交换机．路由器．防火墙-技术提升【2.0】

 安全性能

核心层交换机应当支持 IEEE 802.1x 基于端口的访问控制，支持本地和远端认证， EAP 终结或者透传；支持 RADIUS 和 TACACS+认证，支持 MAC 访问列表、 IP 访问列表和 VLAN访问列表，并支持私有 VLAN。可实现基于时间段控制，并限制每端口最大用户数。图 3-32所示为 Cisco Catalyst 交换机认证方式设置页面。

2. 汇聚层交换机的选择

由于汇聚层交换机通常只用于连接同一座建筑内的工作组交换机，或者用于连接网络服务器，因此对端口数量通常没有太多的要求。但是，对端口速率、背板带宽、网络功能等要求较高，以获得高速、稳定的网络骨干。 Cisco 的 Catalyst 4500 系列、 Catalyst 4900 系列，均可以充当楼宇或部门的汇聚层交换机。网络规模不大的中小型网络，也可采用 Catslyst 3850 系列或 Catalyst 3750 系列作为汇聚层交换机。

选择汇聚层交换机时，应当注重考察以下几个参数。

 背板带宽

背板带宽作为交换机的重要参数之一，决定着交换机是否能够实现二层交换的线速转发。例如， Cisco Catalyst 4900 系列有 3 款产品，分别为 Catalyst 4948、 Catalyst 4948-10GE 和 Catalyst 4900M（如图 3-33 所示），分别最多拥有 48 个、 48 个或 40 个 1000 Mbps 端口；或者最多拥有0 个、 2 个和 24 个 10 Gbps 端口，背板带宽分别为 96 Gbps、 136 Gbps 和 320 Gbps，完全可以满足线速交换的需要。

 三层交换

对于较大规模的网络，为了减轻核心层交换机的负担，汇聚层交换机通常采用三层交换机，从而实现楼宇内或部门内的数据交换。特别是对于那些划分为有若干 VALN，同时大量访问就发生在楼宇内或部门内的子网而言，汇聚层交换机选用拥有三层交换技术的设备就显得更有必要。需要注意的是，当汇聚层采用三层交换机时，汇聚层与核心层之间的端口将不能再配置为 VLAN Trunk 端口，而只能配置为路由端口，如图 3-34 所示。

 链路汇聚

汇聚层交换机作为核心层交换机和接入层交换机的桥梁，起着承上启下的重要作用。如果接入层交换机不拥有千兆位以太网端口，那么为了避免向上级联时的网络瓶颈，采用链路汇聚成倍地增加网络带宽似乎是唯一正确的选择。同时，为了保证汇聚层交换机与核心层交换机连接的高速和稳定，采用链路汇聚技术，不仅可以增加网络带宽，而且还可以避免由于端口或链路故障而导致的通信失败。

 端口类型

汇聚层交换机对网络端口具有以下要求。

 因为是连接接入层交换机的交换机，所以汇聚层交换机必须拥有大量的千兆位以太网端口。

 由于垂直布线往往采用光纤，因此汇聚层交换机应当有较多的 SFP、 SFP+或 XFP 插槽。如果与接入层交换机距离非常近（例如，安装在一个机柜中），并且电磁干扰并不严重，也可以选择采用 RJ-45 端口。

 由于汇聚层交换机又必须连接至核心层交换机，因此为了避免在上连链路中产生网络瓶颈，在投资额允许的情况内，可以选择 10 Gbps 端口的产品。

如果汇聚层交换机同时用于直接连接少量计算机，并且网络内的流量也不太大，也可以是全 1000 Mbps 端口的形式。

3. 接入层交换机的选择

接入层交换机用于直接连接计算机或其他网络终端，因此对性能要求往往并不太高，只是需要较多数量的 RJ-45 端口。 Cisco 的 Catalyst 2960 系列、 Catalyst 2950 系列，以及 Catalyst 3750 系列、 Catalyst 3650 系列、 Catalyst 3560 系列和 Catalyst 3550 系列，均可作为接入层交换机。

