在当今数字范式的动态世界中，没有什么比拥有强大而可靠的网络解决方案更重要。 以太网交换机 是一种允许局域网 (LAN) 上不同设备之间连接的设备。本文旨在通过介绍以太网交换机的功能和类型以及其他重要特性，让读者全面了解以太网交换机。有了这些基本知识，专业人员可以优化其网络结构，以促进更快的数据传输速率，同时确保可靠性和可扩展性。本手册将提供有关以太网交换机的信息，以及是否要创建小型家庭设置或管理大型企业环境。
内容
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1
什么是以太网交换机？
1.1
了解以太网交换机
1.2
以太网交换机的类型
1.3
以太网交换机的主要特点
2
以太网交换机如何工作？
2.1
基本操作
2.2
切换机制
2.3
以太网交换机与网络集线器
3
以太网交换机有哪些不同类型？
3.1
托管与非托管交换机
3.2
PoE交换机
3.3
工业以太网交换机
4
如何选择正确的以太网交换机？
4.1
注意事项
4.2
端口要求
4.3
带宽和速度考虑因素
5
使用以太网交换机有哪些好处？
5.1
增强的网络性能
5.2
扩展网络范围
5.3
提高安全性
6
如何设置以太网交换机？
6.1
将设备连接到交换机
6.2
配置交换机
6.3
解决常见问题
7
参考资料
8
常见问题解答 (FAQs)
8.1
问：什么是以太网交换机？
8.2
问：千兆以太网交换机与普通网络交换机有何不同？
8.3
问：使用管理型交换机有哪些好处？
8.4
问：以太网交换机可以替代家庭网络中的路由器吗？
8.5
问：以太网网络交换机可以同时使用有线和无线连接吗？
8.6
问：为什么需要 8 端口以太网交换机？
8.7
问：以太网交换机在工业环境中如何工作？
8.8
问：加固型以太网交换机上的 SFP 端口起什么作用？
8.9
问：我可以使用以太网分离器代替以太网交换机吗？
8.10
问：网络交换机中的“即插即用”是什么意思？
什么是以太网交换机？
了解以太网交换机
以太网交换机是一种网络设备，它通过数据包交换在局域网 (LAN) 中的各种设备之间共享信息，在数据包交换中接收、处理数据并将其传输到目的地。它只将传入数据传送到参与交换的设备，而不像集线器那样，集线器会向所有连接的设备发送相同的数据包副本，而不管这些数据包是否是为它们寻址的。因此，这种方法可以节省时间并减少不必要的传输流量，从而提高网络效率。然而，以太网交换机在 OSI 模型的数据链路层（也称为第二层）上运行，但也可以根据需要充当具有网络层或第三层路由功能的路由器。
以太网交换机的类型
以太网交换机有多种类型，旨在满足各种网络用途。这些包括：
非管理型交换机：这种设备是“即插即用”设备，无需任何配置。由于缺乏高级管理功能，它用于简单的连接，例如家庭网络或小型办公室。
托管交换机：它们具有更多功能，包括 VLAN、服务质量 (QoS) 以及端口镜像等，从而允许对网络流量进行更好的控制。它们最适合网络性能和安全性最为重要的大型网络。
智能交换机（或 Web 智能交换机）：智能交换机允许通过 Web 界面进行一些配置，因此提供比完全管理型交换机有限的管理功能，但足以满足需要额外控制的不断增长的网络的需求，而不需要完全管理交换机所带来的复杂性。
第 3 层交换机：此类型交换机将路由与交换功能相结合，超越了传统的分组交换，同时能够有效处理企业环境内的大量流量，还提供 VLAN 间路由功能。
PoE（以太网供电）交换机：它们通过以太网电缆为 IP 摄像机、VoIP 电话和无线接入点等设备供电，从而无需额外的电源，从而使安装更容易。
您选择的以太网交换机类型应取决于您的网络在规模、复杂性、所需级别控制或管理等方面的特定需求。
