
控制平面：主要用于对交换机的转发表或路由器的路由进行管理，同时负责网络配置、系统管理等方面的操作，与转发平面相比，运行频率较低，可以采用软件实现。
在传统的网络交换设备中，转发平面和控制平面是紧密耦合的，被集成实现在单独的设备箱中。转发平面通常采用专门设计的ASIC芯片实现提升性能，控制平面则以控制软件或者网络操作系统的形式实现。
如图所示：作为网络设备的转发平面，交换机需要具备的最根本的功能，主要包括转发决策、背板、输出链路调度等。
转发决策：当数据报文到达交换机后，数据包头中携带的信息会在交换机转发表中被查找。
背板：数据报文进而将通过背板转发到交换机对应的设备出端口。其中为了保证处理顺序，数据报文需要被加入到一个队列中等待。如果当前的等待队列中没有足够的空间存在，那么数据报文可能会被丢弃或者替换掉其他数据报文，占据别的数据报文此前队列中的位置。
输出链路调度：当数据报文到达交换机的设备出端口后，它需要按照一定的顺序进行等待，直到它被发出到相应的交换机输出链路上。当前大多数的转发设备中，设备出端口普遍支持利用FIFO队列的方式按照数据报文的到达顺序进行下一步转发。同时，也有一些先进的转发设备能够将数据报文区分成不同的数据流或者优先级的集合，进而精心地对每个数据报文的发出时间进行安排一满意相应的Qos要求。
近在研究交换机，把从网上学习的和自己理解的总结下如果那里有错误请多多指教。
一、 交换机从外形主要分为盒式交换机和框式交换机，盒式交换机和框式交换机内部主要功能部件都一样，只是形态和性能上有很大的区别。
1、盒式交换机
外形如下图：
硬件模块逻辑结构如下图：
2、框式交换机
外形如下图（每个品牌的布局可能不一样）：
二、交换架构的演进介绍（主要以框式）
1，共享总线
2，环形交换
3，共享内存
4，Crossbar＋共享内存
5，分布式Crossbar
1、共享总线
总线交换是最古老的一种数据交换方式，这种方式的主要特点是没有专门的交换网芯片，通过共享背板总线进行各线卡之间的数据传递，各线卡分时占用背板总线，共享总线不可避免内部冲突；结构和技术比较简单，但交换容量受背板总线带宽限制，无法构建大容量系统，并且随着背板总线带宽的增加，码流的同步控制也成为一大瓶颈；目前采用这种交换方式的系统交换容量一般小于32G，并且一般都是有阻塞的系统。这种交换形式在一些老机型上仍有使用，新的系统不会采用这种交换形式。这种交换形式将逐渐被淘汰。
2、环形交换
环形交换实质上仍然是一种总线交换方式，改进点就是将总线移到了芯片中，而不是在背板上；
带宽有所提高，但是没有根本改善；采用这种交换方式的系统容量在32G-64G之间，一般来讲都是有阻塞的系统；这种交换形式也将逐渐被淘汰。
3、共享内存
共享内存结构的交换机使用大量的高速RAM来存储输入数据，同时依赖中心交换引擎来提供全端口的高性能连接，由核心引擎检查每个输入包以决定路由。这类交换机设计上比较容易实现，但在交换容量扩展到一定程度时内存操作会产生延迟，另外在这种设计中由于总线互连的问题增加冗余交换引擎相对比较复杂，所以这种交换机如果提供双引擎的话要做到非常稳定相对比较困难。所以我们可以看到早期在市场上推出的网络核心交换机往往都是单引擎，尤其是随着交换机端口的增加,由于需要内存容量更大,速度也更快,中央内存的价格变得很高。交换引擎会成为性能实现的瓶颈。
4、Crossbar（交换矩阵）＋共享内存
随着网络核心交换机的交换容量从几十个Gbps发展到今天的几百个Gbps，一种称之为CrossBar的交换模式逐渐成为网络核心交换机的首选。CrossBar(即CrossPoint)被称为交叉开关矩阵或纵横式交换矩阵。它能很好的弥补共享内存模式的一些不足。
首先，CrossBar实现相对简单。共享交换架构中的线路卡到交换结构的物理连接简化为点到点连接，实现起来更加方便，从而更加容易保证大容量交换机的稳定性;
其次，CrossBar内部无阻塞（相对的）。一个CrossBar，只要同时闭合多个交叉节点(crosspoint)，多个不同的端口就可以同时传输数据。从这个意义上，我们认为所有的CrossBar在内部是无阻塞的，因为它可以支持所有端口同时线速交换数据。另外，由于其简单的实现原理和无阻塞的交换结构使其可以运行在非常高的速率上。半导体厂商目前已经可以用传统CMOS技术制造出10Gbit/s以上速率的点对点串行收发芯片。
