交换机硬件结构

随着互联网业务的高速发展，对构建互联网基础架构的网络设备提出了更高要求，例如容量、性能、扩展性以及QoS等诸多关键特性，而这往往是由其所采用的硬件架构决定的。

以框式核心交换机为例，先后出现了多种硬件架构，而现在最为常用的有三种：Full-Mesh交换架构、Crossbar矩阵交换架构和基于Cell的CLOS 交换架构。

本文将通过对这三种硬件架构、报文转发流程等原理的分析，全面剖析三种架构的优劣势。

名词解释Full-Mesh架构说明▲图1：Full-Mesh架构图如图1所示，所有业务线卡通过背板走线连接到其它线卡，因为Full-Mesh不需要外部的交换芯片，而是任意两个节点间都有直接连接，故得名全连接。

由于各线卡需要Full-Mesh互联，一个节点数为N的Full-Mesh，连接总数为[N×(N-1)]÷2，所以随着节点数量增加连接总数也急剧上升，因而可扩展性较差，仅适用于槽位数量较少的核心设备。

报文转发流程1、报文从线卡进入，跨卡报文送到与目的线卡连接的背板通路；2、报文到达目的线卡。

Crossbar架构说明▲图2:Crossbar架构图如图2所示，业务线卡通过背板走线连接到Crossbar芯片上，Crossbar芯片集成在主控引擎上。

▲图3:Crossbar芯片架构Crossbar芯片架构如图3所示，每一条输入链路和输出链路都有一个CrossPoint，在CrossPoint处有一个半导体开关连接输入线路和输出线路，当来自某个端口的输入线路需要交换到另一个端口的输出点时，在CPU或交换矩阵的控制下，将交叉点的开关连接，数据就被发到另一个接口。

简单地说，Crossbar 架构是一种两级架构，它是一个开关矩阵，每一个CrossPoint都是一个开关，交换机通过控制开关来完成输入到特定输出的转发。

如果交换具有N个输入和N个输出，那么该Crossbar Switch就是一个带有N*(N-1)≈N²个CrossPoint点的矩阵，可见，随着端口数量的增加，交叉点开关的数量呈几何级数增长。