以太网交换机的主要特点
端口密度：这表示交换机上可访问的端口数量。高端口密度可连接许多设备，因此适合较大的网络。
速度和性能：以太网交换机支持不同的速度，包括 10/100 Mbps、1 Gbps 和 10 Gbps。更高的速率可确保更快的数据传输速率，从而提高网络性能。
VLAN 支持：网络管理员可以使用虚拟局域网 (VLAN) 将网络分成不同的组，以实现更好的安全性和管理目的。
服务质量 (QoS)：QoS 功能优先考虑某些类型的流量，以便 VoIP 和流媒体等关键应用程序能够表现良好。
以太网供电 (PoE)：PoE 交换机通过一根以太网电缆提供电源和数据，从而可以轻松部署 IP 摄像机或无线接入点。
安全功能：包括访问控制列表 (ACL)、端口安全和 802.1X 身份验证，旨在通过控制访问和保护数据来增强网络安全性。
可扩展性：根据业务需求轻松扩展网络的能力；这可能涉及模块化设计，允许额外的模块用于更多端口或额外功能。
冗余和弹性：链路聚合、故障转移支持和冗余电源以及交换机中的其他功能有助于提高网络系统的可靠性。
管理功能：托管型或智能交换机具有各种管理选项，例如 Web 界面、SNMP、命令行界面 (CLI) 等，允许对网络性能故障排除进行详细控制。
能源效率：在用户活动较少的时期，节能以太网 (EEE) 技术可最大限度地降低功耗，从而节省成本并促进环境可持续性。
以太网交换机如何工作？
基本操作
以太网交换机的工作原理是使用 MAC 地址来决定将传入数据包发送到何处。到达交换机后，它会读取以太网帧的源和目标 MAC 地址。然后，它会检查其 MAC 地址表以确定哪个端口对应于目标地址。为了优化网络效率并避免冲突，交换机仅通过与目标设备关联的端口传输数据包。这称为“存储转发”交换，它通过在转发之前检查错误来确保数据完整性。此外，交换机可以以全双工模式工作，从而实现同时传输和接收数据，从而大大提高网络性能。
切换机制
以太网交换机利用多种技术帮助它们高效地处理数据包。三种基本交换方法如下：
存储转发交换：在这种方法中，交换机接收整个数据包，然后使用循环冗余校验 (CRC) 检查其错误，然后将其转发到适当的端口。这种机制能够在过滤损坏的数据包方面保持高水平的完整性，但由于错误检查，它会引入一些延迟。
直通交换：当交换机采用这种方法时，一旦读取目标 MAC 地址，它就会开始向特定端口传输数据包，而无需等待整个数据包。这可以降低延迟并加快数据传输；但是，它没有像存储转发交换那样的错误检测能力，这意味着如果传输信息的任何部分在传输过程中损坏，那么直通交换可能会进一步传播这些损坏的数据包。
无碎片交换：也称为改进的直通，此机制代表了存储转发和直通之间的折衷。交换机会读取每个数据包的前 64 个字节，以便在转发数据包之前查找常见错误。这既能确保速度，又能最大限度地减少转发带有多个或更大错误的坏数据包的可能性，从而减少延迟，而不会牺牲太多的可靠性。
这些机制使得以太网交换机能够通过平衡与错误检查相关的快速度和平滑度来优化网络性能。
以太网交换机与网络集线器
以太网交换机和网络集线器之间的主要区别在于如何处理数据包。在数据链路层（第 2 层），以太网交换机通过利用 MAC 地址将信息包直接发送到其预期目的地，这有助于减少网络拥塞并提高整体性能。使用交换机，每个连接设备都可以有效获得自己的带宽，从而提高效率和安全性。
另一方面，网络集线器在物理层（第 1 层）运行，它们将所有传入的数据包无差别或无选择地广播到每个连接的设备。在这种情况下，网络内的流量会更大，因为这通常会导致各种设备同时尝试相互通信，从而导致冲突。尽管与交换机相比，集线器简单且价格实惠，但缺乏智能流量管理功能，导致网络性能不佳，安全风险增加。
