网络交换机有那些类型，干了10年网络工程师不一定能总结出来！

来源：网络技术联盟站

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网络交换机是现代数据通信和网络设备的重要组成部分，它们的主要功能是在网络中传输和路由数据。网络交换机可以根据其设计和功能特性被分为多种类型。在本篇文章中，我们将详细介绍网络交换机的两大类：模块化交换机和固定配置交换机。固定配置交换机又可以进一步分为三种类型：非管理型交换机、智能交换机和管理型交换机。

让我们直接开始！

目录：

• 什么是网络交换机？
• 网络交换机如何工作？
• 网络交换机的类型

• 模块化交换机
• 固定配置交换机

• 传统三层架构：
• 现代两层脊叶架构：

什么是网络交换机？

网络交换机（Network Switch）是计算机网络中的关键设备，它的主要作用是在局域网（LAN）内部传输数据包并实现设备之间的快速、可靠通信。网络交换机在OSI（开放系统互连）模型的数据链路层（第2层）或网络层（第3层）上运行，根据其类型和功能的不同，可以分为多种类别，如以太网交换机、路由交换机等。

网络交换机的主要功能和特点包括：

1. 数据包转发： 网络交换机能够接收和处理从不同设备发送过来的数据包。它通过查看数据包中的目标MAC地址（在第2层）或目标IP地址（在第3层）来确定应该将数据包转发到哪个端口，从而实现设备之间的通信。

2. 快速和精确的转发： 交换机通常以硬件方式实现数据包的转发，因此能够提供非常高的数据传输速度和低延迟。这使得它们非常适合用于快速的局域网通信。

3. 多端口连接： 网络交换机通常具有多个端口，这意味着它可以连接多台计算机、服务器、打印机和其他网络设备，从而构建一个完整的局域网。

4. 自学习能力： 交换机具有自学习能力，可以自动学习连接到它的设备的MAC地址，以便将数据包准确地转发到目标设备，而无需手动配置。

5. 虚拟局域网（VLAN）支持： 一些高级交换机支持VLAN技术，允许将网络分割为多个虚拟局域网，从而提高网络的安全性和管理性。

6. 质量服务（QoS）： 一些交换机支持QoS功能，可以根据应用程序或服务的优先级来管理数据流量，确保关键应用的性能优先级较高。

网络交换机如何工作？

当一台设备（源设备）要发送数据包到另一台设备（目标设备）时，源设备将数据包发送到与交换机连接的端口。这个数据包包含了目标设备的MAC地址（在以太网中）或IP地址（在更高层次的交换机中）。

交换机接收到数据包后，会读取数据包的头部信息，特别是目标地址信息。这样，交换机知道了数据包的目标设备是哪一个。

如果是以太网交换机，它会根据源设备的MAC地址学习到哪个端口连接了这台设备。这个学习过程使得交换机能够建立一个MAC地址表，记录着每个MAC地址与连接它的端口的对应关系。

交换机根据目标设备的地址信息，查找MAC地址表来确定数据包应该被转发到哪个端口。交换机会将数据包转发到与目标设备连接的正确端口，从而实现了数据包的准确传输。

交换机的关键特点之一是其高速转发能力。由于交换机在硬件层面进行数据包转发，而不是软件层面，所以它可以以非常高的速度进行操作，几乎没有延迟，从而提供了高效的局域网通信。

除了单播（一对一通信）之外，交换机还可以处理广播和多播数据包。广播数据包会被交换机转发到所有端口，而多播数据包则只会被转发到与多播组成员相连的端口。

高级交换机还可以支持虚拟局域网（VLAN）和质量服务（QoS）等功能，以实现更高级的网络管理和控制。

网络交换机的类型

网络交换机根据其类型和配置可以分为不同类别，包括模块化交换机和固定配置交换机，固定配置交换机又可以分为三种类型：非管理型交换机、智能交换机和管理型交换机。

模块化交换机

模块化交换机是一种高度可配置和灵活的网络设备。这种类型的交换机允许用户根据他们的特定需求和应用来配置和定制交换机的硬件和软件功能。模块化交换机的主要特性和优点包括：

1. 扩展性：模块化交换机提供了高度的扩展性，使得它们能够满足不断变化的网络需求。用户可以增加或减少端口，改变端口的速度和类型，或者添加新的功能模块，如防火墙、VPN、内容过滤等。

2. 高性能：由于模块化交换机允许用户定制其硬件和软件配置，它们通常能够提供比固定配置交换机更高的性能和更低的延迟。这使得模块化交换机特别适合于大型企业和数据中心环境。

3. 高可用性：模块化交换机通常具有冗余的电源和冷却系统，以及热插拔的功能模块，这使得它们能够提供高度的可用性和故障恢复能力。

尽管模块化交换机提供了许多优点，但它们也有一些潜在的缺点，包括较高的初始购买成本和管理复杂性。

固定配置交换机

固定配置交换机是预配置的网络设备，它们通常具有固定数量的端口和预设的功能。虽然这种类型的交换机不如模块化交换机那么灵活和可配置，但它们通常更简单、更易于管理，并且成本更低。固定配置交换机可以进一步分为以下三种类型：

1. 非管理型交换机

非管理型交换机是最简单、最基础的固定配置交换机类型。这种交换机通常没有任何配置或管理选项，只需要将它们连接到网络中，它们就会自动开始工作。非管理型交换机主要用于家庭和小型办公室环境，需要简单、低成本，并且不需要复杂配置或管理的网络设备。