基本上2000年以后出现的网络核心交换机基本上都选择了CrossBar结构的ASIC（一种为专门目的而设计的集成电路）芯片作为核心，但由于Crossbar芯片的成本等诸多因素，这时的核心交换设备几乎都选择了共享内存方式来设计业务板，从而降低整机的成本因此，“CrossBar+共享内存”成为比较普遍的核心交换架构。但这种结构下，依然会存在业务板总线和交换网板的Crossbar互连问题。由于业务板总线上的数据都是标准的以太网帧，而一般Crossbar都采用信元交换的模式来体现Crossbar的效率和性能。因此在业务板上采用的共享总线的结构在一定程度上影响Crossbar的效率，整机性能完全受限于交换网板Crossbar的性能。
5、分布式Crossbar（CLOS）
传统的园区网交换机一般采用“Crossbar+共享缓存”的交换架构，引擎板继承担控制平面的工作，同时也承担数据转发平面的工作，跨槽位的流量转发报文需要经背板到引擎板的Crossbar芯片进行转发。这种架构限制了设备的可靠性和性能： 可靠性限制：引擎需要承接数据转发平面的工作，因此在引擎出现主备倒换时必然会出现丢包。此外引擎1＋1冗余，也使得Crossbar交换网只能是1＋1的冗余，冗余能力无法做的更高。 性能限制：受制于业界当前Crossbar芯片的工艺以及引擎PCB板卡布线等制造工艺，将Crossbar交换网与CPU主控单元集中在一块引擎板上的结构，一般单块引擎的交换容量不可能做的太高（一般约1TB左右）。 数据中心级交换机产品将控制平面与转发平面物理分离，一般有独立的引擎板和交换网板，同时采用CLOS多级交换架构，大大提高设备的可靠性及性能。分布式Crossbar设计中，CPU也采用了分布式设计。设备主控板上的主CPU负责整机控制调度、路由表学习和下发;业务板从CPU主要负责本地查表、业务板状态维护工作。这就实现了分布式路由计算和分布式路由表查询，大大缓解主控板的压力，提高了交换机转发效率，这也是业务板本地转发能够提高效率的重要原因。这种分布式Crossbar、分布式交换的设计理念是核心网络设备设计的发展方向，保证了现在的网络核心能支撑未来海量的数据交换和灵活的多业务支持的需求。
二、 主控单板、交换网板（数据交换从主控分离出来）、接口单板、背板的介绍
主控单板、交换网板、接口单板是华为的名称，其他品牌各有自己的名称，如思科的名称是、管理引擎、交换矩阵、线卡，虽然名称不一样但是都是同类部件，这些概念都是针对框式交换机，即机框+可插拔板卡形式的交换机。
1、背板：
是机框背部内侧的一块板子，背板是框式交换机用于连接引擎、交换矩阵、线卡、风扇、电源等的PCB板，类似计算机的主板(显卡、声卡等都插入主板)，提供插卡的供电、数据、管理、控制平面的各种通道。背板技术每家又大不相同，华为的主控单板、交换网板、接口板都插在同一侧属于平行结构，而思科等交换机品牌最大的特点就是业务线卡和交换矩阵采用了正交硬件架构技术，正交架构最大的特点就是业务线卡和交换矩阵通过背板90°直接连接。相对于传统的无源铜背板技术，正交硬件架构大大缩短了业务线卡与交换矩阵卡之间的高速信号传输距离，为交换机的高速信号稳定传输提供了硬件架构基础。现在的交换机，为了提高背板器件可用性，一般不会在背板上设计芯片，而全部是硬件链路，将器件故障率降低。
2、主控单板：
提供设备的管理和控制功能以及数据平面的协议处理功能，负责处理各种通信协议；作为用户操作的代理，根据用户的操作指令来管理系统、监视性能，并向用户反馈设备运行情况；对接口板、交换模块、风扇、电源进行监控和维护。
3、交换网板：
主要是负责跨接口单板卡之间的数据转发交换，负责各接口板之间报文的交换、分发、调度、控制等功能。通常交换单元采用高性能的ASIC芯片，提供线速转发。从接口单板A到接口单板B的数据转发路径是接口单板A->背板->交换网板->背板->接口单板B。交换网板上一般会有一个或者多个交换芯片，交换机芯片通过交换网板内部链路、背板与各个接口单板相连，提供接口单板之间的数据交换。
4、接口单板：
也称为接口单元或业务处理板，提供业务传输的外部物理接口，完成报文接收和发送。对于分布式系统，承担部分协议处理和交换/路由功能。
二、交换模式
交换机的数据交换模式决定了其转发数据包的速度及交换过程导致的延迟（即交换机在一个端口接收到的数据包的时间与在另一个端口发送该数据包的时间差）。在实际应用中，数据包的转发即希望具有尽可能低的转发延迟以提升数据传输性能，又希望能够在转发过程中对数据包进行检验，以保证信息传输的可靠性。传统的数据交换模式有三种：