选择接入层交换机时，应当注重考察以下几个参数。

 端口类型

接入层交换机对网络端口具有以下要求。

 接入层交换机通常只用来连接计算机或其他网络终端，而且就目前情况来看， 100 Mbps速率基本可以胜任所有的网络需求，同时水平布线和工作区布线全部采用双绞线，因此其主要端口应当是 100Base-TX 端口。当接入计算机的访问量较大时，也可以考虑采用 1000 Mbps 接口产品。

 交换机端口数量越多，所连接的计算机数量越多，浪费的端口数量越少。所以，通常情况下，应当选择 24 口或 48 口，以减少交换机的使用量。

 为了保证所连接的设备能够无阻塞地访问骨干网络，接入层交换机还应当拥有少量（ 2～4 个） SFP 插槽或 1000Base-T 等 1000 Mbps 端口，甚至 XFP 或 SFP+等 10 Gbps插槽。端口类型视与汇聚层交换机的连接距离、垂直布线所采用的传输介质（光纤还是双绞线），以及电磁干扰的强度而定。如图 3-35 所示的 Cisco Catalyst 2960 系列交换机，都拥有 2 个或 4 个千兆位以太网端口，和 24 个或 48 个 100 Mbps 端口。因此，既可以连接大量的计算机终端，又可以实现与汇聚层交换机的高速连接。同时，还可以选择使用 SFP 插槽或 RJ-45 端口，以适应光纤链路和双绞线链路，从而拥有相当大的灵活性，因此应当作为接入层交换机的当然之选。

 延扩方式

当接入的计算机数量非常多（如学生机房、营业大厅等），垂直布线或汇聚层交换机的端口数量又有限时，往往只能采用堆叠或级联的方式实现接入层计算机之间的连接。如果大量访问都产生在子网内部，建议选择可以堆叠的交换机。否则，也可选择不可堆叠交换机，从而借助级联方式实现彼此之间的连接。 Cisco Catalyst 2950、 Catalyst 2960、 Catalyst 3550、 Catalyst 3560、 Catalyst 3650 和 Catalyst 3750 系列，均可实现彼此之间的堆叠。

 网络管理

如果网络对传输性能和网络安全要求较高，那么接入层交换机应当全部采用可网管交换机，从而实现对每个网络端口和每台交换机的管理。

可网管交换机的价格为傻瓜交换机的 2～5 倍。对于一些普通接入的计算机用户（如学生机房、网吧等场所），只需采用少量可网管交换机，然后将其他不可网管交换机分别级联在可网管交换机上，从而实现对网络用户的分组（连接至同一傻瓜交换机上的计算机为一组）管理，获得最佳性价比。

第 4 章交换机的端口与连接

毫无疑问，交换机是借助各种端口实现与其他网络设备、终端设置连接的。那么，交换机究竟有哪些端口类型？各有什么特点？这些端口之间应当如何连接？又使用什么连接在一起呢？只有搞清楚这些问题，才能将搭建局域网的问题落到实处。

4.1 IEEE 802.3 系列标准

所有类型的以太网端口都是在 IEEE 802.3（ Institute of Electrical & Electronic Engineers，电气和电子工程师协会）标准上发展和完善起来的。因此，若欲掌握以太网端口技术，就不能不了解 IEEE 802.3 系列标准。

4.1.1 10 Mbps 以太网标准

10 Mbps 以太网（ Ethernet）执行 IEEE 802.3 标准，传输数据的方式为 CDMA/CD，可使用光纤、双绞线、细缆和粗缆作为传输介质。传统的 10 Mbps 以太网拥有 4 种标准。

 10Base-5：传输速率为 10 Mbps 的粗缆网络，区段最大长度为 500 m。

 10Base-2：传输速率为 10 Mbps 的细缆（ RG-58A/U）网络，区段最大长度为 185 m。

 10Base-T：传输速率为 10 Mbps 的双绞线网络，从计算机到集线设备的最远传输距离为 100 m，使用三类以上屏蔽或非屏蔽双绞线。

 10Base-F：传输速率为 10 Mbps 的光缆网络主干，光端口间的最远传输距离为 4 km。使用 1 对多模光纤传输。

由于所提供的传输速率太低，无法满足网络用户对多媒体等大流量数据传输的需要，所有基于 IEEE 802.3 标准的应用产品已经被淘汰。

4.1.2 100 Mbps 快速以太网标准

1995 年， IEEE 通过了 802.3u 标准，将以太网的带宽扩大为 100 Mbps，称之为快速以太网（ Fast Ethernet）。快速以太网主要有 2 种标准。

