一、交換機的星形集中連接

我們知道，交換機的最基本功能和應用是集中連接網絡設備。所有網絡設備（例如服務器，工作站，PC，計算機，路由器，防火墻，網絡打印機等），只要交換機端口支持相應的端口即可。設備的端口類型可以直接連接到交換機的端口共同形成一個星狀網絡。在星形連接中，連接到交換機每個端口的設備彼此相同，并且可以互相訪問（除非有限制），而不是像許多朋友那樣認為連接到交換機的服務器是最先進的剛剛參與了網絡管理。

二、交換機的級聯和堆疊

拓撲圖

上圖僅顯示了基本的星形以太網體系結構。實際的明星企業網絡可能比這復雜得多。這種復雜性不僅體現在高端網絡設備的水平和配置的復雜性上，更重要的是，它還表現在網絡交換級別的復雜性上。企業網絡中通常只有一臺路由器和防火墻，但通常不會只有一臺交換機（只有大約20個用戶的小型網絡除也有所不同。

交換級聯是交換器和交換器之間通過交換端口的擴展。這一方面解決了單個交換機上端口不足的問題，另一方面，還解決了客戶端和遠離計算機室的網絡設備之間的連接。因為單段交換雙絞線以太網電纜可以達到100米，所以每個級聯交換機可以將距離延長100米。但這并不意味著它可以任意級聯，因為線路太長，一方面，線路上的信號衰減更大，另一方面，畢竟低級開關仍然共享可用的上層交換機端口的帶寬。級別越高，最終客戶越多最終可用的帶寬越低（盡管您可能使用100M交換機），這對網絡連接性能有很大的影響，因此從實際的角度來看，建議在以下位置進行部署最多三級交換機，即核心交換機-第二級交換機-三級交換機。

此處的三個級別并不意味著最多只能允許三個開關，而僅表示一個層次結構級別中的三個級別。連接到同一交換機上不同端口的交換機屬于同一級別，因此每個級別可以允許級聯數十個甚至數十個交換機。用于層級聯的端口可以是專用的UpLink端口或公共交換機端口。有些交換機配備了專用的UpLink端口，但有些則沒有。如果有專用的級聯端口，則最好使用它，因為它的帶寬通常比普通交換機端口的帶寬寬，這可以進一步確保下級交換機的帶寬。如果沒有，則只能通過普通的交換機端口級聯。

通過級聯端口進行級聯的方法如下圖所示：

通過級聯端口級聯

通過普通端口的級聯方法如下圖所示：

通過公共端口級聯

請注意，不僅端口之間使用不同，而且電纜使用也不同：使用級聯端口的級聯需要使用普通的直通電纜。就像兩個主機一樣，使用普通端口的級聯電纜是交叉電纜。

對于交換機堆棧，并非所有交換機都可用，但它們必須具有堆棧模塊。交換機的堆疊不是通過交換機端口進行的，而是通過特殊的背板堆疊模塊和特殊的堆疊電纜進行連接的。需要說明的是，由于交換機堆疊通常放置在同一位置，且連接電纜較短，因此交換機堆疊的目的主要是擴展交換機端口，而不是延長距離。

同時，交換機堆棧還可以增加實際使用的每個交換機端口的可用帶寬，因為它會將堆疊的交換機的背板帶寬聚合在一起，因此交換機堆棧的總背板帶寬與幾個堆疊交換機的總和背板帶寬的總和。增加背板帶寬后，如果使用了交換機的每個端口，則這種優勢不是很明顯（它也很有效，因為不可能一直與每個端口通信），但是如果有交換機端口，則可用空間，效果會更加明顯，因為它可以充分利用交換機的所有帶寬。

堆棧連接如下圖所示：

堆棧連接

交換機的堆疊連接端口通常配有D形插孔。交換機具有兩個這樣的端口，分別用“ UP”和“ DOWN”標記（如上圖所示），指示它們用于向上。連接到上層堆棧的那個不能錯誤地連接。