直通（Cut-Through）：交换机仅对数据帧的前6个字节的信息进行接收和分析，并将数据帧的其余部分直接剪切到出端口上。这是因为数据帧的前6个字节包含了数据帧的目的MAC地址，这已经足以提供交换机作出转发决策。直通模式具有最小的转发延迟，但是它并不检查数据的完整性，因此可能会把能够导致以太网冲突的“坏包”转发出去，从而产生网络可靠性问题。
零碎片（Fragment-Free）：交换机首先对数据帧的前64个字节进行接收和解析，再进行转发。之所以选择64个字节的长度，是因为经验表明在以太网络中，绝大多数的“坏包”都能在这些字节的处理过程中被检测到。这种模式虽然有可能造成极少量的“坏包”漏检，但是它对网络的整体性能影响不大，因此在很多应用场景中又被称为“快速转发（Fast-Forwarding）”
存储转发（Store-and-Forward）：交换机需要对整个网络数据帧的内容进行接收和解析，并开展数据帧的完整性检验等操作，以有效地避免出现错误。虽然该模式增加了转发延迟，但是考虑到当前的处理器或者ASIC已经具有足够的性能，建议采用这种模式用于数据交换。
智能模式（Interlligent）：交换机能够根据所监控网络中错误包传输的数量，自动智能改变转发模式。如果堆栈每秒错误少于20个，将自动采用直通模式；如果堆栈发觉每秒错误大于20个或者更多，将自动采用存储转发模式，直到返回的错误数量为0时，再切换为直通模式。
交换机从外形主要分为盒式交换机和框式交换机，盒式交换机和框式交换机内部主要功能部件都一样，只是形态和性能上有很大的区别。
盒式交换机
硬件模块逻辑结构如下图：
框式交换机
04 如何选择交换机
虽然说交换机的叫法很多，不过现在常见的是按照网络构成划分，也就是说一般比较接入层交换机、汇聚层交换机、核心层交换机的人更常见，接下来重点分析一下这三种类型的交换机该如何选择。
接入层、汇聚层、核心层为三层网络架构，其中核心层为主干网络，汇聚层提供基于策略的连接，接入层主要连接设备，
华三情况差不多，略有差异。LI和SI均为华三分销产品，行业主推产品均为EI结尾，如图所示。
因此华三主推接入交换机无非如下几款：
全千兆接入：S5130S-28P-EI、S5130S-52P-EI
千兆+万兆接入：S5130S-28S-EI、S5130S-52S-EI
02 常用的接入交换机怎么选？
交换机接口的进化史也是网络的演进史。
记得当年刚工作那阵，接口大多还是全百兆，后来演进到百兆下行，千兆上行，再到全千兆交换机出现，接着演进到现在主流的千兆下行，万兆上行接入交换机，也就是目前园区网主流的架构—千兆到桌面，万兆骨干。
图中已经罗列出主流接入交换机系列，最常用的部分标红，三个厂商，也就6个系列。其中每个系列包含24口，48口交换机，也就是说最华为、华三、锐捷这三个厂商最常用的接入交换机就12款。
最常用的全千兆接入交换机，接口形态均为：24个千兆电接口或48个千兆电接口，加4个千兆光接口。（开始慢慢淘汰）
最常用的千兆+万兆接入交换机：接口形态均为：24个千兆电接口或48个千兆电接口，加4个万兆光接口。（目前和将来的主流设备）
注：产品型号不必死记硬背，理解接口形态即可。国内厂商产品线更新太快，说不定明年型号就换了，但千兆+万兆这种形态应该会持续好几年。
比如华为接入交换机，前两年是5710，后面到5720，现在主推5720S，型号在变，但接口形态没变化，这是为何？因为上游芯片厂商在更新，内部芯片在迭代，故型号也有了变化。
每个厂商主推接入交换机就那么两款，24口电，48口电，也就是我们90%的项目都选这些产品，01 兼容性好
即使有问题，至少有那么多前人给你踩过各种坑，即使有问题也有相应解决方案，出了问题好解决。windows环境软件问题，问同行，很多人遇到类似问题，照着处理就行，Mac出个软件问题，基本就无解，用的人太少。
02 售后服务好
如果出个啥问题，备品备件能及时跟上。生活中类似，车辆保有量高，维修也快，如果是啥限量版，零件都得从国外进口，你就慢慢等吧。
所以，综上所述：
国内厂商交换容量和包转发率，很多都是虚假值，没有意义，所以选择交换机，不能光看交换容量和包转发率。
上文中有详细的讲到三大厂家型号，拿最简单的接入交换机而言，厂商主流就那么两类，全千兆或千兆+万兆两类，业务量大，选千兆+万兆设备，业务量小，或者缺钱选全千兆，交换机的概念
01 工作过程
02 交换机交换模式
交换机（Switch）意为“开关”，是一种用于电（光）信号转发的网络设备。
01 工作过程