交换机结构原理交换机是计算机网络中的一种重要设备，其作用是实现信息的交换与转发。

交换机通过建立逻辑连接，可以将信息从一个端口转发到另一个端口，实现不同设备之间的通信。

交换机的结构原理包括硬件结构和工作原理两个方面。

一、硬件结构交换机的硬件结构主要由以下几个部分组成：1.端口：交换机通常拥有多个端口，每个端口可以与一个设备连接。

端口分为发送端口和接收端口，通过发送端口发送的信息可以通过接收端口接收到。

2.交换矩阵：交换矩阵是交换机中的核心部分，其作用是实现输入端口与输出端口之间的逻辑连接。

交换矩阵可以使用不同的技术实现，常见的有电路交换和分组交换。

3.中央处理单元（CPU）：CPU是交换机的控制中心，负责管理交换机的运行、配置和管理等任务。

CPU会根据交换机的配置和网络状况，决定将信息从哪个端口转发到哪个端口。

4.存储器：交换机中的存储器用于存储交换机的配置信息、统计数据和临时数据等。

存储器的容量会直接影响交换机的性能和扩展能力。

5.电源模块：交换机需要稳定的电源供应，以确保交换机的正常工作。

二、工作原理交换机的工作原理可以分为学习和转发两个过程。

1.学习过程：交换机通过学习源MAC地址将端口与MAC地址关联起来，建立一个地址表。

当交换机接收到一帧数据时，会检查该帧的源MAC地址和接收端口的对应关系。

如果在地址表中能找到对应关系，则将源MAC地址和接收端口的对应关系更新到地址表中；如果找不到对应关系，则将该对应关系添加到地址表中。

2.转发过程：当交换机接收到一帧数据时，会根据数据的目的MAC 地址在地址表中查找对应的接收端口。

如果地址表中找到了对应关系，则将数据从源端口转发到目的端口；如果找不到对应关系，则将数据从所有端口转发出去（除了接收端口之外），这个过程称为广播。

交换机还有一些其他的工作原理，包括：1.速率控制：交换机可以根据不同端口的带宽情况，控制流入流量和流出流量的速率，确保网络的正常运行。

三层交换机原理解析1.硬件结构：三层交换机通常由交换芯片、路由芯片和控制芯片组成。

交换芯片负责局部网络内的数据包转发，路由芯片负责不同网络之间的路由选择和转发，控制芯片实现管理和控制功能。

2.数据包的转发：当三层交换机收到一个数据包时，会首先进行数据包解析，提取出源地址和目的地址等信息。

然后，交换芯片会根据目的地址查询自己的转发表，并将数据包转发给相应的端口。

如果目的地址不在转发表中，交换芯片会将数据包转发给路由芯片进行进一步转发。

3.转发表的更新：为了实现数据包的快速转发，交换芯片会维护一个转发表。

该转发表记录了不同设备的MAC地址和相应的端口信息。

通常，转发表会通过链路层的协议（如ARP）来获得和更新设备的MAC地址。

当网络中的设备进行通信时，交换芯片会根据转发表来决定转发路径。

4.路由选择：当数据包需要跨越不同网络时，交换芯片会将数据包转发给路由芯片进行路由选择。

路由芯片通过学习网络拓扑和掌握网络的路由信息，来选择最佳的路由路径，并且将数据包转发到合适的出口端口。

5.VLAN划分：三层交换机支持虚拟局域网（VLAN）的划分。

VLAN的划分可以将一个物理网络划分成多个逻辑上的子网，不同的子网可以根据需要进行独立的管理和配置。

VLAN的划分可以提高网络的安全性和性能。

6.数据包过滤：三层交换机可以通过过滤规则对数据包进行过滤。

过滤规则可以根据源地址、目的地址、协议类型等条件进行设置，从而实现对网络中的数据包进行控制和管理。

7.流量控制：三层交换机支持流量控制功能，可以根据网络的负载情况和带宽情况来控制端口的传输速率。

通过流量控制，可以防止网络拥塞和丢包现象的发生，从而提高网络的性能和稳定性。

总结起来，三层交换机通过硬件实现了路由和交换功能，并且支持VLAN划分、数据包过滤和流量控制等功能。

它可以在局部网络中快速转发数据包，并且能够跨越不同网络进行路由选择和转发，从而提高了网络的性能和可靠性。

大体上讲有如下几大部分（以机箱式交换机为例）
1、机箱，主要是承载各体系模块的载体，包含有背板，提供各模块交换通信的通路。

另外提供业务板卡插槽。

2、电源，用途就是供电。

有1+1或者N+1备份方式。

3、引擎，也有的叫矩阵。

是交换机的核心体，提供各板卡（接口模块）之间的数据转发、路由交换、过滤、策略等功能。

一般核心交换机均可支持双引擎冗余配置。

4、接口模块（板卡），也有的叫业务模块。

就是连接用户终端或者下一级网络设备的接口板。

有各种不同类型接口，比如100M、1000M、10G、ATM、电口光口等等类型。

根据用户需求进行不同类型接口板卡和数量配置。

有些接口模块只是简单的I/O通道模块，但现在大部分交换机的板卡均具有本地交换功能。

5、功能模块。

是业务模块特殊的一种，有些交换机还提供有此类功能模块，不一定有用户端口，但主要用于提供增强功能，比如防火墙模块，路由模块等等。

比较简单一些的是固定式交换机，它就没有分的那么细，因为是固定式结构，引擎和机箱做在一起，用户端口也基本固定，不用模块化按需配置。

原理基本同上。

第四章交换机的硬件结构及原理目的：了解交换机的硬件结构及原理理解相关概念了解APT和APZ的子系统AXE10：是一种全数字集中的控制的程控交换机，可在移动网，公网上使用。

AXE10由APZ和APT两大部分组成。

其系统结构如下：1、APZ：为交换机的控制部分，主要子系统：CPS：中央处理机子系统MAS：维护子系统RPS：区域处理机子系统IOS：I/O输入输出子系统在AXE10系统中，根据不同的应用要求，APZ有两大类：APZ211和APZ212。

主要在硬件和处理能力上有所不同。

1.1CPS：CENTRAL PROCESSOR SUBSYSTEM 中央处理机子系统。

1.1.1含有双备份的处理机CPA和CPB。

还为系统中所有的功能块提供程序和数据的存储器。

CPS由硬件和软件组成，并与MAS、RPS和SPS配合工作。

CP的类型：CP20、CP25、CP30，CPS的主要功能如下：(1)、程序执行及数据处理：它在被执行的任务之间分配处理机的资源，而这些任务通过缓存器、工作表、时间队列、日历功能等来分级。