三、第3層交換機的路由連接

正如我們前面提到的，第3層交換機還具有一定的“路由”功能，可以實現不同子網的連接。但是應該注意，它的路由功能仍然比路由器的路由功能弱得多。三層交換機的路由功能只能用于相同類型的網絡互連，并且通常僅是LAN子網之間的互連，而不能將局域網與WAN或Internet連接，因為路由三層交換機支持的協議非常有限，畢竟這不是其主要功能。

我們知道在局域網上，第2層交換機通過源MAC地址識別數據包的發送方，并根據目標MAC地址轉發數據包。對于目標地址不在本地LAN上的數據包，第2層交換機無法直接將其發送到目標。它需要由路由設備（例如傳統路由器）轉發。此時，交換機必須連接到路由設備。如果將交換機的默認網關設置為路由設備的IP地址，則交換機將發送需要路由的數據包并轉發到路由設備。

路由設備檢查數據包的目標地址及其自己的路由表。如果在路由表中找到轉發路徑，則路由設備將數據包轉發到其他網段，否則丟棄該數據包。專用路由器價格昂貴，復雜，緩慢且容易成為網絡瓶頸，因為專用路由器必須分析所有廣播數據包并轉發其中的一些數據包，并與其他路由器交換路由信息，并且這些過程全部由CPU處理（不是專用的ASIC。）

第三層交換機不僅可以像第二層交換機一樣通過MAC地址識別和轉發數據包，而且還可以像傳統路由器一樣在兩個網段之間進行路由和轉發。傳統路由器使用軟件維護路由表，而三層交換機通過專用ASIC芯片處理路由和轉發。與傳統路由器相比，第3層交換機的路由速度通常要快十到幾十倍。

三層交換機的路由連接如下圖所示：

第3層交換機的路由連接

路由器的局域網連接

每個人都知道路由器可以連接到公司LAN和廣域網（例如Internet），但是它忽略了路由器的另一個應用程序，即它的LAN連接功能。有關路由器的WAN連接，請參考三層交換機的拓撲圖和路由連接圖。

路由器的角色取決于不同的路由器類型。我們經常提到的路由器通常指的是邊界路由器，它們位于不同類型的網絡的邊界上，如拓撲圖和三層交換機的路由連接圖所示。還有一種路由器，不是設計用于連接不同類型的網絡，而是用于連接不同局域網或與局域網相同的不同子網之間。這是“中間節點路由器”。其網絡結構如下圖所示。與三層交換機的路由連接圖相比，它只用中間節點路由器代替了原來的三層交換機。

“邊界路由器”位于網絡邊界的邊緣或末端，用于連接不同的網絡路由器。這也是目前大多數路由器的類型。例如，前面介紹的Internet訪問路由器和后面介紹的VPN路由器都是邊界路由器。這種路由器支持廣泛的網絡協議和路由協議，具有很高的背板帶寬，并且具有很高的吞吐能力，可以滿足各種類型的網絡（包括局域網和廣域網）的互連需求。

“中間節點路由器”位于局域網內部，通常用于連接不同的局域網以用作數據轉發橋。中間節點路由器更加關注MAC地址的存儲性能，并需要更大的緩存。因為連接的網絡基本上是局域網，所以支持的網絡協議相對簡單，并且背板帶寬也很小。這些都是為了獲得最高的性價比并適應普通企業的隨機能力。

與三層交換機的路由功能相比，絕對比三層交換機的路由功能更強大。但是，在局域網等頻繁進行數據交換的網絡中，使用中間節點路由器連接到局域網，網絡性能可能會受到一定程度的影響。通常，如果有許多連接的局域網或子網，網絡交換不是很頻繁，并且路由更為復雜，則最好使用中間節點路由器連接方案。但是，在子網連接數量少且網絡間訪問頻繁的環境中，最好使用三層交換機連接。而且，由于三層交換機不僅具有滿足應用需求的路由功能，而且還可以用作連接許多網絡設備的交換機。

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