交换机工作原理及

交换机工作原理及（精选6篇）

交换机工作原理及 篇1

钠离子交换树脂的工作原理及优缺点分析

作者：钠离子树脂 日期：2012-10-12 8:30:25 热度：39

Tag:钠离子树脂,阴阳离子交换树脂

将离子性官能基结合在树脂（有机高分子）上的材料，称之为 “离子交换树脂”。

树脂表面带有磺酸(sulfonic acid)者，称为阳离子交换树脂，而带有四级氨离子的，则为阴离子交换树脂。由於离子交换树脂可以有效去除水中阴阳离子，所以经常使用於纯水、超纯水的制造程序中。

离子交换树脂上的官能基虽可去除原水(Feed water)中的离子，但随著使用一段时间之后,因官能基的饱和而导致去离子效率的降低，引发水质劣化的缺点。

此外，离子交换树脂本身也是有机物质，使用中会受到氧化分解、机械性破裂、担体流出而造成有机物质的溶出。带有电荷的有机物质也会受到离子交换树脂的吸附，使离子交换树脂很容易受到有机物质的污染(Fouling)。而有些微生物由於菌体表面带著负电，也会被阳离子交换树脂所吸附，树脂表面因而成为微生物的繁殖场地，造成纯水的污染。

在此同时，微生物所产生的代谢产物也会成为有机物质的污染来源。这些都是使用离子交换树脂时，引发水质劣化而不可不注意的地方。通常失去离子去除能力（饱和）的离子交换树脂，虽然可以经由酸碱药剂的作用来再生，达到重复使用的目的，但若因为有机物质的吸附（污染）而造成效率不好时，树脂的去除性能就会降低。此外，依再生用化学药剂的品质不同也会有离子交换树脂本身被污染的风险。因此，超纯水系统所使用的离子交换树脂几乎是不能进行再生处理的。

交换机工作原理及 篇2

1.1 UC3842芯片简介

UC3842是由美国UNIRODE公司生产。此IC具有引脚少 (8脚) 、外接元件少、接线简单、可靠性高、成本极低等优点。UC3842是电流控制型脉宽调制器, 通常用于单端反激式变换器, 输出功率限制在100W以下。

1.2 UC3842内部工作原理

图1示出了UC3842内部框图和引脚图, UC3842采用固定工作频率脉冲宽度可控调制方式, 共有8个引脚, 各脚功能如下: (1) 脚是误差放大器的输出端, 外接阻容元件用于改善误差放大器的增益和频率特性; (2) 脚是反馈电压输入端, 此脚电压与误差放大器同相端的2.5V基准电压进行比较, 产生误差电压, 从而控制脉冲宽度; (3) 脚为电流检测输入端, 当检测电压超过1V时缩小脉冲宽度使电源处于间歇工作状态; (4) 脚为定时端, 内部振荡器的工作频率由外接的阻容时间常数决定, f=1.8/ (RT×CT) ; (5) 脚为公共地端; (6) 脚为推挽输出端, 内部为图腾柱式, 上升、下降时间仅为50ns驱动能力为±1A; (7) 脚是直流电源供电端, 具有欠、过压锁定功能, 芯片功耗为15mW; (8) 脚为5V基准电压输出端, 有50mA的负载能力。

电路上电时, 外接的启动电路通过引脚7提供芯片需要的启动电压。在启动电源的作用下, 芯片开始工作, 脉冲宽度调制电路产生的脉冲信号经6脚输出驱动外接的开关功率管工作。功率管工作产生的信号经取样电路转换为低压直流信号反馈到3脚, 维护系统的正常工作。电路正常工作后, 取样电路反馈的低压直流信号经2脚送到内部的误差比较放大器, 与内部的基准电压进行比较, 产生的误差信号送到脉宽调制电路, 完成脉冲宽度的调制, 从而达到稳定输出电压的目的。

2 TP-LINK交换机TL-SG1024T电源模块维修实例

交换机时间久了, 其中的电源模块就成了故障高发区。本学期就碰到了几台交换机型号TL-SG1024T的电源有关的故障。

2.1维修实例一, 电源指示灯不亮:该交换机拆开后检测, 故障是因天气过热长时间运行电源部分发生严重损坏, 目测保险管烧断已经发黑, C15、C16、C17等电容也已经鼓包失去功能, 根据维修经验直接用万用表的二极管档位测量电源开关管Q1也已经短路。故障分析:为便于分析故障点, 作者之前已经根据交换机电源模块的电路板走线, 测绘出整个模块的电路图, 并且用PROTEL绘制了工作电路图, 如图2所示。根据故障造成的现象来判断, 造成电源模块主板损坏是因为发生了比较严重的短路。第一步先将目测损坏的原件全部换下, 主要元件为:Q1、C15、C16、C17。用万用表测量交流输入端的内阻为570kΩ, 判断没有短路, 随后通电进行测试, 但是发现本应输出3.5V的竟然输出仍为0V, 电源模块没有正常工作, 为谨慎起见, 将整个电路板的易损元件进行测量, 并与标称值比较, 最后发现启动电阻R4阻值为无穷大, 其色环标称的阻值应为64kΩ。正常情况下, 220V市电通过桥式整流器, 整流为300V直流电压, 300V电压经过过启动电阻R4、R5将12V启动电压传送给UC3842的第七脚。现在, 由于R4阻值无穷大, UC3842无法得到启动电压, 导致UC384C的 (6) 脚高频振荡无输出, 开关管Q1不能导通, L4、L5就没有电磁感应, 所以电源模块没有输出电压。分析到这里, 处理的方法就很明确了, 更换R4在内的所有损坏变质元件, 再次上电有3.3V直流电压输出。将电源模块联机试验, 交换机电源指示灯常亮, 交换机的功能恢复正常。

2.2维修实例二, 交换机不正常工作。该交换机目测C15、C16、C17的电容也已经鼓包。用万用表测量电源开关管Q1短路。与实例1的故障现象基本相同, 先更换经测量损坏的元件, 用万用表测量交流输入端的内阻为570kΩ, 判断没有短路, 随后通电进行测试, 3.5V直流输出为0V。根据维修经验测量启动电阻R3、R4的阻值, 经测量未有损坏。维修陷入僵局, 带电测量发现C12的300V直流高压正常, 说明整流桥堆D1工作正常。再测量UC3842的 (7) 脚启动电压为12V, 说明PWM芯片的工作条件已经满足。随后测量UC3842的 (6) 脚无PWM电压输出, (8) 脚无5V参考电压, 判断UC3842已经损坏, 拆下此芯片发现底部的电路板已经发暗, 更加确定UC3842已经损坏, 更换新原件上电仍旧没有电压输出。

改变维修思路, 再次研究图1的电路原理图, 查找影响UC3842 (6) 脚输出电压的原件, 发现与 (6) 脚输出相关的原件有:R8、D3、R7、D4, Q1已经更换成新原件, 并且测量正常, 不会导致 (6) 脚无输出, 分别测量上述4个元件, D4已经反向击穿, 应该也是UC3842损坏瞬间高压所致, 找到性能相同的耐压二极管替换, 再次上电已经有了3.5V电压输出。

3结论

交换机电源模块是造成交换机故障的主要部件, 常见故障有脉宽调制集成电路损坏、场效应电源开关管烧毁、滤波电容失容、高压整流二极管击穿等。检修时除了替换目测损坏元件以外, 也要形成测量周边表面看来没有损坏元件的习惯, 他们往往才是导致故障的根源所在。在中低端交换机中, 采用UC3842系列脉宽调制块为核心的电源模块比较多, 它好坏的判断可以采取在芯片的 (7) 脚加上12V左右的直流供电, 然后测量 (8) 脚输出是不是5V的标准电压。上电检测一定要防止短路故障再次发生, 造成电源主板二次损坏, 扩大故障范围。为避免此现象发生, 作者在保险丝处串联了一个60W的灯泡做保障, 并且采用了隔离变压器防止触电, 保证了维修人员的生命安全。

在日常的交换机安装使用中, 也应考虑到布局的合理性, 交换机之间要保证足够的间距, 防止堆叠, 加强散热, 保持通风并减少灰尘的影响。以上举措会大大增加交换机设备的工作寿命, 为学院的节约一定的维护经费。

参考文献

[1]张金波, 李俊等.一种自激式开关稳压电源的设计[J].微计算机信息, 2003.