(2)、功能变换：它用于变换、增删系统中的软件单元。

(3)、系统后备：它用于将CP存储器的内宾拷贝出来，或将拷贝出来的软件再装到系统中去。

(4)、监视功能：用于监视CP存储器的使用情况。

在CP内有三种存储器：程序存储器（PS），数据存储器（DS）和参考存储器（RS）。

这些存储器使用的限度和范围可设，一旦超出将产生告警。

(5)、程序修改功能：用于处理需纠正的软件错误。

CP内含有打补丁的功能。

(6)、程序测试的功能：用于测试和踊跃软件信号和变量。

它可以用于正在安装调测的交换机，又可以用于正处于运行中的交换机。

(7)、处理机负载测试：用于在话务高峰期检测处理机处理能力过载的情况。

(8)、维护统计：用于收集CP的状态信息以及APZ发生的非正常事件。

(9)、SIZE自动监视。

(10)、FUNCTION CHANGE：替换、增加和删除功能块。

华为路由器交换机的基本硬件架构知识设备华为路由器交换机的基本硬件架构知识华为交换机6506Quidway S6500 系列以太网交换机是华为公司自主开发的一系列大容量模块化L2L3 线速以太网交换机主要面向IP 城域网大型企业网及园区网用户并针对此类用户的特殊需求从软件硬件及结构造型等方面作了相应的优化设计S6506R 以太网交换机支持双交换引擎提供引擎的冗余备份双引擎各占1个槽位及6 个业务板槽位S6500 系列以太网交换机一体化机箱由单板区风扇区电源区配电区几个部分组成1产品外观S6506R 以太网交换机的机箱及槽位示意图如下S6506R 交换机槽位示意图上图单板英文描述含义如下SRPUSwitch Route Processing Unit交换路由板LPULine Processing Unit线路处理板简称业务板PWRPowerFAN风扇框单板区共有8 个横插拔的单板槽位最上面的2 个槽位固定为交换路由板SRPU槽位S6506R 以太网交换机为用户提供了SRPU 冗余备份功能其余6 个槽位为业务板槽位支持各种业务板的混插风扇区位于机箱的右侧为竖插拔结构电源区位于机箱的底部对应交流AC输入直流DC输入两种供电方式需分别选用交流电源模块直流电源模块配电区位于机箱的后下方对应交流AC输入直流DC输入两种供电方式需分别选用交流配电盒直流配电盒对于支持PoE 功能的S6506R XGbus 机箱其背面有接外置供电设备的-48V直流电源输入端子以及一个COM 口PoE 管理网口S6506R 以太网交换机只需2 个电源模块即可保证系统的正常工作但以太网交换机提供有3 个电源模块的槽位实现了电源模块的21 冗余备份２指示灯含义电源指示灯含义当电源指示灯OK 不亮表示系统供电有问题可以检查以下部分交换机供电电源开关是否打开交换机电源线是否连接正确供电电压是否正确风扇指示灯含义当风扇指示灯OK 不亮时可以进行以下检查定位故障各个散热风扇是否正常机箱通风口是否被异物堵塞空单板插槽位置上是否安装挡板单板指示灯含义如果单板的ALM 指示灯长时间点亮说明该单板有问题在单板复位期间ALM 指示灯也点亮正常启动以后ALM 指示灯应灭掉如果复位单板时ALM 指示灯不亮很可能是单板没有供电说明安装有问题３交换机的硬件维护１S6500 系列交换机支持电源模块带电插拔通电情况下安装与更换电源模块请注意操作方法及用电安全请不要接触露出的任何导线端子和在产品中标出的危险电压标志部分否则可能对人体造成伤害电源模块的更换第一步佩戴防静电手腕用螺丝刀松开待更换电源模块的松不脱螺钉第二步将待更换的电源模块从插槽中拉出S6500 系列交换机的电源模块比较重在拉出的过程中要一只手拉电源模块的拉手另一只手托住电源模块的底部缓慢地拔出若取出电源模块的位置上不再安装其他的电源模块则需要安装电源挡板以保证机箱的正常通风散热避免灰尘第三步从电源模块包装盒中取出新的电源模块确认电源模块的输入方式与所需一致第四步用一只手抓住电源模块的拉手另一只手托住电源模块的底部将电源模块沿导轨缓慢插入插入过程中确认模块与导轨接触良好只能平稳地插入电源模块插入时请注意电源面板的方向不要插错在插入的过程中插销端子的跳起将会导致系统告警插销不会进入插槽为了避免损坏或弯曲电源端子在插入过程中如果位置没有对正必须使被插入的模块后退然后重新插入第五步用电源模块的松不脱螺钉将电源模块固定在交换机机箱上安装固定螺钉时如果发现螺钉不能拧紧很可能是因为电源模块没有正确安装引起的请仔细检查S6500 系列交换机的电源模块上有防尘网长时间使用后空气中的灰尘可能将该网的通气孔堵住影响机箱的通风散热应该注意定期清洗清洗防尘网时不要使用任何清洗剂用清水洗净晾干即可2 业务板的更换S6500 系列交换机的交换路由板业务板的安装结构基本相同S6500 