交换机的级联与堆栈拓扑图上图所示的区别

一、交换机的星形集中连接

我们知道，交换机的最基本功能和应用是集中连接网络设备。所有网络设备（例如服务器，工作站，PC，计算机，路由器，防火墙，网络打印机等），只要交换机端口支持相应的端口即可。设备的端口类型可以直接连接到交换机的端口共同形成一个星状网络。在星形连接中，连接到交换机每个端口的设备彼此相同，并且可以互相访问（除非有限制），而不是像许多朋友那样认为连接到交换机的服务器是最先进的刚刚参与了网络管理。

二、交换机的级联和堆叠

拓扑图

上图仅显示了基本的星形以太网体系结构。实际的明星企业网络可能比这复杂得多。这种复杂性不仅体现在高端网络设备的水平和配置的复杂性上，更重要的是，它还表现在网络交换级别的复杂性上。企业网络中通常只有一台路由器和防火墙，但通常不会只有一台交换机（只有大约20个用户的小型网络除也有所不同。

交换级联是交换器和交换器之间通过交换端口的扩展。这一方面解决了单个交换机上端口不足的问题，另一方面，还解决了客户端和远离计算机室的网络设备之间的连接。因为单段交换双绞线以太网电缆可以达到100米，所以每个级联交换机可以将距离延长100米。但这并不意味着它可以任意级联，因为线路太长，一方面，线路上的信号衰减更大，另一方面，毕竟低级开关仍然共享可用的上层交换机端口的带宽。级别越高，最终客户越多最终可用的带宽越低（尽管您可能使用100M交换机），这对网络连接性能有很大的影响，因此从实际的角度来看，建议在以下位置进行部署最多三级交换机，即核心交换机-第二级交换机-三级交换机。

此处的三个级别并不意味着最多只能允许三个开关，而仅表示一个层次结构级别中的三个级别。连接到同一交换机上不同端口的交换机属于同一级别，因此每个级别可以允许级联数十个甚至数十个交换机。用于层级联的端口可以是专用的UpLink端口或公共交换机端口。有些交换机配备了专用的UpLink端口，但有些则没有。如果有专用的级联端口，则最好使用它，因为它的带宽通常比普通交换机端口的带宽宽，这可以进一步确保下级交换机的带宽。如果没有，则只能通过普通的交换机端口级联。

通过级联端口进行级联的方法如下图所示：

通过级联端口级联

通过普通端口的级联方法如下图所示：

通过公共端口级联

请注意，不仅端口之间使用不同，而且电缆使用也不同：使用级联端口的级联需要使用普通的直通电缆。就像两个主机一样，使用普通端口的级联电缆是交叉电缆。

对于交换机堆栈，并非所有交换机都可用，但它们必须具有堆栈模块。交换机的堆叠不是通过交换机端口进行的，而是通过特殊的背板堆叠模块和特殊的堆叠电缆进行连接的。需要说明的是，由于交换机堆叠通常放置在同一位置，且连接电缆较短，因此交换机堆叠的目的主要是扩展交换机端口，而不是延长距离。

同时，交换机堆栈还可以增加实际使用的每个交换机端口的可用带宽，因为它会将堆叠的交换机的背板带宽聚合在一起，因此交换机堆栈的总背板带宽与几个堆叠交换机的总和背板带宽的总和。增加背板带宽后，如果使用了交换机的每个端口，则这种优势不是很明显（它也很有效，因为不可能一直与每个端口通信），但是如果有交换机端口，则可用空间，效果会更加明显，因为它可以充分利用交换机的所有带宽。

堆栈连接如下图所示：

堆栈连接

交换机的堆叠连接端口通常配有D形插孔。交换机具有两个这样的端口，分别用“ UP”和“ DOWN”标记（如上图所示），指示它们用于向上。连接到上层堆栈的那个不能错误地连接。

三、第3层交换机的路由连接

正如我们前面提到的，第3层交换机还具有一定的“路由”功能，可以实现不同子网的连接。但是应该注意，它的路由功能仍然比路由器的路由功能弱得多。三层交换机的路由功能只能用于相同类型的网络互连，并且通常仅是LAN子网之间的互连，而不能将局域网与WAN或Internet连接，因为路由三层交换机支持的协议非常有限，毕竟这不是其主要功能。

我们知道在局域网上，第2层交换机通过源MAC地址识别数据包的发送方，并根据目标MAC地址转发数据包。对于目标地址不在本地LAN上的数据包，第2层交换机无法直接将其发送到目标。它需要由路由设备（例如传统路由器）转发。此时，交换机必须连接到路由设备。如果将交换机的默认网关设置为路由设备的IP地址，则交换机将发送需要路由的数据包并转发到路由设备。

路由设备检查数据包的目标地址及其自己的路由表。如果在路由表中找到转发路径，则路由设备将数据包转发到其他网段，否则丢弃该数据包。专用路由器价格昂贵，复杂，缓慢且容易成为网络瓶颈，因为专用路由器必须分析所有广播数据包并转发其中的一些数据包，并与其他路由器交换路由信息，并且这些过程全部由CPU处理（不是专用的ASIC。）

第三层交换机不仅可以像第二层交换机一样通过MAC地址识别和转发数据包，而且还可以像传统路由器一样在两个网段之间进行路由和转发。传统路由器使用软件维护路由表，而三层交换机通过专用ASIC芯片处理路由和转发。与传统路由器相比，第3层交换机的路由速度通常要快十到几十倍。

三层交换机的路由连接如下图所示：

第3层交换机的路由连接

路由器的局域网连接

每个人都知道路由器可以连接到公司LAN和广域网（例如Internet），但是它忽略了路由器的另一个应用程序，即它的LAN连接功能。有关路由器的WAN连接，请参考三层交换机的拓扑图和路由连接图。

路由器的角色取决于不同的路由器类型。我们经常提到的路由器通常指的是边界路由器，它们位于不同类型的网络的边界上，如拓扑图和三层交换机的路由连接图所示。还有一种路由器，不是设计用于连接不同类型的网络，而是用于连接不同局域网或与局域网相同的不同子网之间。这是“中间节点路由器”。其网络结构如下图所示。与三层交换机的路由连接图相比，它只用中间节点路由器代替了原来的三层交换机。

“边界路由器”位于网络边界的边缘或末端，用于连接不同的网络路由器。这也是目前大多数路由器的类型。例如，前面介绍的Internet访问路由器和后面介绍的VPN路由器都是边界路由器。这种路由器支持广泛的网络协议和路由协议，具有很高的背板带宽，并且具有很高的吞吐能力，可以满足各种类型的网络（包括局域网和广域网）的互连需求。

“中间节点路由器”位于局域网内部，通常用于连接不同的局域网以用作数据转发桥。中间节点路由器更加关注MAC地址的存储性能，并需要更大的缓存。因为连接的网络基本上是局域网，所以支持的网络协议相对简单，并且背板带宽也很小。这些都是为了获得最高的性价比并适应普通企业的随机能力。

与三层交换机的路由功能相比，绝对比三层交换机的路由功能更强大。但是，在局域网等频繁进行数据交换的网络中，使用中间节点路由器连接到局域网，网络性能可能会受到一定程度的影响。通常，如果有许多连接的局域网或子网，网络交换不是很频繁，并且路由更为复杂，则最好使用中间节点路由器连接方案。但是，在子网连接数量少且网络间访问频繁的环境中，最好使用三层交换机连接。而且，由于三层交换机不仅具有满足应用需求的路由功能，而且还可以用作连接许多网络设备的交换机。

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