[2]詹艳军, 杨笔锋等.基于UC3842反激式开关电源的设计[J].微计算机信息, 2008.

[3]王全保.电子变压器手册[M].沈阳:辽宁科学技术出版社, 1998, 8.

[4]张占松, 蔡宣三.开关电源的原理与设计[M].北京:电子工业出版社, 1998.

对光纤交换机原理进行说明体验 篇3

什么是以太网交换机?交换switching 是按照通信两端传输信息的需要，用人工或设备自动完成的方法，把要传输的信息送到符合要求的相应路由上的技术统称。广义的交换机switch就是一种在通信系统中完成信息交换功能的设备。

交换和光纤交换机最早起源于电话通讯系统(PSTN)，我们现在还能在老电影中看到这样的场面:首长(主叫用户)拿起话筒来一阵猛摇，局端是一排插满线头的机器。戴着耳麦的话务小姐接到连接要求后。

把线头插在相应的出口，为两个用户端建立起连接，直到通话结束。这个过程就是通过人工方式建立起来的交换。当然现在我们早已普及了程控交换机，交换的过程都是自动完成。

在计算机网络系统中，交换概念的提出是对于共享工作模式的改进。我们以前介绍过的HUB 集线器就是一种共享设备。HUB本身不能识别目的地址，当同一局域网内的A主机给B主机传输数据时，数据包在以HUB为架构的网络上是以广播方式传输的。

由每一台终端通过验证数据包头的地址信息来确定是否接收。也就是说，在这种工作方式下，同一时刻网络上只能传输一组数据帧的通讯，如果发生碰撞还得重试，

这种方式就是共享网络带宽。什么是以太网交换机拥有一条很高带宽的背部总线和内部交换矩阵。交换机的所有的端口都挂接在这条背部总线上，控制电路收到数据包以后。

处理端口会查找内存中的地址对照表以确定目的MAC(网卡的硬件地址)的NIC(网卡)挂接在哪个端口上，通过内部交换矩阵迅速将数据包传送到目的端口。目的MAC若不存在才广播到所有的端口，接收端口回应后交换机会“学习”新的地址，并把它添加入内部地址表中。

什么是以太网交换机也可以把网络“分段”，通过对照地址表，交换机只允许必要的网络流量通过交换机。通过交换机的过滤和转发，可以有效的隔离广播风暴，减少误包和错包的出现，避免共享冲突。

什么是以太网光纤交换机在同一时刻可进行多个端口对之间的数据传输。每一端口都可视为独立的网段，连接在其上的网络设备独自享有全部的带宽，无须同其他设备竞争使用。当节点A向节点D发送数据时。

节点B可同时向节点C发送数据，而且这两个传输都享有网络的全部带宽，都有着自己的虚拟连接。假使这里使用的是10Mbps的以太网交换机。那么该交换机这时的总流通量就等于2×10Mbps=20Mbps，而使用10Mbps的共享式HUB时，一个HUB的总流通量也不会超出10Mbps。

交换机工作原理及 篇4

（仅供参考，部分答案）（用红色圈出的必须掌握）

1.在通信网中为什么要引入交换功能? 为实现多个终端之间的通信,引入交换节点.各个用户终端不在是两两互连 , 而是分别经由一条通信线路连接到交换节点上,在通信网中,交换就是通信的源和目的终端之间建立通信信道,实现通信信息传送的过程引入交换节点后，用户终端只需要一对线与交换机相连，节省线路资源，组网灵活。

2.构成通信网的三个必不可缺少的要素是什么？ 构成通信网的三要素是 :交换设备.传输设备 ,终端设备.3.目前通信网中存在的交换方式有哪几种?分别属于哪种传送模式? 电路交换.多速率电路交换.快速电路交换.属于电路传送模式, 分组交换.帧交换.帧中继属于分组传送模式

ATM交换 属于异步传送模式

4.电路传送模式.分组传送模式,和异步传送模式的特点是什么?  电路传送模式特点:：（1）信息传送的最小单元是时隙(2)面向连接的工作方式(3)同步时分复用(4)信息传送无差错控制(5)信息具有透明性(6)基于呼叫损失的流量控制  分组 特点:(1)面向连接的工作方式的特点(2)无连接的工作方式特点(3)统计时分复用(4)信息传送有差错控制(5)信息传送不具有透明性(6)基于呼叫延迟的流量控制

 异步传送特点:(1)固定长度单元的信元和简化的信头(2)采用了异步时分复用方式(3)采用了面向连接的工作方式

5.同步时分复用和异步时分复用的特点是什么? 同步时分复用的基本原理是把时间划分为等长的基本单位,一般称为帧,每帧再划分为更小单位叫时隙.对每一条同步时分复用的高速数字信道,采用这种时间分割的方法.依据数字信号在每一帧的时间位置来确定它是第几路子信道.通过时间位置来识别每路信道

异步时分复用是采用动态分配带宽的,各路通信按需使用.异步时分复用将时间划分为等长的时间片,用于传送固定长度的信元.异步时分是依据信头标志X.Y.Z.来区别哪路通信信元，而不是靠时间位置来识别。

6.分组交换。帧交换，帧中继。有何异同？ 他们交换过程的本质都是存储转发。

分组交换的信息传送最小单位是分组，帧交换是帧，帧中继是帧。

分组交换的协议是OSI 1.2.3层 帧交换是OSI 1.2层帧中继是OSI 1.2(核心)层 分组交换的信息与信令传送信道不分离，帧交换分离，帧中继分离。

7.电信交换系统的基本结构是怎样的，各组成部分分别完成哪些功能，它所涉及的基本技术有哪些？ 电信交换系统由信息传送子系统和控制子系统组成。信息传送子系统包括交换网络和各种接口。

交换网络是信息从某个口进入交换系统经由交换网络的交换从某口出去。接口主要完成信号变换及适配功能。

控制子系统是交换系统的“指挥中心”，交换系统的交换网络，各接口以及其他功能部件都是在控制子系统的控制下协同，有序不紊的工作的。

涉及的技术有交换网络的拓扑结构。交换网络内部选路策略，交换网络的控制机理，多播方式的实现，网络阻塞特征，网络可靠性等一系列互联技术。

8.通信网的支撑网主要包括哪三种网络，它们分别起何种支撑作用？ 支撑网是现代通信网必不可少的重要组成部分。支撑网支持通信网的应用层，业务层和传送层的工作，提供保证网络正常运行的控制和管理功能。它包括NO.7信令网，电信管理网和数字同步网。

NO.7信令网是现代通信网的神经网络，为现代通信网提供高效，可靠的信令服务。数字同步网用于保证数字交换局之间，数字交换局与数字传输设备之间信号时钟的同步，并且使通信网中所有数字交换系统和数字传输系统工作在同一个时钟频率下。电信管理网能够全面，有效，协调的管理整个电信网的作用。