系列交换机的业务板支持带电插拔需要工具防静电手腕螺丝刀业务板的拆卸第一步佩戴防静电手腕用十字螺丝刀松开单板的固定螺钉第二步两手抓住板上的扳手使扳手向外翻使单板的插头与母板脱离第三步沿着插槽导轨平稳滑动拔出单板3 业务板的安装第一步佩戴防静电手腕用螺丝刀逆时针方向松开要安装单板挡板的安装螺钉拆下挡板第二步两手抓住板上的扳手使扳手向外翻沿着插槽导轨平稳滑动插入单板当该单板的拉手条上的定位插销与机箱上插销定位孔接触时停止向前滑动第三步使扳手向内翻使拉手条的插销进入底盘上的插销定位孔第四步用螺丝刀沿顺时针方向拧紧安装螺钉固定单板4 风扇框的更换1 需要工具防静电手腕螺丝刀2 S6506R 交换机风扇框的更换第一步佩戴防静电手腕用螺丝刀松开待更换风扇框的松不脱螺钉若在交换机工作状态下进行风扇框的更换被更换的风扇框先不拔出机箱等风扇停转后再拔出同时考虑到风扇有仍在运转的可能请不要把手伸入风扇框内避免受到伤害第二步将待更换的风扇框从插槽中拉出第三步将拔出风扇框放入包装袋中交换机工作状态下进行风扇框的拆卸时由于存在某个风扇仍在运转的可能请不要把手伸入风扇框内避免受到伤害第四步从包装盒中取出新的风扇框将风扇框沿导轨向交换机内部推进直到与交换机背板紧密接触为止第五步用螺丝刀拧紧风扇框的松不脱螺钉风扇框拆卸下来后需及时安装新的风扇框以保证交换机的正常使用5防尘网的清洁S6500 系列交换机的电源模块及一体化机箱的进风口处装有防尘网长时间使用后空气中的灰尘可能将该网的通气孔堵住影响机箱的通风散热建议用户每3 个月定期清洗一次防尘网可以干洗也可以水洗清洗过程中注意不要进行揉搓洗后晾干即可2 华为交换机S 8505S8500系列路由交换机是华为公司自主开发定位于大型企业网及园区网的网络骨干担当交换核心汇聚中心的L3设备考虑用户对处于类似网络位置的设备在运行安全性及大流量数据快速处理能力方面的较高要求S8500系列交换机在硬件结构上为用户提供了10GE端口同时支持电源及主控板的冗余备份为高端用户实现多业务高可靠大容量等需求提供了有利的支撑S8505该款路由交换机支持300Gbps 的交换容量即可同时实现240 个GE端口或20 个10GE 端口或240 个FE 电端口或100 个FE 光端口的线速转发交换机8505外观S8505路由交换机总体框架介绍S8505路由交换机采用一体化机箱式结构整个机箱由电源区单板区背板风扇区等几个部分组成1S8505 机箱及其槽位说明S8505交换机采用一体化机箱一体化机箱高度为3972mm宽度为436mm深度为420mm它的内部可以放置防尘网交换路由板业务板风扇模块和电源模块等硬件模块另外在一体化机箱前面板顶部右侧有一个防静电手腕插孔S8505 路由交换机提供7 个槽位上面2 个槽位是交换路由板槽位支持11 主备份下面5 个槽位是接口板槽位支持各种接口板和业务处理板的混插所有单板都支持热插拔功能机箱底部电源区由1 个POE 电源插盒和2 个电源模块组成2 个电源模块支持在线插拔电源可根据需求选用交流电源模块直流电源模块对应交流AC输入直流DC输入两种供电方式机箱右边风扇区由1 个风扇框组成风扇框采用竖插拔结构采用从左向右的抽风方式散热支持热插拔机箱左边是1 个防尘网框从机箱正面不可见需从机箱背面插拔以便定期清洗或者更换防尘网S8505路由交换机槽位示意图2S8505 的背板背板为无源背板设计提供5 个接口板槽位和2 个主控板槽位提供1 个风扇接口提供两个-48V 接口一个用于系统电源引入一个用于POE 电源引入3S8505 的系统电源交流电源模块直流电源模块参数额定电压范围100-240Vac50Hz -48V dc 最大电压范围90-264Vac47-63Hz -36 - -72V dc 最大输入电流15A 25A 最大输出功率1200W 1200W4风扇框S8505 路由交换机选用4 个120mm×120mm×254mm 直流风扇单元每个风扇框包括4 个风扇单元只有1 个风扇框风扇框功率25W风扇提供两种调速方式主控调速和温控自动调速风扇所需的-48V 直流电源从背板转接提供风扇框指示灯含义表5单板介绍LSB1GP12B业务板由LSB1LPUGB线路处理板3块LSB1GP4U接口扣板组成LSB1GP4U扣板面板及指示灯LSB1GP4U扣板面板示意图LSB1GP4U扣板指示灯含义指示灯指示灯状态说明LINK 灯灭表示线路没有连通灯亮表示线路已经连通ACT 灯灭表示没有数据收发灯亮表示有数据收发LSB1GP4U扣板接口线缆SFP模块的的热插拔特性及灵活的选配方法增加了用户组网的灵活性用户可根据自己的需要选择如下的SFP模块LSB1GP4U扣板可选的千兆SFP模块SFP模块名称中心波长 SFP模块提供的用户接口连接器类型接口光纤规格光纤最大传输距离1000BASE-SX-SR-SFP 850nm LC 