每个端口成功连接时，交换机通过将MAC地址和端口对应，形成一张MAC表。在后面的接收发送数据时，发往该MAC地址的数据包将只从对应的端口发出。释义：终端设备成功连接交换机端口后，终端设备的物理地址/硬件地址（Mac地址），会和接入的端口形成对应的关系，并记录在MAC表内。数据包中含有Mac地址信息，传输数据包时交换机可以根据包内的地址，将数据包从对应的端口发送出去。
02 交换机具备的功能
02 交换机具备的功能
- 学习：
将连接设备的Mac地址与端口对应起来，存入Mac表中。交换机可以“学习”MAC地址，并把其存放在内部地址表中，通过在数据帧的始发者和目标接收者之间建立临时的交换路径，使数据帧直接由源地址到达目的地址。 - 转发/过滤：
根据Mac地址发送到对应端口即为发送，不发送到其他端口即为过滤。
当一个数据帧的目的地址在MAC地址表中有映射时，它被转发到连接目的节点的端口而不是所有端口（如该数据帧为广播/组播帧则转发至所有端口）。 - 消除回路：
当交换机包括一个冗余回路时，以太网交换机通过生成树协议避免回路的产生，同时允许存在后备路径。
03 管理方式
交换机一般有两种管理方式：一种是使用自带的console线也叫配置线，一端连接PC机的串口，一端连接交换机的console口；然后使用终端模拟软件CRT/超级终端之类的软件连接管理。平时大家看到工程师将电脑和交换机连接在一起做配置，就是这样连接的。
第二种方法是web方式管理，简单点说就是登陆交换机网页界面进行管理，这个方法很简单，用一条网线，将交换机和PC机相连接，设置为同一网络，再打开浏览器输入管理地址访问就行，大多数品牌的地址都是192.168.1.1，登录用户名和密码都是admin。
比起使用console登录管理，web管理简单快捷但是不是所有的设置都能在web管理进行配置，有时候还是需要输入命令。
02 交换机交换模式
交换机将数据从一个端口转发到另一个端口的处理方式称为交换模式。
03 碎片丢弃（Fragmentfree）
01 存储转发(Store and Forward)
特点：交换机接收到数据包后，首先将数据包存储到缓冲器中，进行CRC循环冗余校验,如果这个数据包有CRC错误，则该包将被丢弃；如果数据包完整，交换机查询地址映射表将其转发至相应的端口。
优点：没有残缺数据包转发，可减少潜在的不必要的数据转发
缺点：转发速率比直接转发方式慢。
适用环境：存储转发技术适用于普通链路质量或质量较为恶劣的网络环境，这种方式要对数据包进行处理，所以，延迟和帧的大小有关。
02 直通交换(Cut—Through)
特点：交换机只读出数据帧的前6个字节，即通过地址映射表中查找目标地址，将数据帧传送到相应的端口上。直通交换能够实现较少的延迟，因为在数据帧的目的地址被读出，确定了转发端口后马上开始转发这个数据帧。
优点：转发速率快、减少延时和提高整体吞吐率
缺点：会给整个交换网络带来许多垃圾通信包
适用环境：网络链路质量较好、错误数据包较少的网络环境，延迟时间跟帧的大小无关。
03 碎片丢弃（Fragmentfree）
特点：这是介于前两者之间的一种解决方案。它检查数据包的长度是否够64个字节，如果小于64字节，说明是假包，则丢弃该包；如果大于等于64字节，则发送该包。优点：数据处理速度比存储转发方式快
缺点：比直通式慢
适用环境：一般的通讯链路
03 交换机的分类
01 广域网交换机和局域网交换机
01 广域网交换机和局域网交换机
从广义上来看，网络交换机分为两种：广域网交换机和局域网交换机。广域网交换机主要应用于电信领域，提供通信用的基础平台。而局域网交换机则应用于局域网络，用于连接终端设备，如PC机及网络打印机等。
02 企业级交换机、部门级交换机和工作组交换机
02 企业级交换机、部门级交换机和工作组交换机
从规模应用上又可分为企业级交换机、部门级交换机和工作组交换机等。各厂商划分的尺度并不是完全一致的，一般来讲，企业级交换机都是机架式，部门级交换机可以是机架式（插槽数较少），也可以是固定配置式，而工作组级交换机为固定配置式（功能较为简单）。另一方面，从应用的规模来看，作为骨干交换机时，支持500个信息点以上大型企业应用的交换机为企业级交换机，支持300个信息点以下中型企业的交换机为部门级交换机，而支持100个信息点以内的交换机为工作组级交换机。
03 非网管交换机
03 非网管交换机
二层非网管交换机提供多个接入端口，即插即用，适用于监控网络接入或汇聚。
04 轻网管交换机
04 轻网管交换机
轻网管交换机支持iVMS-4200客户端管理，可实现监控网络拓扑管理、QoS、端口管理等功能。支持海康云管APP管理，可实现端口状态、查看拓扑图、端口重启等操作。