9.对通信网的质量要求是什么？

（1）保证网内任意用户之间的相互通信；（2）保证满意的服务质量；（3）具有较高的可靠性；（4）投资和维护费用合理；（5）能不断适应通信新业务和通信新技术的发展。

第二章 10.描述交换单元外部特性的指标是什么?举例说明。

答: 1)容量:交换单元所有入线可以同时送入的总的信息量。2)接口:即交换单元自己的信号接口标准。3)功能:点到点功能、同发功能、广播功能。

4)质量: 包括交换单元完成交换功能的情况和信息经过交换单元的损伤。

11.试计算构造16*16有向交换单元, 采用基本开关阵列时需要多少个开关?若构造16*16 无向交换单元, 同样采用基本开关阵列时分别需要多少单向开关和双向开关? 答：有向交换单元，基本开关阵列 : N*N=256 无向交换单元，基本开关阵列：N(N-1)=240 无向交换单元，双向开关阵列：N(N-1)/2=120

12.一个S接线器的交叉点矩阵为8*8,设有TS10要从母线l交换到母线7,试分别按输出控制方式和输入控制方式画出此时控制存储器相应单元的内容,说明控制存储器的容量和单元的大小（比特数）。答：控制存储器的容量8*n个，单元大小为3bit。

13.时分交换单元主要有共享存储器型和共享总线型两种, 比较他们之间的异同。

答:不同点:(l)结构不同。共享存储器型交换单元以存储器作为核心部件, 而总线型交换単元的一般结构包括入线控制部件、出线控制部件和总线三部分。

(2)工作方式不同。共享存储器型交换単元的工作方式有两种: A、入线缓冲;B、出线缓冲。总线型交换单元的各部件功能特点如下: a·入线控制部件接收入线新号，进行相应的格式变换,放在缓冲存贮器中,并在分配给该部件的时隙上把收到的信息送到总线上。

b·出线控制部件检测总线上的信号,并把属于自己的信息读人一个缓冲存储器中,进行格式变换,然后由出线送出,形成出线信号。

c.总线一般包括多条数据线和控制线。d.总线时隙分配要按一定的规则。相同点: 两者都可以对三种时分复用信号进行交换, 只不过具体实现方式不同。

14.一个 T接线器可完成一条PCM上的l28个时隙之间的交换,现有 TS28要交换到

TS18，试分别按输出控制方式和输入控制方式画出此时话音存储器和控制存储器相应单元的

内容,说明话音存储器和控制存储器的容量和每个单元的大小(比特数)。

答:话音存储器: 256个存储单元,每个単元大小8bit;控制存储器: 256个存储单元,每个单元大小7bit。

15.根据T接线器的工作原理，试分析影响T接线器的容量因素有哪些？

答：话音存储器，控制存储器的容量大小。

16.若入口级选择8入线的交换单元，出口级选择8出线的交换单元，试构造128*128的三级严格无阻塞CLOS网络，并画图说明。解：n=8，m=2n-1=15，r=16

第三章

17.程控交换系统是由哪几部分组成的，各组成部分完成的功能是什么？ 数字程控交换机系统结构由话务子系统和控制子系统构成，话路子系统又是由交换网络和接口设备组成的。

控制子系统：依照呼叫用户的需求，并结合交换设备的性能指标，资源状态完成相应的接续操作，维持设备正常运行。

交换网络：在控制功能管理下，按需求提供连接通路。

接口设备：适配外部线路传输特性，信号格式转换，协同信令功能模块收发信令。

18.数字程控交换机的接口类型都有哪些？

V类和Z类接口是数字程控交换机用户侧接口，A类B类和C类接口是数字程控交换机与其它交换机的接口，是网络侧接口。其中数字接口有用户侧的V类接口和网络侧的A类、B类接口，模拟接口有用户侧的Z类接口和网络侧的C类接口，另外还有网管接口Q3接口。

19.用户电路的BORSCHT七大功能是什么，还有哪些功能在一些特殊应用时会用到？（1）B馈电（2）O过压保护（3）R振铃控制（4）S监视（5）C编译码和滤波（6）H混合电路（7）T测试

20.数字中继电路完成哪些功能？

数字中继电路的基本功能主要有码型变换，帧同步，复帧同步，时钟提取，提取和插入信号，帧定位。

21.什么是集中控制，什么是分散控制，他们各有什么有缺点？

集中控制是指处理机可以对交换系统内的所有功能及资源实施同统一控制。该控制系统可以由多个处理机构成，每个处理机均可控制整个系统的正常运作。

集中控制特点（1）处理机直接控制所有功能的完成和资源的使用，控制关系简单，处理机间通信接口简单（2）每台处理机上运行的应用软件包含了对交换机所有功能的处理，因而单个处理机的应用软件复杂、庞大（3）处理机击中完成所有功能，一旦处理机系统出现故障，整个控制系统失效，因而系统可靠性较低。

分散控制是指对交换机所有功能的完成和资源使用的控制由多个处理机分担完成的，即每个处理机只完成交换机的部分功能及控制部分资源，分散控制分全分散控制和分级分散控制，全分散控制特点：（1）各处理机处于同一级别（2）每台处理机只完成部分功能，这就要求各处理机要协调配合共同完成整个系统的功能，因而各处理机之间通信接口比较复杂（3）每台处理机上运行的应用软件只完成该处理机所承担的功能，故单个处理机上的应用软件相对简单（4）功能分散在不同的处理机上完成，某个或某些处理机出现故障，一般不会导致整个控制系统失效，因而系统可靠性比较高（5）系统具有较好的扩充能力。

分级分散控制特点：（1）处理机之间是分等级的高级别的处理机控制低级别（2）处理机之间通信接口较集中，控制方式复杂，但是比全分散方式要交单（3）各处理机上应用软件的复杂度介于集中控制方式和全分散方式控制之间（4）控制系统的可靠性比集中控制方式高，但比全分散控制方式要低。

22.某程控交换机装有24个模块，已知每8个模块合用一台处理机，处理机完成一次呼叫平均需要执行18000条指令，每条指令平均执行时间为2s，固定开销=0.15，最大占用率t=0.95，试求该交换机总呼叫处理能力N为多少？ +

（t-）/b=240000 次/h 由t=a+bN,又由于有三台交换机，所以N=323.程控交换机软件特点是什么？ 1.实时性 –话音业务最大的特点是具有实时性，因此交换机的软件系统在进行呼叫处理过程中必须满足实时性的要求，这时软件编程效率，CPU的处理能力等方面提出了要求。

2.多任务并发执行--程控交换机应能处理并发的多个呼叫，因此交换机的软件系统在操作系统，数据管理，多任务程序设计，资源管理等方面应满足这种多任务并发执行的特点。

3.高可靠性—程控交换机必须具有高可靠性，因此交换机的软件系统应采取各种措施来保证其业务的不间断，如设置自检程序，测试程序，故障诊断和处理程序，备份CPU倒换程序等。

24.长途电话的路由选择原则是什么？

1.应保证通信质量。首选串接电路群段数少的路由，所选路由最大串接电路群段数不超过7段。

2.应有规律性，避免死循环的发生

3.能在低等级交换中心疏通的话务尽量不要在高等级交换中心疏通 4.不应使网络和交换设备的设计过于复杂

第四章

25.什么是信令？ 信令就是除了通信时的用户信息以外的各种控制命令。信令按信令传送通道与用户信息传送通道的关系不同，可分为随路信令和共路信令；信令按其功能分可分为线路信令，路由信令和管理信令；信令按其工作区域不同可分为用户线信令和局间信令。