在大多数当代网络环境中，以太网交换机比网络集线器具有许多优势，因为它们可以更好地处理数据，从而提高整体网络性能。
以太网交换机有哪些不同类型？
托管与非托管交换机
托管和非托管交换机都是以太网交换机，可用于不同的网络目的。托管交换机具有特殊功能，如虚拟局域网 (VLAN) 配置、服务质量 (QoS) 设置和基于简单网络管理协议的监控和管理，使网络管理员能够完全掌控其网络性能。这些类型的交换机最适合规模更大、更复杂的网络，需要详细实施流量控制和安全措施。
另一方面，即插即用这个词最准确地描述了非管理型交换机，因为它开箱即用，无需任何形式的配置。这使得它们适合用于小型网络或家庭，在这些网络中，设置过程中简单性是关键；它们仅提供基本的连接。然而，这些设备缺乏可扩展性和灵活性，因为它们不提供管理型交换机那样的更高级的功能或控制。因此，如果您在需要大量网络管理或安全措施的环境中工作，非管理型交换机可能不是最佳选择，因为它们的功能有限。
PoE交换机
以太网供电 (PoE) 交换机是一种将网络基础设施转换为一条以太网电缆以进行数据连接和供电的设备。这样就无需为 IP 摄像头、VoIP 电话、无线接入点和其他此类设备单独供电。PoE 交换机的安装方法更简单、电缆成本更低，部署选项也更灵活。以太网供电标准的主要类型通常有三种：IEEE 8023af (PoE)，每端口最大输出功率为 154 瓦；IEEE 8023at (PoE+)，最大输出功率为 30 瓦/端口；最后是 IEEE 8023bt (PoE++)，每端口最高输出功率可达 100 瓦，有时甚至可达 60 瓦/端口。这些交换机最适合需要集中式电源管理系统以及具有简化基础设施的环境，因此它们是任何现代网络设计的重要组成部分。
工业以太网交换机
工业以太网交换机专为在户外或工业环境中的恶劣条件下工作而设计。换句话说，这些类型的交换机可以抵抗高温、振动和电气噪声；因此，即使在苛刻的环境下使用，它们也以可靠性而闻名。它们具有坚固的外壳、强大的性能和先进的管理功能等特点，可以根据工业协议进行调整。它们还支持冗余协议，例如快速生成树协议 (RSTP) 和以太网环保护交换 (ERPS)，这些协议对于网络可靠性和正常运行时间必不可少。这些设备通常还附带增强的安全功能，旨在保护关键基础设施，同时支持各种工业标准，如 Modbus TCP 等。以太网/IP 也是其中之一；因此，这使得这些项目非常重要，尤其是在制造业中，从运输部门到能源部门，都需要持久耐用和稳定的网络连接。
如何选择正确的以太网交换机？
注意事项
要选择最佳的以太网交换机，您应该考虑以下几点：
端口数量和速度：确定需要连接多少设备以及设备类型。标准端口配置包括 8、16、24 或 48 个端口。此外，还要考虑速度——千兆以太网适用于大多数应用，但在高带宽环境中可能需要 10 千兆以太网。
PoE 要求：确定是否需要以太网供电 (PoE)。不同的标准可以为设备提供不同的电量 – 根据需要供电，在标准 PoE（最高 15.4W）、PoE+（最高 30W）或 PoE++（最高 60W 或 100W）之间进行选择。
网络管理：在非托管、智能或全托管交换机之间进行选择。非托管交换机提供基本连接，无需配置，而智能交换机具有一些适合小型企业的管理功能；全托管交换机是需要强大安全性以及性能监控和配置选项的复杂网络所必需的。
工业条件：如果在工业或恶劣环境中使用，则在选择此类设备时要注意强化外壳以及扩大的温度范围、抗振动和电气噪声等，还要支持工业协议以及冗余机制，以确保可靠的网络性能。
安全功能：确保任何考虑的设备中都存在访问控制列表 (ACL)、DHCP 侦听、端口安全等，以防止未经授权的访问以及其他网络威胁。