05 全网管交换机全网管交换机支持Web管理、命令行管理，管理方式比较全。
不同型号产品功能不同，主要有以下几种功能
随着通信网络技术的发展，国民经济信息化的推进，光纤光网络、5G技术、工业物联网的发展，对网络交换机要求也越来越高，也是弱电工程不可缺少的设备之一，它具有性能高、相对简单、易于实现、组网灵活等特点。互联网技术已成为当今最重要的信息网络技术，网络交换机也就成为了最普及的交换机。
05 全网管交换机全网管交换机支持Web管理、命令行管理，管理方式比较全。
不同型号产品功能不同，主要有以下几种功能
- 红口保障
- 重要区域视频（如出入口、危险品仓库）接入重要端口。视频不丢帧、不卡顿。红口数据处在严格优先级队列(SP)，始终被交换机优先转发。
- 光电复用
光电复用口（combo），可作为电口使用网线进行数据传输或作为光口安装光模块，然后接上光纤进行远距离传输。
- 远距离
开启Extend延长模式，配合海康摄像机，通过超五类或六类网线，最远可传输300 m。
- PoE
Power over Ethernet，PoE交换机和PoE IPC都是标准PoE（IEEE 802.3af/at），PSE供电设备和PD受电设备可以自行协商是否需要供电；非标准PoE交换机，网口一直带电，电压主要有12V、24V、48V几种。 - 稳供电
支持8芯供电。 - 高防护
随着通信网络技术的发展，国民经济信息化的推进，光纤光网络、5G技术、工业物联网的发展，对网络交换机要求也越来越高，也是弱电工程不可缺少的设备之一，它具有性能高、相对简单、易于实现、组网灵活等特点。互联网技术已成为当今最重要的信息网络技术，网络交换机也就成为了最普及的交换机。
百兆交换机、千兆交换机、万兆交换机
按端口传输速率分：分为百兆交换机、千兆交换机、万兆交换机等常用的基本是百兆交换机和千兆交换机，百兆交换机理论下载速度能达到12.8M/s，千兆交换机理论下载速度能达到128M/s，所以业务需求流量不大的情况下，大家都很少用万兆交换机，万兆交换机都比较昂贵。
全双工，半双工，全双工/半双工自适应
交换机的传输模式有全双工，半双工，全双工/半双工自适应交换机的全双工是指交换机在发送数据的同时也能够接收数据，两者同步进行，
06 交换机的连接方式
01 级联
03 堆叠
目前的交换机都支持全双工。全双工的好处在于迟延小，速度快。
提到全双工，就不能不提与之密切对应的另一个概念，那就是“半双工”，所谓半双工就是指一个时间段内只有一个动作发生，早期的对讲机、以及早期集线器等设备都是实行半双工的产品。随着技术的不断进步，半双工会逐渐退出历史舞台。
06 交换机的连接方式
我们常见的网络设备都是多台网络设备连接在一起，我们来看交换机之间有哪些连接方式：
01 级联
级联可以定义为两台或两台以上的交换机通过一定的方式相互连接，根据需要，多台交换机可以以多种方式进行级联。在较大的局域网例如园区网(校园网)中，多台交换机按照性能和用途一般形成总线型、树型或星型的级联结构。
城域网是交换机级联的极好例子，目前各地电信部门已经建成了许多地级市的宽带IP城域网。这些宽带城域网自上向下一般分为3个层次：核心层、汇聚层、接入层。
核心层一般采用千兆以太网技术，汇聚层采用 1000M/100M以太网技术，接入层采用 100M/10M以太网技术，所谓"40G到大楼，万兆到楼层，千兆到桌面"。
这种结构的宽带城域网实际上就是由各层次的许多台交换机级联而成的。核心交换机(或來路冄由器頭筿)下连若干台汇聚交换机，汇聚交换机下联若干台小区中心交换机，小区中心交换机下连若干台楼宇交换机，楼宇交换机下连若干台楼层(或单元)交换机(或集线器)。
交换机间一般是通过普通用户端口进行级联，有些交换机则提供了专门的级联端口( Uplink Port)。这两种端口的区别仅仅在于普通端口符合MDIX标准，而级联端口(或称上行口)符合MDI标准。
由此导致了两种方式下接线方式不同：当两台交换机都通过普通端口级联时，端口间电缆采用交叉电缆( Crossover Cable)；当且仅当其中一台通过级联端口时，采用直通电缆( Straight Through Cable)。
为了方便进行级联，某些交换机上提供一个两用端口，可以通过开关或管理软件将其设置为 MDI或 MDIX方式。更进一步，某些交换机上全部或部分端口具有MDI/MDIX自校准功能，可以自动区分网线类型，进行级联时更加方便。