26.什么是随路信令，它的基本特征是什么？ 随路信令是信令和用户信息在同一通路上的传送信令；它有共路性和相关性两个基本特征。

共路性：信令和用户信息在同一通信信道上传送。相关性：信令通道与用户信息通道在时间位置上具有相关性。

与公共信道信令相比，随路信令的传送速度慢，信令容量小，传递与呼叫无关的信令能力有限，不便于信令功能的扩展，支持通信网中新业务的能力较差。

27.什么是公共信道信令，它的基本特征是什么？ 公共信道信令的信令通路和用户信息通路是分离的，信令是在专用的信令通道上传送的；它包含分离性和独立性两个基本特性。

分离性：信令和用户信息在各自的通信信道上传送

独立性：信令通道与用户信息通道之间不具有时间位置的关联性，彼此相互独立。NO.7信令是公共信道信令。公共信道信令的传送速度快，信令容量大，可传递大量与呼叫无关的信令，便于信令功能的扩展，便于开放新业务，可适应现代通信网的发展。

28.NO.7信令的技术特点是什么？ 它具有以下四个特点：

一、NO.7信令采用公共信道方式，其局间的NO.7信令链路是由两端的信令终端设备和它们之间的数据链路组成的。数据链路是速率为64kbit/s的双向数据通道；

二、NO.7信令传送模式采用的是分组传送模式中的数据报方式，其信息的最小单位——信令单元（SU）就是一个个分组，并且基于统计时分复用方式；

三、由于话路与信令通道是分开的，所以必须对话路进行单独的导通检验；

四、必须设置备用设备，以保证信令系统的可靠性。

29.NO.7信令的基本信令单元有哪几种，如何区分？他们各有哪一层协议处理和产生。NO.7信令采用可变长的信令单元，它由若干个8位位组组成，它有三种信令单元格式：

一、用来传送第四级用户级的信令消息或信令网管理MTP3消息的可变长的消息信令单元（MSU）；

二、在链路启用或链路故障时，用来表示链路状态的链路状态单元（LSSU）；

三、由信令链路控制级MTP2及信令网功能级MTP3产生；用于链路空或链路拥塞时来填补位置的插入信令单元（FISU），亦称填充单元，由信令链路控制级MTP2产生。

30.信令网是由什么构成的？ 信令网是由信令点（SP）、信令转接点（STP）、和信令链路三部分组成的。

31.信令网的三种工作方式是什么？ 使用公共信道信令传送局间话路群的信令时，根据通话电路和信令链的关系，可以采用下面三种工作方式：直联工作方式，准直联工作方式和完全工作方式三种。

32.信令网中的路由选择的原则是什么？ 在NO.7信令网中，信令路由的选择遵循两个基本原则：最短路径和负荷分担。最短路径就是在确定至各个目的信令点的路由时，选择不经过信令转接点的直达信令路由或经信令转接点次数最少的信令路由；负荷分担就是同一等级的信令路由路由之间和每一条信令路由的信令链路组之间均匀分担信令业务。

第五章

33.X.25与IP分组交换的区别 X.25只是一个以虚拟电路服务为基础对公用分组交换网接口的规格说明。它动态地对用户传输的信息流配分带宽，能够有效地解决突发性、大信息流的传输问题，分组交换网络同时可以对传输的信息进行加密和有效的差错控制。虽然各种错误检测和相互之间的确认应答浪费了一些带宽，增加了报文传输延迟，但对早期可靠性较差的物理传输线路来说是一种提高报文传输可靠性的有效手段。

34.分组交换与报文交换有何异同？ 分组交换、报文交换均采用存储转发传输方式。但分组交换将一个长报文先分割为若干个较短的分组,然后把这些分组(携带源、目的地址和编号信息)逐个地发送出去,因此与报文交換相比有以下优缺点: 优点: ① 加速了数据在网络中的传输。因为分组是逐个传输, 可以使后一个分组的存储操作与前一个分组的转发操作并行, 这种流水线式传输方式减少了报文的传输时间。此外, 传输一个分组所需的缓冲区比传输一份报文所需的缓冲区小得多,这样因缓冲区不足而等待发送的机率及等待的时间也必然少得多。

② 简化了存储管理。因为分组的长度固定, 相应的缓冲区的大小也固定, 在交换结点中存储器的管理通常被简化为对缓冲区的管理, 相对比较容易。③ 减少了出错机率和重发数据量。因为分组较短, 其出错机率必然减少, 每次重发的数据量也就大大减少, 这样不仅提高了可靠性, 也减少了传输时延。④ 由于分组短小,更适用于采用优先级策略,便于及时传送一些紧急数据,因此对于计算机之间的突发式的数据通信, 分组交换显然更为合适些。缺点: ① 尽管分组交换比报文交換的传输时延少, 但仍存在存储转发时延, 而且其结点交換机必须具有更强的处理能力。

② 分组交換与报文交换一样, 每个分组都要加上源、目的地址和分组编号等信息, 使传送的信息量大约增大5%~10%, 一定程度上降低了通信效率, 增加了处理的时间, 使控制复杂,时延增加。

③ 当分组交换采用数据报服务时,可能出现失序、丢失或重复分组,分组到达目的结点时, 要对分组按编号进行排序等工作,增加了麻烦。若釆用虚电路服务,虽无失序问题,但有呼叫建立、数据传输和虚电路释放三个过程。

总之,若要传送的数据量很大,且其传送时间远大于呼叫时间,则采用电路交换较为合适: 当端到端的通路有很多段的链路组成时, 采用分组交换传送数据较为合适。从提高整个网络的信道利用率上看,报文交换和分组交换优于电路交换,其中分组交换比报文交换的时延小, 尤其适合于计算机之间的突发式的数据通信。

35.分组交换有哪两种方式？是说出它们各自的工作原理和优缺点。(l)数据报方式:用户之间通信无需经过呼叫建立、呼叫释放阶段;各分组逐节点地独立选择路由、转发。

特点:灵活，网络利用率高,软件复杂,传输时延大。intemet采用数据报方式。(2)虚电路方式:先在用户之间建立逻辑连接(虚电路),分组沿虚电路顺序发送,发送完, 逻辑连接释放。

特点:是面向连接的交换方式。延时小,软件简单,故障时需要重新建立连接。

x.25 分组交换网采用。

36.比较电路交换和分组交换的不同点。

37.路由选择策略主要有哪几种？试说出它们各自的工作原理和优缺点。（见老师答案）

(l)固定路由选择：在网络拓扑结构不变的情况下，网络中每一对源节点和目的节点之间的路由都是固定的。当网络的拓扑结构发生变化时，路由才可能发生改变。固定路由选择策略的优点是处理简缺点是缺乏灵活性，无法对网络拥塞和故障做出反应。一般在小规模的专用分组交换网上采用固定路由选择策略

(2)洪泛式路由选择：洪泛式(flooding)路由选择的原理是，每个节点接收到一个分组后检查是否收到过该分组，如果收到过就将它丢弃，如果未收到过，则把该分组发往除了分组来源的那个节点以外的所有相邻的节点。这样，同一个分组的副本将经过所有的路径到达目的节点。目的节点接受最先到达的副本，后到的副本将被丢弃。洪泛式的优点是具有很高的可靠性。由于要经过源节点和目的节点之间的所有路径，因此即使网络出现严重故障，只要在源节点和目的节点之间至少存在一条路径，分组都会被送达目的节点。另外，所有与源节点直接或间接相连的节点都会被访问到，所以洪泛式可以被应用于广播。洪泛式的缺点就是产生的通信量负荷过高，额外开销过大，导致分组排队时延加大。(3)随机路由选择：采用随机路白选择策略时，当节点收到一个分组，节点只选择一条输出路由，这条路由是在除了分组来源的那条路由之外的其它路由当中随机选择的。输出路由被选中的概率可能是相等的，也可能是不等的。随机路由选择方法的优点是比较简单、稳健性也较好。采用这种方法产生的路由不是最小费用路由，也不是最短路由，因此随机路由选择产生的通信量负荷一般要高于最佳的通信量负荷，而低于洪泛法产生的通信量负荷。