50125μm多模光纤550m625125μm多模光纤275m 1000BASE-LX-IR-SFP 1310nm 9125μm单模光纤10km1000BASE-ZX-LR-SFP 1550nm 40km1000BASE-ZX-VLR-SFP 70km路由器一NE40E基本硬件架构知识11外观结构NE40E的外观结构包括液晶显示器控制板走线槽插线区挂耳进风框电源系统把手具体如下图所示1 液晶显示器控制板2 走线槽3 插板区4 挂耳5 进风框6 电源系统7 把手NE40E整机外观图com示器模块LCDLiquid Crystal Display用于对设备现场维护和操作LCD可以显示和查询单板环境风扇框和电源模块的信息和状态LCD模块外观示意图1 液晶显示屏2 风扇1指示灯3 风扇2指示灯4 按键指示灯的含义如表所示LCD面板指示灯含义表指示灯名称指示灯颜色指示灯含义FAN1 RUN 绿色常亮表示风扇1工作正常ALM 红色常亮表示风扇1有故障FAN2 RUN 绿色常亮表示风扇2工作正常ALM 红色常亮表示风扇2有故障com 风扇框简介NE40E共有两个风扇框位于液晶面板的后面完成对单板的抽风散热功能扣接在路由交换板SRU上的Monitorbus主模块能够根据插框内的温度控制风扇转速风扇的运行和故障指示灯位于设备的液晶面板上每个风扇框采用2个离心风扇对插框内的单板抽风散热平均风速约在2 ms左右风扇框的外观如图所示NE40E采用从下向上的抽风散热方式来控制单板插框中的单板温度电源自带的风扇位于一体化机箱的底部电源模块的风道与插板区是隔离的空气从电源模块的前面进入再从后面排出对电源模块吹风散热com 插板区NE40E的插板区有12个插槽可插入8个接口线路板LPULine Processing Unit2个交换网板SFUSwitch Fabric Unit和2个路由交换板SRUSwitch and Route Processing Unit如图1-5所示左为实物图右为示意图设备插板区板位在插板区的分布具体板位分布如表所示单板槽位分布说明单板槽位数量槽位宽度备注1～8 8 41mm16英寸可插接各种接口线路板910 2 36mm14英寸可插接路由交换板SRUSRU为11备份1112 2 36mm14英寸可插接系统交换网板SFU与集成在SRU上的交换模块共同构成为31备份1314 2 - 插接在SRU板上的SFU模块1314分别为插接在910槽位SRU板上的SFUcom 电源系统NE40E有两种供电方式直流电源系统和交流电源系统西安城域网采用直流电源供电直流电源系统-48 V直流电源模块为3 U高标准插框结构电源模块外观如图1-6所示电源塑胶面板如图1-7所示直流输入电源模块外观电源塑胶面板正面图-48 V直流输入电源模块分主路直通输出和辅路稳压-48V DC输出并具有以下功能主路直通电源具有短路保护的功能辅路稳压具有各种保护功能输出过流保护输出过压保护短路保护及告警功能并且支持并联工作-48V直流输入电源模块的正面如图1-8所示1 -48 V-60 V电源2 电源地3 保护地4 电源开关5 拉手直流输入电源模块面板直流输入电源模块主要参数如表1-10所示直流输入电源模块参数表项目直流配电框参数输入电压 -38V DC～-72V DC 最大输出电流85 A 最大输出功率3700 W 空气开关额定电流100 Acom 走线槽走线槽是网线电缆和光纤等线缆在子架上的布放区域从单板拉手条引出的光纤电缆一般都经过走线区向两侧走线引出插板区走线槽的线缆走线时应当合理规划避免交叉走线com 设备指示灯和开关描述设备指示灯和开关介绍名称指示灯颜色状态描述LPU OFL按键－单板插拔按钮在单板拔出前按下 OFFLINE 按钮提出拔板申请大约需要连续按钮3秒钟直至OFL指示灯点亮时单板才可安全拔出OFL指示灯红色红灯亮表示单板可安全拔出RUN运行灯绿色绿色指示灯慢闪05 Hz表明系统处于正常运行状态绿色指示灯快闪2 Hz表明系统处于告警状态LinkACT 绿色绿灯灭表示链路没有连通绿灯常亮表示链路已经连通闪烁表示数据收发SRU OFL按键－单板插拔按钮在做单板拔出前按下 OFFLINE 按钮提出拔板申请大约需要连续按钮3秒钟直至OFL指示灯点亮时单板才可安全拔出OFL指示灯红色红灯亮表示单板可安全拔出RUN运行灯绿色绿色指示灯慢闪05 Hz表明系统处于正常运行状态绿色指示灯快闪2 Hz表明系统处于告警状态ALM告警灯红色常亮表示告警常灭表示正常ACT主备灯绿色常亮表示主用常灭表示备用CFCompactFlash卡读写指示灯红色闪烁表示有读写数据常灭表示没有读写数据LINK以太网口自带绿色常亮表示链路已经连通常灭表示链路没有连通ACT以太网口自带黄色闪烁表示有数据收发常灭表示没有数据收发SFU