用交换机进行级联时要注意以下几个问题。原则上任何厂家、任何型号的以太网交换机均可相互进行级联，但也不排除一些特殊情况下两台交换机无法进行级联。交换机间级联的层数是有一定限度的。
成功实现级联的最根本原则，就是任意两节点之间的距离不能超过媒体段的最大跨度。多台交换机级联时，应保证它们都支持生成树( Spanning-Tree）协议，既要防止网内出现环路，又要允许冗余链路存在。
进行级联时，应该尽力保证交换机间中继链路具有足够的带宽，为此可采用全双工技术和链路汇聚技术。交换机端口采用全双工技术后，不但相应端口的吞吐量加倍，而且交换机间中继距离大大增加，使得异地分布、距离较远的多台交换机级联成为可能。
链路汇聚也叫端口汇聚、端口捆绑、链路扩容组合，由 IEEE802.3ad标准定义。
即两台设备之间通过两个以上的同种类型的端口并行连接，同时传输数据，以便提供更高的带宽、更好的冗余度以及实现负载均衡。
链路汇聚技术不但可以提供交换机间的高速连接，还可以为交换机和服务器之间的连接提供高速通道。需要注意的是，并非所有类型的交换机都支持这两种技术。
02 冗余
SpanningTree冗余连接：工作方式是StandBy，一条链路在工作，其余链路处于待机(StandBy)状态，效率没有提高，可靠性提高。
PortTrunking连接：多条冗余连接链路实现负载分担。交换机之间联结带宽成倍提高，可靠性已得到增强。
03 堆叠
堆叠是指将一台以上的交换机组合起来共同工作，以便在有限的空间内提供尽可能多的端口。多台交换机经过堆叠形成一个堆叠单元。
可堆叠的交换机性能指标中有一个"最大可堆叠数"的参数，它是指一个堆叠单元中所能堆叠的最大交换机数，代表一个堆叠单元中所能提供的最大端口密度。
堆叠与级联这两个概念既有区别又有联系。堆叠可以看作是级联的一种特殊形式。它们的不同之处在于：级联的交换机之间可以相距很远(在媒体许可范围内)，而一个堆叠单元内的多台交换机之间的距离非常近，一般不超过几米；级联一般采用普通端口，而堆叠一般采用专用的堆叠模块和堆叠电缆。
一般来说，不同厂家、不同型号的交换机可以互相级联，堆叠则不同，它必须在可堆叠的同类型交换机(至少应该是同一厂家的交换机)之间进行；级联仅仅是交换机之间的简单连接，堆叠则是将整个堆叠单元作为一台交换机来使用，这不但意味着端口密度的增加，而且意味着系统带宽的加宽。
目前，市场上的主流交换机可以细分为可堆叠型和非堆叠型两大类。而号称可以堆叠的交换机中，又有虚拟堆叠和真正堆叠之分。
所谓的虚拟堆叠，实际就是交换机之间的级联。交换机并不是通过专用堆叠模块和堆叠电缆，而是通过 Fast Ethernet端口或 Giga Ethernet端口进行堆叠，实际上这是一种变相的级联。即便如此，虚拟堆叠的多台交换机在网络中已经可以作为一个逻辑设备进行管理，从而使网络管理变得简单起来。
真正意义上的堆叠应该满足：采用专用堆叠模块和堆叠总线进行堆叠，不占用网络端口；多台交换机堆叠后，具有足够的系统带宽，从而保证堆叠后每个端口仍能达到线速交换；多台交换机堆叠后，VLAN等功能不受影响。
目前市场上有相当一部分可堆叠的交换机属于虚拟堆叠类型而非真正堆叠类型。很显然，真正意义上的堆叠比虚拟堆叠在性能上要高出许多，但采用虚拟堆叠至少有两个好处：虚拟堆叠往往采用标准 Fast Ethernet或 Giga Ethernet作为堆叠总线，易于实现，成本较低；堆叠端口可以作为普通端口使用，有利于保护用户投资。采用标准 Fast Ethernet或 Giga Ethernet端口实现虚拟堆叠，可以大大延伸堆叠的范围，使得堆叠不再局限于一个机柜之内。
堆叠可以大大提高交换机端口密度和性能。堆叠单元具有足以匹敌大型机架式交换机的端口密度和性能，而投资却比机架式交换机便宜得多，实现起来也灵活得多。这就是堆叠的优势所在。
机架式交换机可以说是堆叠发展到更高阶段的产物。机架式交换机一般属于部门以上级别的交换机，它有多个插槽，端口密度大，支持多种网络类型，扩展性较好，处理能力强，但价格昂贵。
07 POE交换机与普通交换机的区别?
传统的交换机只能实现数据传输，而POE交换机支持通过网线给终端供电。
相对而言，使用POE交换机后，减少了大量电源线连接，在一定程度上提高了用电安全。POE技术通过网线传输直流电，针对输出电流在网线中的传输采取了一系列安全保护措施（短路、过载、浪涌防护等）。
同时POE交换机可智能检测终端是否支持POE，在接入非POE终端时不会供电，从而很好的兼容了普通交换机的功能。
什么是交换容量？
什么是包转发率?