(4)自适应路由选择：自适应路由选择就是路由选择是根据网络状况的变化而动态改变的。路由选择的这种动态改变所依据的条件主要是网络出现的拥塞和故障。实现自适应路由选择必须在节点之间交换网络状态信息。交换的信息越频繁，路由选择依据的条件越及时。但是．这些信息本身也会增加网络的负荷，导致网络性能下降。由于这种方法能够提高网络的性能，路由选择灵活，所以是目前使用最普遍的路由选择策略，被大规模的公用分组交换网普遍采用。

38.X.25协议栈的构成是怎样的？各层所完成的主要功能是什么？

答： X.25协议采用分层的体系结构，自下而上分为三层：物理层，数据链路层和分组层，分别对应于OSI参考模型的下三层。物理层协议规定了DTE和DCE之间接口的电气特性，功能特性和机械特性以及协议的交互流程。数据链路层完成的主要功能就是建立数据链路，利用物理层提供的服务为分组层提供有效可靠的分组信息的传输。分组层是利用数据链路层提供的可靠传送服务，在DTE与DCE接口之间控制虚呼叫分组数据通信的协议。

39.试说出虚电路和逻辑信道的联系和区别 答：逻辑信道是对两个相邻的通信节点之间的物理链路通过复用技术划分为若干个逻辑上的信道。虚电路方式是指通信终端在开始通信之前，必须通过网络通信的源和目的终端之间建立连接；然后才能够进入信息传输阶段，且该通信的所有分组沿着已建立好的连接按序被传送到目的终端；当通信结束时，需要拆除该连接。刚一条物理通路上可能同时被多个虚电路所使用。一条虚电路可以是若干个逻辑信道串联而成。

40.流量控制的目的是什么？常见的流量控制方法有哪几种？X.25的数据链路层和分组层分别采用了哪种流量控制方法，有何不同？ 为了防止网络阻塞和死锁的发生，提高网络的吞吐量，必须进行流量控制。流量控制是分组交换的重要技术之一。实际应用中流量控制的方法主要有以下几种：(i)证实法：发送方发送一个分组之后不再继续发送新的分组，接收方收到一个分组之后会向发送方发送一个证实，发送方收到这个证实后再发送新的分组，这样接收方可以通过暂缓发送证实来控制发送方的发送速度，从而达到控制流量的目的。发送方可以连续发送一组分组并等待接收方的证实，这就是我们常说的滑动窗口证实机制。X．25的数据链路层和分组层均采用这种流量控制方法。

(ii)预约法：发送端在向接收端发送分组之前，先向接收端预约缓冲存储区，然后发送端再根据接收端所允许发送分组的数量发送分组，从而有效地避免接收端发生死锁。以数据报方式工作的分组交换网通常采用这种流量控制方式，以避免目的节点在有多个分组到达时，因进行分组重新排序而使该节点的存储器被占满，即无法接收新的分组，也无法发送未完成排序的分组。

(iii)许可证法：许可证法就是在网络中设置一定数量的许可证，许可证的状态分为空载和满载，不携带分组时为空载，携带分组为满载。每个许可证可以携带一个分组。满载的许可证在到达终点节点时卸下分组变成空载。分组需要在节点等待得到空载的许可证后才能被发送，因而通过在网内设置一定数量的许可证，可达到流量控制的目的。由于存在分组等待许可证的时延，所以这种方法会产生一定的额外时延，尤其是当网络负载较大时，这种额外时延也较大。

41.简述帧中继和X.25的异同

答：帧中继（FR），是在OSI第二层上用简化的方法传送和交换数据单元的一种技术，仅完成物理层和链路层的核心功能，将流量控制，纠错等留给终端完成。与X.25比较，特点：

(I)只有物理层和链路层，网内节点处理大为简化，处理效率高，网络吞吐量高，通信时延低，用户接入速率在64kbit/s至2Mbit/s，最高可达34Mbit/s。

(2)帧信息长度长，最大可达1600字节/帧。

(3)在链路层完成动态复用、透明传输和差错检测。网内节点只检错不纠错，出错帧丢弃，无重传机制，额外开销小。

第六章

42.简述ISDN的三个基本特征 答：（1）端到端的数字连接：在ISDN中，所有语音，数据和图像等信号都以数字形式进行传输和交换。

（2）综合的业务：ISDN提供广泛的业务，包括目前所有的语音和数据业务，并提供更多的新应用。

（3）标准的多用途入网接口：对于用户来说，ISDN是一个通过单一接口提供各种业务的网络。

第七章

43.ATM UNI接口的信元与NNI接口的信元结构有什么异同？

答：GFC(Generic Flow Control)：通用流量控制，是一个4比特的字段，用来在UNI接口上提供用户到网络方向上的流量控制。

VPI(Virtual Path Identifier)：虚通道标识，VPI字段在UNI接口上为8比特，在NNI接口上为l2比特。

44.理解ATM面向连接的工作方式。为什么说这种连接是虚连接？在B-ISDN网络中存在几种虚连接方式？ ATM采用面向连接的通信方式，即在传送信息之前要建立源到目的之间的连接，在ATM中这种连接是逻辑的连接，也叫虚连接。在ATM网络中，传输通道存在于两个ATM交换机之间或ATM交换机与ATM终端设备之间。在ATM中，我们使用虚通道与虚信道的概念，可以把一条ATM传输通道（也常常叫做通信线路）分割成若干个逻辑子信道。

VC的建立有2种方式：永久虚连接和交换虚连接。

1)永久虚连接（PVC-Permanent Virtual Connection）是通过预定或顶分配的方法建立的连接，这种建立方法不需要信令，它是由管理实体控制建立的永久或半永久连接，在传送信息前不需要建立虚连接，因而在传送信息结束时也不存在虚连接的拆除。

2)交换虚连接(SVC-Switched Virtual Connection)是由信令控制建立的连接，在传送信息前需要建立连接，在传送信息结束时需要拆除这个连接。

45.ATM交换结构所要完成的功能是哪些？ 答：ATM交换结构为了实现信元交换，必须具有选路、信头变换以及排队缓冲三项基本功能。设置排队缓冲的主要原因是为了在多个信元随机竞争的情况下减少信元丢失。

46.ATM交换中的信头变换与电路交换中的时隙变换有何不同？ 数字电话网络中的电路传送模式采用的是同步时分(STD，Synchronous Time Division)技术作为其传榆、复用与交换的基础，ATM则采用了异步时分（ATD）技术。采用CTD是通过时隙位置识别用户的，每个逻辑子信道带宽固定；采用ATD方式的各个逻辑子信道的带宽是不固定的，而是根据需求占用不同的带宽，这是一种很灵活的分配方式。此外，ATD一个很明显的特点是要按照信元头中所含的用于选路的标记来区分该信元属于哪一路逻辑信道。在ATM中，采用信元头中的VPI和VCI作为这个选路的标记。