 100Base-TX，传输速率为 100 Mbps 的双绞线网络，从计算机到集线设备的最大距离为 100 m。采用五类及以上屏蔽或非屏蔽双绞线，使用其中的 2 对（ 1/2 线和 3/6 线）进行传输。图 4-1 所示为超五类

非屏蔽双绞线。

 100Base-FX，传输速率为 100 Mbps 的光缆网络主干。采用 1 对多模光纤传输时，最大距离为 2 000 m；采用 1 对单模光纤传输时，最大距离为 40 000m。

4.1.3 1 Gbps 以太网标准

1 Gbps 以太网（ Gigabit Ethernet，千兆位以太网）与以太网相似，采用同样的 CSMA/CD （ Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect，载波监听多路访问/冲突检测）协议，同样的帧格式，是 IEEE 802.3 以太网标准的扩展，传输速度可达 1000 Mbps（即 1 Gbps）。有关千兆位以太网标准有两个，一是 IEEE 802.3z（定义 1000Base-LX、 1000Base-SX、 1000Base-LH、1000Base-ZX 和 1000Base-CX），二是 IEEE 802.3ab（定义 1000Base-T），分别用于在光纤和非屏蔽线缆上传输千兆位信号。

1. 1000Base-LX 标准

1000Base-LX 使用长波激光作为信号源，波长为 1270～ 1355 nm（一般为 1300 nm），既适用于多模光纤，也适用于单模光纤，主要应用在园区网络的骨干连接。 1000Base-LX可使用的光纤规格如下：

 62.5 μm 多模光纤（ Multi Mode Fiber， MMF）

 50 μm 多模光纤

 9 μm 单模光纤（ Single Mode Fiber， SMF）

其中，使用 62.5 μm 多模光纤，全双工模式下最长有效距离为 550 m；使用 50 μm 多模光纤，全双工模式下最长有效距离为 1550 m；使用单模光纤时，全双工模式下的最长有效距离为 5～10 km。图 4-2 所示为 4 芯 50 μm 多模光纤。

多模光纤和单模光纤从外观上很难区分。不过，通常情况下，单模光纤外套多为黄色，而多模光纤外套多为橙色。

2. 1000Base-SX 标准

1000Base-SX 使用短波激光作为信号源，波长为 770～860 nm（一般为 800 nm），仅适用于多模光纤，而不支持单模光纤，主要应用在建筑物内的网络骨干连接。 1000Base-SX 可使用的光纤规格如下。

 62.5 μm 多模光纤

 50 μm 多模光纤

使用 62.5 μm 多模光纤，全双工模式下的最长传输距离为 275 m；使用 50 μm 多模光纤，全双工模式下最长有效距离为 550 m。

3. 1000Base-LH 标准

1000Base-LH 使用长波激光作为信号源，波长为 1270～1355 nm（一般为 1300 nm），既适用于多模光纤，也适用于单模光纤，主要应用在园区网络的骨干连接。 1000Base-LH 可使用的光纤规格如下。

 62.5 μm 多模光纤

 50 μm 多模光纤

 9 μm 单模光纤

其中，使用 62.5 μm 多模光纤，全双工模式下最长有效距离为 550 m；使用 50 μm 多模光纤，全双工模式下最长有效距离为 1550 m；使用 9 μm 单模光纤时，全双工模式下的最长有效距离为 10 km。

4. 1000Base-ZX 标准

1000Base-ZX 使用长波激光作为信号源，波长为 1550 nm，只适用于单模光纤，主要应用在园区网络的骨干连接。

使用 9 μm 单模光纤，全双工模式下最长有效距离为 70～100 km。

5. 1000Base-T 标准

1000Base-T 用于超五类及其以上屏蔽或非屏蔽双绞线，传输距离为 100 m，既可应用于服务器和高速工作站的网络接入，也可作为建筑物内的千兆位骨干连接。与 100Base-TX 不同， 1000Base-T 在传输中将用到全部的 4 对线，在每个线对上传输 250 Mbps，并工作在全双工模式。图 4-3 所示为六类屏蔽双绞线，图 4-4 所示为六类非屏蔽双绞线。