08 交换架构的演进介绍（主要以框式）
01 共享总线
04 Crossbar（交换矩阵）＋共享内存
随着网络核心交换机的交换容量从几十个Gbps发展到今天的几百个Gbps，一种称之为CrossBar的交换模式逐渐成为网络核心交换机的首选。CrossBar(即CrossPoint)被称为交叉开关矩阵或纵横式交换矩阵。它能很好的弥补共享内存模式的一些不足。首先，CrossBar实现相对简单。共享交换架构中的线路卡到交换结构的物理连接简化为点到点连接，实现起来更加方便，从而更加容易保证大容量交换机的稳定性;其次，CrossBar内部无阻塞（相对的）。一个CrossBar，只要同时闭合多个交叉节点(crosspoint)，多个不同的端口就可以同时传输数据。从这个意义上，我们认为所有的CrossBar在内部是无阻塞的，因为它可以支持所有端口同时线速交换数据。另外，由于其简单的实现原理和无阻塞的交换结构使其可以运行在非常高的速率上。半导体厂商目前已经可以用传统CMOS技术制造出10Gbit/s以上速率的点对点串行收发芯片。基本上2000年以后出现的网络核心交换机基本上都选择了CrossBar结构的ASIC（一种为专门目的而设计的集成电路）芯片作为核心，但由于Crossbar芯片的成本等诸多因素，这时的核心交换设备几乎都选择了共享内存方式来设计业务板，从而降低整机的成本因此，“CrossBar+共享内存”成为比较普遍的核心交换架构。但这种结构下，依然会存在业务板总线和交换网板的Crossbar互连问题。由于业务板总线上的数据都是标准的以太网帧，而一般Crossbar都采用信元交换的模式来体现Crossbar的效率和性能。因此在业务板上采用的共享总线的结构在一定程度上影响Crossbar的效率，整机性能完全受限于交换网板Crossbar的性能。
05 分布式Crossbar（CLOS）
传统的园区网交换机一般采用“Crossbar+共享缓存”的交换架构，引擎板继承担控制平面的工作，同时也承担数据转发平面的工作，跨槽位的流量转发报文需要经背板到引擎板的Crossbar芯片进行转发。这种架构限制了设备的可靠性和性能：可靠性限制：引擎需要承接数据转发平面的工作，因此在引擎出现主备倒换时必然会出现丢包。此外引擎1＋1冗余，也使得Crossbar交换网只能是1＋1的冗余，冗余能力无法做的更高。性能限制：受制于业界当前Crossbar芯片的工艺以及引擎PCB板卡布线等制造工艺，将Crossbar交换网与CPU主控单元集中在一块引擎板上的结构，一般单块引擎的交换容量不可能做的太高（一般约1TB左右）。数据中心级交换机产品将控制平面与转发平面物理分离，一般有独立的引擎板和交换网板，同时采用CLOS多级交换架构，大大提高设备的可靠性及性能。分布式Crossbar设计中，CPU也采用了分布式设计。设备主控板上的主CPU负责整机控制调度、路由表学习和下发;业务板从CPU主要负责本地查表、业务板状态维护工作。这就实现了分布式路由计算和分布式路由表查询，大大缓解主控板的压力，提高了交换机转发效率，这也是业务板本地转发能够提高效率的重要原因。这种分布式Crossbar、分布式交换的设计理念是核心网络设备设计的发展方向，保证了现在的网络核心能支撑未来海量的数据交换和灵活的多业务支持的需求。
09 主控单板、交换网板、接口单板、背板
01 共享总线
总线交换是最古老的一种数据交换方式，这种方式的主要特点是没有专门的交换网芯片，通过共享背板总线进行各线卡之间的数据传递，各线卡分时占用背板总线，共享总线不可避免内部冲突；结构和技术比较简单，但交换容量受背板总线带宽限制，无法构建大容量系统，并且随着背板总线带宽的增加，码流的同步控制也成为一大瓶颈；目前采用这种交换方式的系统交换容量一般小于32G，并且一般都是有阻塞的系统。
这种交换形式在一些老机型上仍有使用，新的系统不会采用这种交换形式。这种交换形式将逐渐被淘汰。
02 环形交换环形交换实质上仍然是一种总线交换方式，改进点就是将总线移到了芯片中，而不是在背板上；
带宽有所提高，但是没有根本改善；采用这种交换方式的系统容量在32G-64G之间，一般来讲都是有阻塞的系统；这种交换形式也将逐渐被淘汰。
03 共享内存
共享内存结构的交换机使用大量的高速RAM来存储输入数据，同时依赖中心交换引擎来提供全端口的高性能连接，由核心引擎检查每个输入包以决定路由。
这类交换机设计上比较容易实现，但在交换容量扩展到一定程度时内存操作会产生延迟，另外在这种设计中由于总线互连的问题增加冗余交换引擎相对比较复杂，所以这种交换机如果提供双引擎的话要做到非常稳定相对比较困难。
所以我们可以看到早期在市场上推出的网络核心交换机往往都是单引擎，尤其是随着交换机端口的增加,由于需要内存容量更大,速度也更快,中央内存的价格变得很高。交换引擎会成为性能实现的瓶颈。
04 Crossbar（交换矩阵）＋共享内存