47.什么是输入缓冲的HOL现象，有什么办法可以消除它？ 采用FIFO规则的输入缓冲存在排头阻塞现象(Head of Line blocking-HOL blocking)。所谓HOL阻塞，是指发生出线竞争时，在各个队列中如果队首信元在竞争中失败，那么排在队首信元之后的信元假设其目的端口是空闲的，但是由于不是队首信元，因此也不能传送而被阻塞。可以对输入缓冲器的队列设置和排队规则加以改进。比如采用输入窗口(windowing)的方法。

第八章

48.IP与ATM技术为什么要融合？（老师未提供答案，尽量发挥）

IP技术应用广泛，技术简单，可扩展性好，路由灵活，但是传输效率低，无法保证服务质量；

ATM技术先进，可满足多业务的需求，交换快速，传输效率高，但是可扩展性不好，技术复杂。IP技术与ATM技术各有优缺点，如果将两者结合起来，即将IP路由的灵活性和ATM交换的高速性结合起来，技术互补，将有效解决网络发展过程中困扰人们的诸多问题。

49.IP与ATM技术融合的模式主要有哪两种，不同模式的特点是多少？ 根据IP与ATM融合方式的不同，其实现的模型可分为两大类：重叠模型（overlay model）和集成模型（integrated model）。

在重叠模型中，IP（三层）运行在ATM（二层）之上，IP选路和ATM选路相互独立，系统需要两种选路协议：IP选路协议和ATM选路协议；系统中的ATM端点具有两个地址：ATM地址和IP地址，并且具有地址解析功能，支持地址解析协议，以实现MAC地址与ATM地址或IP地址与ATM地址的映射。

在集成模型中，ATM层被看作是IP层的对等层，集成模型将IP层的路由功能与ATM层的交换功能结合起来，因此该模型也被称作对等模型。集成模型只使用IP地址和IP选路协议，不使用ATM地址与选路协议，即具有一套地址和一种选路协议，因此也不需要地址解析功能。集成模型需要另外的控制协议将三层的选路映射到二层的直通交换上。集成模型通常也采用ATM交换结构，但它不使用ATM信令，而是采用比ATM信令简单的信令协议来完成连接的建立。

50.标签交换设备主要由哪两个组件构成，各完成什么功能？ TSR主要由转发组件和控制组件组成

转发组件负责基于标签进行数据分组的转发，它可被看作进行标签交换的标签交换器。当标签交换器从输入端口上接收到一个带有标签的数据分组时，便以该输入标签作为索引查询TIB，找到匹配项，获得输出端口及输出标签信息，用输出标签替换数据分组的输入标签，并将数据分组发送到相应的输出端口上，即完成基于标签的数据分组转发。

控制组件负责产生标签，即将三层的选路拓扑映射到二层的直通连接上，并负责维护标签的一致性。它可以使用单独的TDP协议或者利用现有的控制协议（例如RSVP）携带相关信息，来实现标签分配和标签维护。

51.传统IP交换与MPLS有何不同？(1)多协议支持：标记交换不依赖于上层协议；而IP交换只适用于IP协议。

(2)流的分类：标记交换能保证对每个数据包进行高速交换；而IP交换在数据通路上 存在瓶颈。

(3)可扩展性：标记交换能满足Intemet核心的需要；而IP交换不适于大型网络。

(4)QOS支持：标记交换能把标记与各个RSVP流对应起来；而IP交换只能对持续期长 的流进行加速处理来保证QOS。

(5)媒体支持：标记交换可用在ATM、Gigabit路由器、HSSI、SONET分组上；而IP 交换只用在ATM上。

(6)交换业务量的比例：标记交换能交换所有打上标记的包；而IP交换只交换持续期 长的流，占总数的80%以下。

(7)能否与本地ATM业务共存：标记交换能与本地ATM业务共存；而IP交换不能在 同一设施中使用本地ATM业务。

(8)路由的灵活性：标记交换除基于目的地的路由外，还可根据某些原则进行路由选 择；而IP交换基于源／目的地的路由。

52.LDP的功能是什么？ LDP标记分发协议是MPLS网络中交换节点之间交互的协议，用于创建、维护和删除标记交换路径LSP。

第九章

53.绘图说明软交换的系统结构

54.简述软交换的特点与功能。答：软交换特点：

(l)软交换系统的最大优势是将应用层和控制层与核心网络完全分开，有利于快速方 便的引进新业务：

(2)软交换将传统交换机的功能模块分离成为独立的网络部件，各个部件可以按相应的功能划分各自独立发展；

(3)软交换系统中部件间的协议接口基于相应的标准。部件化使得电信网络逐步走向开放，运营商可以根据业务需要自由组合各部分的功能产品来组建网络。而且部件间协议接口的标准化方便了各种异构网互通的实现；

(4)软交换系统可以为模拟用户、数字用户、移动用户、IP网络用户、ISDN用户等

多种网络用户提供业务：

(5)软交换可以利用标准的全开放应用平台为客户定制各种新业务和综合业务，最大限度的满足用户需求。

软交换功能：

软交换的主要设计思想是业务／控制与传送／接入分离，各实体之间通过标准的协议进行连接和通信。目前软交换主要完成以下功能：媒体网关接入功能、呼叫控制功能、业务提供功能、互连互通功能（H。323和SIP、INAP）、支持开放的业务／应用接口功能、认证与授权功能、计费功能、资源控制功能和QoS管理功能、协议和接口功能等。

55.为什么引入网关技术？媒体网关和信令网关的作用是什么？ 答：NGN提供综合业务，需要与PSTN、分组交换网、移动通信网等网络进行互联互通。

而网关技术是解决异构网络互联互通的一种手段。不同的网络通过网关接入到核心IP网，由网关完成信息和信令的转换。软交换中的网关按处理的信息类型不同分为两类：媒体网关 和信令网关。

媒体网关是将一种网络上传输的信息的媒体格式转换为适合在另一种网络上传输的媒 体格式的设备。比如，媒体网关可以将PSTN上的音频流转换为适合在IP网上传输的分组 信息流。通过媒体网关，各种网络都可以接入到核心IP网上。

各种泵及工作原理 篇5

第一节 泵与风机的分类和型号编制

1、容积式

分类

往复式

回转式

基本原理

借活塞在汽缸内的往复作用使缸内容积反复变化，以吸入和排出流体

机壳内的转子或转动部件旋转时，转子与机壳之间的工作容积发生变化，借以吸入和排出流体

动画演示

产品例证

活塞泵

齿轮泵，螺杆泵

2、叶片式

叶片式泵与风机的主要结构是可旋转、带叶片的叶轮和固定的机壳，通过叶轮旋转对流体作功，从而使流体获得能量。

根据流体的流动情况，可将它们再分为下列数种：

分类

离心式

轴流式

混流式

贯流式

基本原理

叶轮高速旋转时产生的离心力使流体获得能量

旋转叶片的挤压推进力使流体获得能量，升高其压能和动能

离心式和轴流式的混合体

原理同离心式

结构演示

做功部件

整体结构

做功部件

整体结构

做功部件

整体

结构

做功部件

整体结构

见后一节(略)

见后一节(略)

产品例证

中央空调用离心风机

中央空调或冷库用轴流式送水泵

混流送水泵

家用空调室内风机

各种各样的泵的结构和工作原理大全

第一节 泵与风机的分类和型号编制

1、容积式

分类

往复式

回转式

基本原理

借活塞在汽缸内的往复作用使缸内容积反复变化，以吸入和排出流体

机壳内的转子或转动部件旋转时，转子与机壳之间的工作容积发生变化，借以吸入和排出流体

动画演示

产品例证

活塞泵

齿轮泵，螺杆泵

2、叶片式

叶片式泵与风机的主要结构是可旋转、带叶片的叶轮和固定的机壳。通过叶轮旋转对流体作功，从而使流体获得能量。

根据流体的流动情况，可将它们再分为下列数种：

分类

离心式

轴流式

混流式

贯流式

基本原理

叶轮高速旋转时产生的离心力使流体获得能量

旋转叶片的挤压推进力使流体获得能量，升高其压能和动能

离心式和轴流式的混合体

原理同离心式

结构演示

做功部件

整体结构

做功部件

整体结构

做功部件

整体

结构

做功部件

整体结构

见后一节(略)