冗余/正常运行时间需求：研究快速生成树协议 (RSTP)、以太网环保护交换 (ERPS) 和链路聚合等，看看冗余链路是否有助于维持网络可靠性，同时最大限度地减少故障情况下的停机时间。
可扩展性：考虑未来的增长潜力以及与流量水平相关的可扩展性要求，以及可能随着时间的推移加入您网络的其他设备。确保所选交换机可以轻松集成到现有基础设施中，同时仍能在必要时应对增加的负载。
预算：始终牢记成本与所需功能/性能的对比——更昂贵的高端型号可能提供实际上并不需要的高级功能，因此请评估您的基本需求，以便做出具有成本效益的选择。
端口要求
当您考虑网络交换机上需要哪些端口时，需要考虑许多不同的事项：
端口数量：查看有多少设备将连接到网络。较小的网络可能需要较少的端口，而较大的公司可能需要具有多个端口的交换机，以便能够容纳许多设备。
端口速度：确定您的网络需要什么样的端口速度。快速以太网 (100Mbps)、千兆以太网 (1Gbps) 和 10 千兆以太网 (10Gbps) 都是标准端口速度。当有大量数据或需要更好的性能时，应使用更高的速度。
以太网供电 (PoE)：如果您需要通过以太网电缆为 IP 摄像机、VoIP 电话和无线接入点等设备供电，那么请考虑具有 PoE 功能的交换机，它可以通过一根电缆同时提供电力和数据传输，从而无需单独的电源。
上行链路端口：确保交换机中包含足够的上行链路端口，用于连接不同网络层或路由器与服务器之间的交换机；这些端口通常比常规交换机间连接具有更高的速度等级。
SFP/SFP+ 端口：对于需要光纤连接的网络环境，请寻找具有 SFP（小型可插拔）或 SFP + 端口，因为它们支持使用光纤电缆的更快速度和更长距离的连接。
堆叠功能：如果您的网络具有潜在的增长率，从而需要额外的设备，那么请考虑购买具有堆叠功能的设备，其中多个交换机可以作为一个单元运行，从而使管理更容易，同时增加可用端口的总数量而不会牺牲性能质量。
通过遵循这种方法来评估您的端口需求，您最终将获得更加强大的当前/未来网络解决方案。
带宽和速度考虑因素
要建立网络交换机，了解带宽和速度的先决条件对于实现最佳性能和可扩展性非常重要。带宽是网络路径上的最高数据传输速率，而速度则表示交换机处理和转发数据包的速度。以下是一些需要考虑的关键事项：
网络流量：确定您的网络承载的流量类型和流量大小。视频流、大文件传输、虚拟化等应用程序都是数据密集型的，因此需要更多带宽和更快的速度。通过查看使用高峰时间来确定所需的带宽。
未来发展：当未来几年由于发展或扩张计划而增加通过交换机的流量时，请选择能够支持更高速度的交换机，这样不仅可以避免可能的瓶颈，而且还可以确保长期可靠性的效率。
冗余和可靠性：一个好的网络交换机应该有冗余功能，如链路聚合（将多个端口组合在一起，增加带宽），它提供故障转移功能，如果一个链路发生故障，另一个链路会自动接管，而不会中断服务交付；还有就是 QoS（服务质量）支持，它有助于优先处理关键流量，而不是不太重要的流量，从而确保即使在可能发生拥塞的高峰时段也能保持连续性。
关注这些领域将帮助您选择功能与组织要求相匹配的网络交换机，从而提高整个系统的整体性能和可靠性。
使用以太网交换机有哪些好处？
增强的网络性能
使用以太网交换机可以通过多种方式大大提高网络性能。首先，这些交换机通过仅将数据包发送到所需设备而不是将其广播到网络上的所有设备来增强数据流量管理；这减少了不必要的流量以及冲突。其次，交换机为每个连接的设备提供专用带宽，因此它们的速度和可靠性比使用集线器时更快，因为集线器在所有端口之间共享带宽。最后，许多现代以太网交换机具有 QoS（服务质量）和链路聚合等高级功能，这些功能可用于通过优先处理关键流量或组合多个连接来进一步优化网络性能，从而提高吞吐量并提供冗余。总之，以太网交换机最适合需要快速数据传输和可靠网络功能的环境。
