交换机宝典：一般故障到特殊故障的排除

    网络设备的范围很广，从交换机路由器到打印机服务器都属于网络设备的范畴，这些设备是网管员经常打交道的对象，之所以会经常和它们打交道，除了一般的工作需要外，最多的就是排除这些家伙的故障了。

    网络设备故障通常有两种表现形式，软故障和硬故障，所谓软故障就是指因为误操作，错误配置，病毒等引起的网络设备的故障，这类故障通常能够通过更改设置，重新安装软件来排除，而硬故障是指网络设备本身的硬件系统发生了故障，这类故障一般智能通过更换硬件设备来解决，不过，网管员日常生活中所遇到的故障大部分是软故障，因此，本章主要涉及网络设备软故障的解决。

    1  交换机故障

    交换机，英文名称为“SWITCH”。大家肯定听说过“程控交换机”这个名词吧？“程控交换机”是指电话通讯系统中使用的线路交换机。计算机网络上使用的交换机就是从电话交换机的技术上发展而来的。一般意义上的交换机是指工作在OSI模型中第二层即数据链路层上的第二层交换机。从外观上来看，它与集线器（HUB）基本上没有太大区别，都是带有多个端口的长方形盒状体，而且都遵循IEEE802.3及其扩展标准，介质存取方式也均为CSMA／CD，但是它们在工作原理上还是有着根本的区别。

    交换机的内部有一条带宽很高的背板总线和内部交换矩阵，交换机前面的所有端口都连接在背板总线之上。在交换机中还有一个重要的组成部分，那就是内存。在这个内存中保存着一张MAC地址对照表，它记录着MAC地址和端口的对应关系。如下图所示：

    当交换机接收到一个数据时，首先取出数据包中的目标MAC地址，根据内存中所保存的MAC地址表来判断该数据包应该发送到哪个端口，然后就把数据包直接发送到目标端口。如果没有在MAC地址表中找到目标端口，则发送一个广播包至所有端口，来查找目标端口。只要目标端口所连接的计算机响应，则交换机就“记住”这个端口和MAC地址的对应关系，因为交换机具有学习功能。当下一次接收到一个拥有相同的目标MAC地址的数据时，这个数据会立即被转发到相应的端口上，而不用再发广播包。这样就使得数据传输效率大大提高，且不易出现广播风暴，也不会有被其它节点侦听的安全问题。而集线器不具有这个地址表，所以HUB接收到一个数据后，便将该数据发送到所有端口上，所以容易引起广播风暴，且易被其他节点侦听。

    MAC地址表在交换机刚刚启动时，是空白的。当它所连接的计算机通过它的端口进行通信时，交换机即可根据所接收或发送的数据来得知MAC地址和端口的对应关系，从而更新MAC地址表的内容。交换机使用的时间越长，学到的MAC地址就越多，未知的MAC地址就越少，从而广播就越少，速度就越快。

    由交换机构建的网络之所以被称为交换式网络，是因为交换机的每一个端口都是独享带宽的，这是交换机相比于HUB的最大特点。所有端口都能够同时进行通讯，并且能够在全双工模式下提供双倍的传输速率，也就是说交换机端口可以同时接收和发送数据，数据流是双向的，端口之间互不干扰。比如：PORT1向PORT2发送数据的同时，PORT3可以向PORT4发送数据，这两个连接都享有独自的带宽，互不干扰。假如有一个8端口100Mbps的以太网交换机，如果每个端口同时工作，那么它的总带宽就是8×100Mbps＝800Mbps。

    随着交换技术的发展，不少高档交换机提供虚网（VLAN）、网管和路由功能。其中VLAN功能是指在一台交换机上，经过配置后，把它所连接的计算机网络分为若干个相互独立的虚拟局域网。划分VLAN时，可以依据交换机上的端口，也可以依据端口所连计算机的MAC地址。如果这些VLAN之间没有经过特殊配置或线路连接，则相互之间不能通信。这一功能可以划分广播域，从而减少广播，提供更加安全的通信。路由功能则是指交换机具有第三层的路由功能，这就是我们常听说的“第三层交换机”。

    常用以太网交换机之间的连接可以通过两种方式：堆叠和级联。堆叠是指通过交换机自带的堆叠线缆，把多个交换机的堆叠模块进行连接。级联是指通过交叉双绞线把两台或多台交换机连在一起。由于各个厂商的技术不同，堆叠和级联的交换机个数也不相同。

    当前，随着交换机价格的降低，交换机已经逐渐取代集线器，成为局域网的主要接入设备。

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