见后一节(略)

产品例证

中央空调用离心风机

中央空调或冷库用轴流式送水泵

混流送水泵

家用空调室内风机

第二节 泵与风机的工作原理

1、离心式泵与风机的工作原理

工作原理

叶轮高速旋转时产生的离心力使流体获得能量，即流体通过叶轮后，压能和动能都得到提高，从而能够被输送到高处或远处，

叶轮装在一个螺旋形的外壳内，当叶轮旋转时，流体轴向流入，然后转90度进入叶轮流道并径向流出。叶轮连续旋转，在叶轮入口处不断形成真空，从而使流体连续不断地被泵吸入和排出。

图样表现

总体结构

2、轴流式泵与风机工作原理

工作原理

旋转叶片的挤压推进力使流体获得能量，升高其压能和动能，叶轮安装在圆筒形(风机为圆锥形)泵壳内,当叶轮旋转时，流体轴向流入，在叶片叶道内获得能量后，沿轴向流出。轴流式泵与风机适用于大流量、低压力，制冷系统中常用作循环水泵及送引风机。

图样表现

3、贯流式风机的工作原理

工作原理

由于空气调节技术的发展，要求有一种小风量、低噪声、压头适当和在安装上便于与建筑物相配合的小型风机。贯流式风机就是适应这种要求的新型风机。

图样表现

近年来，贯流式风机的主要特点如下：

(一)叶轮一般是多叶式前向叶型，但两个端面是封闭的。

(二)叶轮的宽度b没有限制，当宽度加大时.流量也增加。

(三)贯流式风机不像离心式风机是在机壳侧板上开口使气流轴向进入凤机，而是将机壳部分地敞开使气流直接径向进入风机。气流横穿叶片两次。某些贯流式风机在叶轮内缘加设不动的导流叶片，以改善气流状态。

(四)在性能上，贯流式风机的全压系数较大. 性能曲线是驼蜂型的，效率较低，一般约为30%一50%。

(五)进风口与出风口都是矩形的，易与建筑物相配合。贯流式风机至今还存在许多问题有待解决。特别是各部分的几何形状对其性能有重大影响。不完善的结构甚至完全不能工作，但小型的贯流式风机的使用范围正在稳步扩大。

四、其他常用泵

1、往复泵的工作原理

工作原理

利用偏心轴的转动通过连杆装置带动活塞的运动，将轴的圆周转动转化为活塞的往复运动。活塞不断往复运动，泵的吸水与压水过程就连续不断地交替进行。

图样表现

特殊结构示例

2、水环式真空泵

工作原理

水环式真空泵叶片的叶轮偏心地装在圆柱形泵壳内。泵内注入一定量的水。叶轮旋转时，将水甩至泵壳形成一个水环，环的内表面与叶轮轮毂相切。由于泵壳与叶轮不同心，右半轮毂与水环间的进气空间4逐渐扩大，从而形成真空，使气体经进气管进入泵内进气空间。随后气体进入左半部，由于毂环之间容积被逐渐压缩而增高了压强，于是气体经排气空间及排气管被排至泵外。

以太网三层交换机基本原理与维护 篇6

关键词：以太网,三层交换机,原理,维护

1 引言

以太网应用初期, 主要用于主机互联、文件共享、打印机共享和低速率数据传输等方面, 此时, 集线器等物理层网络设备即可满足数据传输的需要。随着网络传输媒体类型的日益丰富, 图形、图像及各种流媒体等多媒体内容的出现, 各类设备自动化后, 采样、控制数据的传输日益增多, 人们对网络数据传输速度和传输性能的要求日益提高。由于集线器本身的先天不足, 比如它的共享介质传输、单工数据操作和广播数据发送方式等都决定了其很难满足用户的传输速度和性能的要求, 因此, 二层交换机设备出现了。二层交换机拥有高带宽的内部总线和内部交换矩阵, 交换机的所有的端口都挂接在这条总线上, 控制电路收到数据包以后, 处理端口会查找内存中的MAC地址对照表, 以确定目的MAC的物理设备连接在哪个端口上, 通过内部交换矩阵直接将数据包迅速传送到目的节点, 而不是所有节点, 若目的MAC不存在, 将以广播的形式传送到所有的端口。从这种方式, 可以明显地看出:一方面其传输效率高, 不会浪费网络资源, 只是对目的地址发送数据, 一般来说不易产生网络堵塞;另一方面数据传输安全, 因为它不是对所有节点都同时发送数据, 且发送数据时, 其它节点很难侦听到其所发送的信息。近年来, 随着互联网和信息化建设的迅猛发展, 局域网规模的不断扩大, 导致局域网内出现了更多的跨子网业务流, 子网间需要路由转发的业务流也大大增加, 传统路由器成为制约局域网内子网间交换数据的瓶颈。三层交换机的出现, 很好地解决了局域网内跨子网通信引起的低转发速率、高延时等网络瓶颈问题, 其应用领域不断扩大, 在网络建设中的应用日益普及, 从网络中心的骨干层、汇聚层到边缘的接入层均有其身影。三层交换机是传统二层交换机与三层路由设备等优势技术的有机集合。本文将对三层交换机的工作原理和常见的设置方法进行分析和阐述。

2 三层交换机

2.1 三层交换技术

局域网二层交换机的引入, 使得各个端口的数据传输可独占传输通道和带宽, 消除了端口间因载波侦听冲突, 对检测所带来的碰撞检测和出错重发, 提高了传输效率, 在交换机中, 可并行地控制几个独立的、互不影响的通信进程。在交换网络环境下, 除广播信息外, 用户信息只在源节点与目的节点之间进行传送, 其它节点对该信息不可见。但是, 传统的路由器技术却一直没有太大的进步, 在速度上, 难以满足人们对高速度的需求, 随着局域网规模的扩大和划分子网的增多, 若只使用二层交换机, 对路由器所带来的压力将会越来越大。因此, 人们又提出了三层交换技术的概念。众所周知, 传统的交换技术是在OSI网络标准模型中的第二层—数据链路层进行操作的, 而三层交换技术可以在网络标准模型中的第三层实现数据包的高速转发。三层交换技术中的“三层”指的是OSI七层参考模型的下面三层, 要理解三层交换, 首先就需要理解OSI参考模型。下面介绍OSI模型中与三层交换技术相关的部分。

OSI (Open System Interconnection) 是指开放式系统互联参考模型。在日常使用的计算机网络中, 存在众多体系结构, 由于体系太多, 为了能够解决不同网络之间的互联问题, 国际标准化组织制定了这个OSI模型。OSI将网络通信工作分为七层, 由下到上依次为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。其中, 物理层、数据链路层、网络层属于OSI模型的低三层, 负责创建网络通信连接的链路;传输层、会话层、表示层和应用层是OSI模型的高四层, 具体负责端到端的数据通信。每层完成一定的功能, 每层都直接为其上层提供服务, 并且所有层次都互相支持, 其网络通信可以自上而下或者自下而上双向进行。