OFL按键－单板插拔按钮在做单板拔出前按下 OFFLINE 按钮提出拔板申请大约需要连续按钮3秒钟直至OFL指示灯点亮时单板才可安全拔出OFL指示灯红色点亮表示单板可安全拔出RUN运行灯绿色绿色指示灯慢闪05 Hz表明系统处于正常运行状态绿色指示灯快闪2 Hz表明系统处于告警状态ACT指示灯绿色常亮表示工作正常常灭表示有故障FAN RUN运行灯绿色常亮表示风扇工作正常常灭表示风扇工作故障或者没有上电ALM告警灯红色常亮表示风扇有故障常灭表示风扇工作正常或者没有上电直流电源 PWD IN 绿色常亮表示主路有输出PWD OUT 绿色常亮表示主路和辅路输出都在正常的范围之内ALM 红色常亮表示电源模块有主路输出异常主路输出低于欠压点30V DC～34V DC或是高于过压点78V DC～80V DC或辅路输出异常电源风扇故障电源模块过热防雷电路故障等任一故障交流电源 PWD IN 绿色常亮表示交流输入正常PWD OUT 绿色常亮表示输出电压在正常的范围之内ALM 红色常亮表示电源模块有输入异常输出异常过压短路或电源风扇故障电源模块过热等任一故障12 单板属性13接口属性1000Base-X-SFP 光接口属性10G 以太网光接口属性OC-48STM-16 POS-SFP 光接口属性二NE5000E基本硬件架构知识Quidway NetEngine5000E 核心路由器简称NE5000E是华为公司面向核心和骨干网络开发的新一代万兆级高端路由器NE5000E 采用功能强大的通用路由平台VRPVersatile Routing Platform操作系统具有超大容量高性能和高可靠性的特点11外观结构NE5000E的外观结构包括液晶显示器控制板走线槽插线区挂耳进风框电源系统把手具体如下图所示1 液晶显示模块2 风扇模块3 上走线槽4 单板区 5下走线槽 6 进风框 7 电源系统面板 8 电源模块9 挂耳10 把手NE5000E设备部件示意图12硬件介绍1 液晶显示器模块LCDLiquid Crystal Display用于对设备现场维护和操作LCD可以显示和查询单板环境风扇框和电源模块的信息和状态LCD模块外观示意图1 液晶显示屏2 风扇1指示灯3 风扇2指示灯4 按键指示灯的含义如表所示LCD面板指示灯含义表指示灯名称指示灯颜色指示灯含义FAN1 RUN 绿色常亮表示风扇1工作正常ALM 红色常亮表示风扇1有故障FAN2 RUN 绿色常亮表示风扇2工作正常ALM 红色常亮表示风扇2有故障2 风扇框NE5000E共有两个风扇框位于液晶面板的后面完成对单板的抽风散热功能风扇框可以提供风扇故障告警Monitorbus主模块能够根据插框内的温度控制风扇转速风扇的运行和故障指示灯位于设备的液晶面板上每个风扇框采用2个离心风扇对插框内的单板抽风散热电源自带的风扇位于一体化机箱的底部电源模块的风道与插板区是隔离的空气从电源模块的前面进入再从后面排出对电源模块吹风散热3 电源系统电源模块指示灯说明电源模块分主路直通输出和辅路稳压–48V DC 输出具有以下功能主路直通电源具有短路保护的功能辅路稳压具有各种保护功能如输出过流保护输出过压保护短路保护并提供告警功能实现分区供电每一路电源为不同的设备供电如图所示第一路电源为黄色部分设备供电第二路电源为灰色部分设备供电第三路电源为蓝色部分设备供电电源模块的三路输入是独立工作的例如只接第一路输入则只有中间的黄色区域槽位有电两块电源模块是负载分担关系例如一个电源模块的第一路输入发生故障另外一个电源模块的第一路输入会负担起黄色区域槽位供电分区供电关系4 单板分类aNE5000ENE80ENE40E可提供下列两类接口线路板以太网接口线路板POS接口线路板b支持的以太网接口板有2448端口千兆以太网电光接口线路板10 端口千兆以太网光接口线路板1端口万兆以太网光接口线路板LAN1端口万兆以太网光接口线路板WAN2端口万兆以太网光接口线路板4端口万兆以太网光接口线路板c支持的POS光接口线路板如下816端口STM-1OC-3c POS光接口线路板4端口 STM-4OC-12 光接口线路板48端口STM-16OC-48c POS光接口线路板1端口STM-64OC-192c POS光接口线路板2端口STM-64OC-192c POS光接口线路板2端口STM-64OC-192c POS光接口线路板d其它类型接口板10G RPR接口GREL2TP接口e兼容8011单板NET STREAM 接口板RAINER 25G POS接口板8端口 POS 155M接口板4端口POS 155M接口板5 单板槽位分布NE5000E 的单板槽位如图所示NE5000E 槽位分布说明5 光模块属性1000M SFP 光模块属性10G XFP 光模块属性155M SFP 光模块属性25G SFP 光模块属性。