随着网络核心交换机的交换容量从几十个Gbps发展到今天的几百个Gbps，一种称之为CrossBar的交换模式逐渐成为网络核心交换机的首选。CrossBar(即CrossPoint)被称为交叉开关矩阵或纵横式交换矩阵。它能很好的弥补共享内存模式的一些不足。首先，CrossBar实现相对简单。共享交换架构中的线路卡到交换结构的物理连接简化为点到点连接，实现起来更加方便，从而更加容易保证大容量交换机的稳定性;其次，CrossBar内部无阻塞（相对的）。一个CrossBar，只要同时闭合多个交叉节点(crosspoint)，多个不同的端口就可以同时传输数据。从这个意义上，我们认为所有的CrossBar在内部是无阻塞的，因为它可以支持所有端口同时线速交换数据。另外，由于其简单的实现原理和无阻塞的交换结构使其可以运行在非常高的速率上。半导体厂商目前已经可以用传统CMOS技术制造出10Gbit/s以上速率的点对点串行收发芯片。基本上2000年以后出现的网络核心交换机基本上都选择了CrossBar结构的ASIC（一种为专门目的而设计的集成电路）芯片作为核心，但由于Crossbar芯片的成本等诸多因素，这时的核心交换设备几乎都选择了共享内存方式来设计业务板，从而降低整机的成本因此，“CrossBar+共享内存”成为比较普遍的核心交换架构。但这种结构下，依然会存在业务板总线和交换网板的Crossbar互连问题。由于业务板总线上的数据都是标准的以太网帧，而一般Crossbar都采用信元交换的模式来体现Crossbar的效率和性能。因此在业务板上采用的共享总线的结构在一定程度上影响Crossbar的效率，整机性能完全受限于交换网板Crossbar的性能。
05 分布式Crossbar（CLOS）
传统的园区网交换机一般采用“Crossbar+共享缓存”的交换架构，引擎板继承担控制平面的工作，同时也承担数据转发平面的工作，跨槽位的流量转发报文需要经背板到引擎板的Crossbar芯片进行转发。这种架构限制了设备的可靠性和性能：可靠性限制：引擎需要承接数据转发平面的工作，因此在引擎出现主备倒换时必然会出现丢包。此外引擎1＋1冗余，也使得Crossbar交换网只能是1＋1的冗余，冗余能力无法做的更高。性能限制：受制于业界当前Crossbar芯片的工艺以及引擎PCB板卡布线等制造工艺，将Crossbar交换网与CPU主控单元集中在一块引擎板上的结构，一般单块引擎的交换容量不可能做的太高（一般约1TB左右）。数据中心级交换机产品将控制平面与转发平面物理分离，一般有独立的引擎板和交换网板，同时采用CLOS多级交换架构，大大提高设备的可靠性及性能。分布式Crossbar设计中，CPU也采用了分布式设计。设备主控板上的主CPU负责整机控制调度、路由表学习和下发;业务板从CPU主要负责本地查表、业务板状态维护工作。这就实现了分布式路由计算和分布式路由表查询，大大缓解主控板的压力，提高了交换机转发效率，这也是业务板本地转发能够提高效率的重要原因。这种分布式Crossbar、分布式交换的设计理念是核心网络设备设计的发展方向，保证了现在的网络核心能支撑未来海量的数据交换和灵活的多业务支持的需求。
09 主控单板、交换网板、接口单板、背板
主控单板、交换网板、接口单板是华为的名称，其他品牌各有自己的名称，如思科的名称是、管理引擎、交换矩阵、线卡，虽然名称不一样但是都是同类部件，这些概念都是针对框式交换机，即机框+可插拔板卡形式的交换机。
01 背板
是机框背部内侧的一块板子，背板是框式交换机用于连接引擎、交换矩阵、线卡、风扇、电源等的PCB板，类似计算机的主板(显卡、声卡等都插入主板)，提供插卡的供电、数据、管理、控制平面的各种通道。
背板技术每家又大不相同，华为的主控单板、交换网板、接口板都插在同一侧属于平行结构，而思科等交换机品牌最大的特点就是业务线卡和交换矩阵采用了正交硬件架构技术，正交架构最大的特点就是业务线卡和交换矩阵通过背板90°直接连接。
相对于传统的无源铜背板技术，正交硬件架构大大缩短了业务线卡与交换矩阵卡之间的高速信号传输距离，为交换机的高速信号稳定传输提供了硬件架构基础。现在的交换机，为了提高背板器件可用性，一般不会在背板上设计芯片，而全部是硬件链路，将器件故障率降低。
02 主控单板
提供设备的管理和控制功能以及数据平面的协议处理功能，负责处理各种通信协议；作为用户操作的代理，根据用户的操作指令来管理系统、监视性能，并向用户反馈设备运行情况；对接口板、交换模块、风扇、电源进行监控和维护。
03 交换网板
主要是负责跨接口单板卡之间的数据转发交换，负责各接口板之间报文的交换、分发、调度、控制等功能。通常交换单元采用高性能的ASIC芯片，提供线速转发。
从接口单板A到接口单板B的数据转发路径是接口单板A->背板->交换网板->背板->接口单板B。
交换网板上一般会有一个或者多个交换芯片，交换机芯片通过交换网板内部链路、背板与各个接口单板相连，提供接口单板之间的数据交换。
04 接口单板
也称为接口单元或业务处理板，提供业务传输的外部物理接口，完成报文接收和发送。对于分布式系统，承担部分协议处理和交换/路由功能。
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