与三层交换技术相关的是OSI模型的低三层──物理层、数据链路层和网络层。物理层是进行数据传输的基础, 完全由硬件构成, 由物理层构成数据传输的通信信道, 物理层传输的只是比特流, 规定了通道的机械, 电气特性和跟上一层之间的接口, 我们经常用的调制解调器和集线器都属于物理层的网络设备。数据链路层将提供数据链路的控制和差错校验功能, 将不可靠的物理链路变成可靠的数据链路, 数据链路层的通信以帧为单位, 二层交换机是数据链路层的典型的网络设备, 交换机只能连接同一个子网的计算机, 如果计算机的IP地址不在同一个子网中, 则只靠交换机不能实现通信, 还要靠第三层的网络设备。网络层在OSI模型中是至关重要的一层, 它起到承上启下的作用, 如负责子网之间的通信等, 两个子网之间的通信, 要靠具有路由功能的路由器, 从一个子网中发出数据包, 如果要到达另外一个子网, 就要通过路由器计算出传输的路径。

三层交换是相对于传统的交换概念而提出的。传统的交换技术是在OSI网络参考模型中的第二层, 即数据链路层进行操作的, 而三层交换技术是在网络模型中的第三层实现了数据包的高速转发。简单地说, 三层交换技术就是二层交换技术+三层转发技术, 这是一种利用第三层协议中的信息来加强第二层交换功能的机制。一个具有第三层交换功能的设备, 实际上就是一个带有第三层路由功能的第二层交换机, 但它是二者有机的结合, 并不是简单地把路由器设备的硬件及软件简单地叠加在局域网交换机上。

下面通过图1所示的网络环境说明三层交换技术的基本原理。假设两个使用IP协议的站点通过第三层交换机进行通信, 发送站点A在开始发送时, 己知目的站的IP地址, 但尚不知道在局域网上发送所需要的MAC地址, 此时需要采用地址解析 (ARP) 来确定目的站的MAC地址。发送站把自己的IP地址与目的站的IP地址比较, 采用其软件中所配置的子网掩码中提取网络地址, 来确定目的站是否与自己在同一子网内。若目的站B与发送站A在同一子网内, A广播一个ARP请求, B返回其MAC地址, A得到目的站点B的MAC地址后, 将这一地址缓存起来, 并用此MAC地址封包转发数据, 第二层交换模块查找MAC地址表, 确定将数据包发向目的端口。

若两个站点在不同的子网内, 如发送站A与目的站C处于两个不同的子网, 发送站A要向“三层交换机缺省网关”发送ARP (地址解析协议) 请求。设备工作时, “三层交换机缺省网关”的IP地址已经在系统软件中设置完成, 这个IP地址实际上对应第三层交换机的第三层交换模块, 所以当发送站A对“三层交换机缺省网关”的IP地址发送出一个ARP请求时, 若第三层交换模块在以往的通信过程中已得到目的站C的MAC地址, 则向发送站A回复C的MAC地址;否则第三层交换模块根据路由信息对目的站所在子网广播一个ARP请求, 目的站C得到此ARP请求后, 向第三层交换模块回复其MAC地址, 第三层交换模块保存此地址并回复给发送站A。通信完成后, 当再进行A与C之间数据包转发时, 将用最终的目的站点的MAC地址封包, 数据转发过程全部交给第二层交换处理, 信息得以高速交换。如果A与C所在的两个子网之间不允许通信, 则发送站A对“三层交换机缺省网关”的IP地址发出ARP请求时, 将得不到C的MAC地址, 此时通信被阻止。

2.2 三层交换机

三层交换机实质上就是一种特殊的路由器, 是一种在性能上侧重于二层、三层交换, 具有很强交换能力的路由器, 它将第二层交换机和第三层路由器两者的优势结合起来。这种集成化的结构还引进了策略管理属性, 它不仅使第二层与第三层相互关联起来, 而且还提供流量优先化处理、安全以及多种其它的灵活功能, 比如链路汇聚和VLAN等。

三层交换机可以根据其处理数据的不同, 分为纯硬件和纯软件两大类。纯硬件的三层交换机技术相对来说技术复杂, 成本高, 但是速度快、性能好、带负载能力强, 其原理是:采用ASIC芯片, 通过硬件的方式进行路由表的查找和刷新, 当数据由端口接口芯片接收进来以后, 首先在二层交换芯片中查找相应的目的MAC地址, 如果查到, 就进行二层转发, 否则将数据送至三层引擎;在三层引擎中, ASIC芯片查找相应的路由表信息, 与数据的目的IP地址相对比, 然后发送ARP数据包到目的主机, 得到该主机的MAC地址, 将MAC地址发到二层芯片, 由二层芯片转发该数据包。基于软件的三层交换机技术较简单, 但速度较慢, 不适合作为主干, 其原理是:采用CPU通过软件的方式查找路由表, 当数据由端口接口芯片接收进来以后, 首先在二层交换芯片中查找相应的目的MAC地址, 如果查到, 就进行二层转发, 否则将数据送至CPU, CPU查找相应的路由表信息, 与数据的目的IP地址相比对, 然后发送ARP数据包到目的主机, 得到该主机的MAC地址, 将MAC地址发到二层芯片, 由二层芯片转发该数据包。由于低价CPU处理速度较慢, 因此该种三层交换机处理速度相对较慢。

3 三层交换机的维护

目前, 发射台站局域网核心交换机为华为6503三层交换机, 下面就以华为三层交换机为例, 说明三层交换机的维护。这里的维护主要是指对交换机所进行的常用配置。

要维护三层交换机, 首先要搭建配置环境。通过三层交换机的Console口搭建配置环境是本地维护最便捷有效的方法。

第一步:如图2所示, 建立本地配置环境, 将配置终端的串口通过配置电缆与以太网三层交换机的Console口连接。

第二步:在配置终端上运行超级终端程序, 程序运行后的界面如图3所示, 点击超级终端的属性选项, 选择与被配置交换机连接的串口, 点击属性界面中的配置按钮, 进入超级终端参数配置界面, 设置超级终端通信参数, 如图4所示。其中, 波特率设为9600, 数据位设为8, 奇偶校验位设为无, 停止位设为1, 流量控制设为0。

第三步:以太网三层交换机加电后, 点击超级终端程序界面 (图3) 上的呼叫选项, 终端上将显示以太网交换机自检信息, 自检结束后出现命令行提示符, 最后就可以在命令行提示符后输入命令, 配置以太网三层交换机或查看以太网三层交换机运行状态, 见图5。

三层交换机的维护配置工作有很多, 但是在日常工作中使用最频繁的是对VLAN的操作, 下面对此操作进行介绍:

现有VLAN20、VLAN30, 通过配置, 将端口Ethernet1/0/1和Ethernet1/0/2包含到VLAN20中, 将端口Ethernet1/0/3和Ethernet1/0/4包含到VLAN30中。这样配置, 可以把Ethernet1/0/1和Ethernet1/0/2设置于VLAN20所对应的子网中, 将端口Ethernet1/0/3和Ethernet1/0/4设置于VLAN30所对应的子网中, 实现在一台以太网三层交换机上划分出多个子网的功能。具体配置方法是:依次将下面的4条命令, 分别输入到配置命令输入界面 (图5) 即可。

[Quidway]vlan 20 (创建VLAN20并进入其视图)

[Quidway-vlan20]port ethernet1/0/1ethernet1/0/2 (向VLAN20中加入端口Ethernet1/0/1和Ethernet1/0/2)

[Quidway-vlan20]vlan 30 (创建VLAN30并进入其视图)

[Quidway-vlan30]port ethernet1/0/3ethernet1/0/4 (向VLAN30中加入端口Ethernet1/0/3和Ethernet1/0/4)

4 结束语