程控数字交换机的基本硬件结构电话网络中的任意两点之间要想进行通信，需要在两点之间建立传输通道，电话网络为电路提供交换方式，建立传输信道。

因此，在电话交换中使用的是电路交换方式。

程控数字交换机实质上是通过计算机的“存储程序控制”来实现各种接口的电路接续、信息交换及其他的控制、维护和管理功能的。

虽然不同类型、不同用途的程控数字交换机的具体结构不相同，但是它们的基本硬件结构是相同的。

整个交换机由两部分组成：话路系统和控制系统。

（1）话路系统。

将用户线连接到交换网络以沟通通话回路的系统称为话路系统。

话路系统可以分为用户级和选组级两部分，主要包括用户电路、用户集线器、中继器、交换网络（接续网络）、扫描电路（包括用户扫描电路、中继扫描电路）、控制信号分配电路（电路话路接口设备）及网络控制电路（驱动器）等部件。

①用户电路。

用户电路包括模拟用户电路和数字用户电路（digital line circuit，DLC）两种类型，是每个用户话机独用的设备，只为一个用户服务。

用户电路包括用户状态的监视等与用户直接有关的功能。

在电子交换机尤其是在数字交换机中，用户电路的功能越来越强大。

•模拟用户电路。

若用户线连接的终端是模拟话机，则用户线称为模拟用户线，其用户电路称为模拟用户电路。

模拟用户电路有模/数（A/D）转换和数/模（D/A）转换的功能。

•数字用户电路。

数字用户电路是数字用户终端设备与程控数字交换机之间的接口电路。

根据接口的不同，数字用户电路可分为S接口数字用户电路和U接口数字用户电路。

②用户集线器。

用户集线器用来进行话务量的集中或分散。

③中继器。

出中继电路和入中继电路是与其他电话交换机的接口电路，其作用是传输交换机之间的各种通信信号，监视局间通话话路的状态。

出中继器和入中继器中的某些继电器或触发器由CPU驱动，以完成电路状态的转移。

中继器分为模拟中继器和数字中继器两种类型。

•模拟中继器。

模拟中继器是数字交换机与其他交换机之间采用模拟中继线相连接的接口电路，它是为数字交换机适应模拟环境而设置的。

以太网交换机结构和原理以太网交换机是一种基于以太网技术的网络设备，主要用于实现局域网的数据交换。

它的主要作用是根据目的MAC地址和端口的对应关系，将数据包从一个端口复制并转发给目标端口，从而实现数据的快速传输和转发。

下面将从交换机的结构和原理两方面进行详细介绍。

一、交换机的结构1.交换机的外部结构交换机通常具有多个接口，用于连接多台终端设备，如计算机、服务器、打印机等。

每个接口都有一个端口号，用于标识不同的接口。

交换机能够通过不同的端口号将数据发送到相应的接口。

2.交换机的内部结构交换机内部通常包含以下几个主要部分：（1）端口：交换机的每个端口都与一个终端设备相连，可以通过端口来接收和发送数据。

（2）转发引擎：转发引擎是交换机的核心部分，主要负责实现数据包的转发和处理。

转发引擎通常由ASIC芯片（专用集成电路）组成，能够对数据包进行快速处理和转发。

（3）存储器：交换机通常具有一定的存储器容量，用于存储MAC地址表、数据包缓存等。

（4）控制板：控制板通常由CPU、操作系统和管理功能组成，用于控制和管理交换机的运行。

二、交换机的工作原理交换机的工作原理主要有两种模式：存储转发模式和直通模式。

1.存储转发模式（1）数据接收：当交换机接收到一个数据包时，首先会通过物理层和数据链路层的处理将数据包的帧头提取出来，并将源MAC地址记录到MAC地址表中。

（2）MAC地址表：MAC地址表存储了每个端口对应的MAC地址，以及MAC地址和接口的对应关系。

当交换机接收到一个新的数据包时，会根据源MAC地址在MAC地址表中查找对应的接口。

（3）根据MAC地址转发：如果在MAC地址表中找到了源MAC地址对应的接口，则将数据包发送到相应的接口，并更新源MAC地址的端口信息。

如果没有找到源MAC地址对应的接口，则将数据包广播到所有的端口上。

（4）根据目的MAC地址转发：当交换机接收到一个数据包时，会根据目的MAC地址在MAC地址表中查找对应的接口。

八口千兆交换机工作原理交换机是计算机网络中常见的网络设备之一，用于连接多台计算机，实现数据传输和通信。

八口千兆交换机是一种具有八个端口且支持千兆速率的交换机，它在局域网中扮演着重要的角色。

本文将介绍八口千兆交换机的工作原理。

八口千兆交换机工作原理主要包括以下几个方面：1. 硬件结构八口千兆交换机通常由三个主要部分组成：交换芯片、端口和主控制器。

交换芯片是交换机的核心部件，负责实现数据包的转发和路由功能。

端口用于连接计算机设备，实现数据的输入和输出。

主控制器则负责管理和控制交换机的整体运行。

2. 数据包转发八口千兆交换机工作时，会接收到来自计算机设备的数据包。

每个数据包包含了目标设备的MAC地址等信息。

交换机通过读取数据包中的目标MAC地址，将其与交换机中的MAC地址表进行比对，确定数据包应该转发到哪个端口。

如果目标MAC地址在交换机的MAC地址表中存在，则交换机将数据包转发到相应端口；如果目标MAC地址不在表中，则交换机将数据包广播到所有端口，以寻找目标设备。

3. MAC地址学习八口千兆交换机通过学习数据包中的源MAC地址，动态地更新自己的MAC地址表。

当交换机接收到一个数据包时，它会读取数据包中的源MAC地址，并将该地址与相应的端口进行关联，更新MAC地址表。

这样，当交换机需要转发数据包时，就可以通过MAC地址表快速地找到目标设备所在的端口，提高数据传输的效率。

4. 网络分割与隔离八口千兆交换机可以将局域网划分为多个虚拟局域网（VLAN），实现网络的分割与隔离。

不同的VLAN可以拥有独立的广播域，即数据包只会在同一VLAN内进行广播，不会跨越VLAN传播。

这样可以提高网络的安全性和性能，同时也方便管理和维护。

5. 速率控制与流量管理八口千兆交换机可以通过速率控制和流量管理功能，对数据传输进行调控。

速率控制可以限制每个端口的传输速率，避免某个设备占用过多的带宽，影响其他设备的正常通信。

流量管理则可以根据网络流量的情况，对数据包进行队列管理和优先级处理，确保网络的稳定和高效运行。

交换机的体系结构和各部件说明最近在研究交换机，把从⽹上学习的和⾃⼰理解的总结下如果那⾥有错误请多多指教。

⼀、交换机从外形主要分为盒式交换机和框式交换机，盒式交换机和框式交换机内部主要功能部件都⼀样，只是形态和性能上有很⼤的区别。

1、盒式交换机外形如下图：硬件模块逻辑结构如下图：2、框式交换机外形如下图（每个品牌的布局可能不⼀样）：⼆、交换架构的演进介绍（主要以框式）1，共享总线2，环形交换3，共享内存4，Crossbar＋共享内存5，分布式Crossbar1、共享总线总线交换是最古⽼的⼀种数据交换⽅式，这种⽅式的主要特点是没有专门的交换⽹芯⽚，通过共享背板总线进⾏各线卡之间的数据传递，各线卡分时占⽤背板总线，共享总线不可避免内部冲突；结构和技术⽐较简单，但交换容量受背板总线带宽限制，⽆法构建⼤容量系统，并且随着背板总线带宽的增加，码流的同步控制也成为⼀⼤瓶颈；⽬前采⽤这种交换⽅式的系统交换容量⼀般⼩于32G，并且⼀般都是有阻塞的系统。