2. 智能交换机

智能交换机是一种中等复杂性的固定配置交换机。这种交换机提供了一些基本的配置和管理选项，如VLAN管理、QoS优先级设定等，但不支持完全的交换机管理和配置功能。智能交换机适合于需要一些网络管理和配置，但不需要全功能管理交换机的中小型企业环境。

3. 管理型交换机

管理型交换机是最复杂、最完全的固定配置交换机类型。这种交换机提供了全面的交换机管理和配置功能，包括VLAN管理、QoS优先级设定3. 管理型交换机

管理型交换机是最复杂、最完全的固定配置交换机类型。这种交换机提供了全面的交换机管理和配置功能，包括VLAN管理、QoS优先级设定，安全策略，堆叠和聚合链接，以及多层交换等。管理型交换机主要用于大型企业和数据中心环境，需要高度的网络性能和管理功能。

尽管管理型交换机提供了高级的配置和管理功能，但它们的成本和管理复杂性也相对较高。因此，这种类型的交换机主要适合于有专业网络团队并且对网络性能和安全性有高要求的组织。

分层网络架构中的交换机部署

分层网络架构在企业和数据中心网络中起着关键作用，确保网络的高性能、可扩展性和可管理性。交换机在这些架构中扮演着重要的角色，不同层次的交换机具有不同的职责和功能。

传统三层架构：

1. 核心交换机（Core Switches）： 核心交换机位于网络的核心，通常用于连接多个分布交换机，提供高容量的数据传输。它们需要具备高可用性和冗余配置，以确保网络的可靠性。核心交换机通常是高端、高性能的设备。

2. 分布交换机（Distribution Switches）： 分布交换机通常位于核心交换机和接入交换机之间，起到连接和聚合的作用。它们处理不同子网之间的数据流量，支持VLAN划分和路由功能。分布交换机需要具备一定的处理能力和冗余性。

3. 接入交换机（Access Switches）： 接入交换机位于网络的边缘，直接连接到终端设备，如PC、IP电话和服务器。它们通常具有较少的端口，但需要支持用户设备的连接，并提供基本的交换功能。接入交换机通常是部署最广泛的交换机类型。

现代两层脊叶架构：

在现代的两层脊叶架构中，网络更加扁平化，消除了传统三层架构中的分布交换机层。交换机部署如下：

1. 叶子交换机（Leaf Switches）： 叶子交换机位于网络的边缘，直接连接到服务器和存储设备。它们提供高带宽和低延迟的连接，以支持数据中心内部的服务器之间通信。每个叶子交换机通常连接到多个主干（核心）交换机，以提供冗余和负载均衡。

2. 主干交换机（Spine Switches）： 主干交换机是网络的核心，它们连接到叶子交换机并提供高容量的数据传输。主干交换机之间通常采用多路径连接，以确保高可用性和冗余性。这种架构减少了数据包从源到目的地所需的跳数和延迟，提高了网络性能。

两层脊叶架构通常在大规模数据中心中使用，特别适用于需要大量服务器和存储设备互相连接的场景。它提供了高度的可扩展性和性能，同时降低了网络的复杂性。

如何选择网络交换机？

选择网络交换机时，需要考虑多个因素。

1. 吞吐量： 根据网络的带宽需求，选择适当速度的交换机。通常有千兆以太网（1 Gbps）、十千兆以太网（10 Gbps）和百千兆以太网（100 Gbps）等选项。确保交换机的速度足以支持网络中的数据流量。

2. 端口数量： 确定您需要多少个端口来连接所有设备。考虑网络中的用户数量、服务器、打印机以及其他设备，以便选择具有足够端口的交换机。

3. 以太网供电（PoE）： 如果您计划连接需要供电的设备，如IP电话、监控摄像头或无线接入点，考虑选择支持PoE的交换机。这将减少电缆布线的复杂性，并确保设备正常工作。

4. 可堆叠性： 如果您需要快速扩展网络或希望将多个交换机作为一个单元进行管理，可堆叠交换机是一个好选择。它们可以简化网络管理并提供冗余。

5. 管理功能： 根据您的网络管理需求，选择合适的交换机类型。托管交换机提供广泛的管理和配置选项，而非托管交换机更简单且无需配置。

6. 预算： 预算是一个关键因素，考虑您的财务限制，并在性能和功能之间找到平衡。智能托管交换机通常提供了不错的性价比，但完全托管的交换机功能更全面。

7. 网络拓扑和设计： 考虑您的网络拓扑和设计，确定交换机的位置和连接方式。这将有助于确定所需的交换机类型和数量。

8. 未来扩展： 考虑网络的未来扩展需求，选择具有足够可扩展性的交换机，以便适应将来的增长。

9. 品牌和可靠性： 考虑选择可靠的品牌和供应商，以确保您的网络设备的稳定性和性能。

综合考虑以上因素，可以帮助您选择适合您网络需求的网络交换机，确保网络运行顺畅并满足未来的要求。

总结

总的来说，模块化交换机和固定配置交换机都有其独特的优点和适用场景。模块化交换机提供了高度的灵活性和扩展性，适合于需要定制网络硬件和软件配置的大型企业和数据中心环境。而固定配置交换机则提供了简单、易于管理的解决方案，适合于小到中型企业和家庭环境。

在固定配置交换机中，非管理型交换机、智能交换机和管理型交换机又各有其特点和优点。非管理型交换机为家庭和小型办公室提供了简单、低成本的网络解决方案。智能交换机为中小型企业提供了一些基本的网络管理和配置功能。而管理型交换机则为大型企业和数据中心提供了全面的交换机管理和配置功能。

选择哪种类型的网络交换机取决于您的特定需求和应用。希望本篇文章能帮助您更好地理解网络交换机的不同类型，并根据您的具体需求选择最适合的网络交换机。