这种交换形式在⼀些⽼机型上仍有使⽤，新的系统不会采⽤这种交换形式。

这种交换形式将逐渐被淘汰。

2、环形交换环形交换实质上仍然是⼀种总线交换⽅式，改进点就是将总线移到了芯⽚中，⽽不是在背板上；带宽有所提⾼，但是没有根本改善；采⽤这种交换⽅式的系统容量在32G-64G之间，⼀般来讲都是有阻塞的系统；这种交换形式也将逐渐被淘汰。

3、共享内存共享内存结构的交换机使⽤⼤量的⾼速RAM来存储输⼊数据，同时依赖中⼼交换引擎来提供全端⼝的⾼性能连接，由核⼼引擎检查每个输⼊包以决定路由。

这类交换机设计上⽐较容易实现，但在交换容量扩展到⼀定程度时内存操作会产⽣延迟，另外在这种设计中由于总线互连的问题增加冗余交换引擎相对⽐较复杂，所以这种交换机如果提供双引擎的话要做到⾮常稳定相对⽐较困难。

所以我们可以看到早期在市场上推出的⽹络核⼼交换机往往都是单引擎，尤其是随着交换机端⼝的增加,由于需要内存容量更⼤,速度也更快,中央内存的价格变得很⾼。

本章提要：交换机用做网络集中设备，其端口连接网络中的主机。

在转发数据帧时，端口带宽能够独享。

交换机按其工作在OSI参考模型的对应层次，有第二层、第三层和第四层交换机。

可管理的交换机内置了操作系统软件。

第二层交换机采用帧交换转发数据，帧交换方式有三种，分别为存储转发、伺机通过和自由分段。

使用备份连接是提高网络可靠性的常用方法，但所形成的环路可能会导致广播风暴和引起多帧副本问题。

STP协议的应用则可消除环路问题，使冗余备份得以实现。

1.1交换机的作用与组成在以太网络中，交换机起的是信息中转站的作用。

它把从某个端口接收到的数据从其他端口转发出去。

以下介绍交换机的外观与内部组成。

不同厂家、不同型号的以太网交换机，其外观和内部组成都有一定的个性差异，但其共性是主要的。

1. 交换机的外观前面板上的多个RJ45接口是以太网口，用来连接计算机或其他交换机。

后面板或前面板上的串口是交换机的配置口，用串口线缆将其与计算机的串口连接起来，可实现对交换机的配置操作。

也有的交换机的配置口位于前面板上。

面板上有若干指示灯，其亮、灭或闪烁可以反映交换机的工作状态是否正常。

此外还有电源插口、电源开关等。

可上机架（柜）式交换机的标准长度为48.26cm(19in)。

如图1.1所示的是Cisco Catalyst3550和Cisco Catalyst 2900交换机的外观图。

2. 交换机的内部组成交换机的内部组成为：CPU (中央处理器)：交换机使用特殊用途集成电路芯片ASIC，以实现高速的数据传输。

RAM/DRAM：主存储器，存储运行配置。

NVRAM（非易失性RAM）：存储备份配置文件等。

FlashROM（快闪存储器）：存储系统软件映像文件等。

是可擦可编程的ROM。

ROM：存储开机诊断程序、引导程序和操作系统软件。

接口电路：交换机各端口的内部电路。

图1.1 交换机的外观1.2交换机的分类可按多种方式对交换机进行分类。

若参照开放系统互连参考模型OSI，则交换机属于第二～四层的设备。

3层交换机工作原理三层交换机是在OSI模型的第三层（网络层）上工作的网络设备，它具有路由器和交换机的功能。

其主要工作原理如下：1. 硬件结构：三层交换机通常由高速交换芯片、CPU、存储器和网络接口等组成。

高速交换芯片负责在数据包转发时进行数据包的处理和转发决策，CPU负责管理和配置交换机的各种操作，存储器用来存储交换机的配置和状态信息，网络接口用来与其他设备进行数据传输。

2. 端口功能：三层交换机上的每个端口都可以配置为不同的工作模式，包括物理接口、VLAN接口、多播接口等。

不同的接口模式可以实现不同的功能，例如将不同的网络分隔成不同的VLAN，实现不同的子网之间的互相通信。

3. VLAN：三层交换机支持虚拟局域网（VLAN）功能，它可以将一个物理局域网划分成多个逻辑局域网，每个VLAN之间相互隔离，只能通过路由器进行通信。

VLAN的划分可以基于端口、MAC地址、协议、子网等多种标准。

4. 路由功能：三层交换机可以根据目标IP地址对数据包进行路由决策，将数据包转发到正确的目标网络。

它可以学习到网络中的路由信息，构建路由表，并根据路由表进行数据包的转发。

通过路由功能，三层交换机可以实现不同子网之间的互通。

5. IP地址转发：三层交换机可以对数据包进行IP地址转发，即将源IP地址替换为交换机的出口IP地址，并更新数据包的校验和。

这样可以隐藏真实的源IP地址，提高网络的安全性。

6. QoS支持：三层交换机可以支持服务质量（QoS）功能，可以对数据包进行优先级的标记和分类，根据不同的优先级进行转发。

这样可以提高延迟敏感型应用的性能，提供更好的网络体验。

总的来说，三层交换机结合了交换机和路由器的优点，既能提供高速的数据包转发能力，又能实现不同子网之间的互通。

它在网络中起到了重要的作用，提高了网络的性能和可靠性。