扩展网络范围
以太网交换机能够极大地扩展网络覆盖范围，使许多设备能够进行长距离连接。这是通过使用 CAT5e 或 CAT6 等网络电缆实现的，这些电缆能够将数据传输到 100 米远而不会损失信号强度。此外，以太网交换机还可以支持光纤电缆，光纤电缆覆盖范围更大，适合连接校园或企业环境中的建筑物。借助这些技术，以太网交换机可以确保网络在更远的距离内保持强劲性能，从而满足大型企业以及不断发展的复杂网络结构的需求。
提高安全性
以太网交换机的增强安全属性对于保持网络完整性必不可少。与将数据广播到所有链接设备的集线器不同，交换机可确保详细信息仅到达预期接收者，从而降低窃听和拦截数据的可能性。此外，许多交换机都具有内置安全功能，如端口安全（可限制通过 MAC 地址的访问）和 VLAN（虚拟局域网），可分割网络流量以遏制潜在的安全威胁。高级交换机还具有访问控制列表 (ACL) 以及 802.1X 身份验证功能，可通过根据用户正在使用的设备或他们在组织场所内的位置等确定谁可以使用系统来增强安全性。这些强大的保护措施使以太网交换机成为任何关注保护信息同时确保网络安全不受损害的环境的必备组件。
如何设置以太网交换机？
将设备连接到交换机
准备小工具和电缆：确保您拥有所有必要的设备，包括但不限于计算机、打印机、其他网络设备以及以太网电缆。
交换机通电：使用电源适配器将以太网交换机连接到电源上，等待交换机上的电源指示灯常亮，表示交换机已经正确通电。
连接设备：使用以太网电缆将每台设备连接到交换机的可用端口。将电缆的一端插入设备的以太网端口，另一端插入交换机上的任何空闲插座。
检查连接：将所有东西插好后，查看交换机每个端口附近的 LED 灯。如果它们之间存在活动连接，则 LED 灯应亮起，这意味着这些特定机器现在是网络系统的一部分。
设置网络：如果您的交换机支持高级管理功能，请访问其 Web 界面或管理软件，可以在其中对网络配置进行必要的更改，例如 VLAN 分配和端口安全设置等，旨在优化和保护 LAN 内的流量。
测试连通性：所有设备连接并配置完毕后，验证给定地理位置内不同节点之间的数据包传输是否正常。尝试连通性测试并使用适当的网络诊断工具测量性能水平。
通过遵循这些步骤，可以有效地将设备连接到以太网交换机，确保强大、安全的网络设置。
配置交换机
设置以太网交换机的方法如下：
访问管理界面：使用以太网线将计算机连接到交换机。之后，打开任何 Web 浏览器并输入要访问的交换机管理界面的预设 IP 地址。使用文档中提供的登录详细信息。
替换默认密码：按照上述第二步登录后，应使用更强的唯一密码代替制造商密码，以确保更高的安全性。
分配 IP 地址：为该设备分配一个固定 IP 地址，这样您就可以始终保持连接。但请记住，它必须在您的网络范围内，并且不与任何其他设备的 IP 冲突。
创建 VLAN：必要时，创建不同的虚拟局域网 (VLAN) 来根据需要分离网络上各组或部门之间的流量。
安排端口设置：如有必要，调整端口速度、双工和流量控制设置。激活端口上的安全功能以限制对授权设备的访问。
激活生成树协议 (STP)：您应该启用 STP 或快速生成树协议 (RSTP)，以避免可能发生的网络环路。这对于维持网络稳定性和性能非常重要。
服务质量 (QoS) 配置：您需要配置 QoS，以便它优先处理特定类型的流量，例如 IP 语音 (VoIP) 或流媒体，从而保证它们有足够的带宽。
保存配置：完成所有必需的修改后，将配置设置保存到交换机的内存中，以防止重新启动后可能丢失。
为了获得最佳性能和安全性，配置以太网交换机时应遵循以下几个步骤。
解决常见问题
开关无法打开：确保电源线已牢固连接且插座正常工作。检查开关是否有任何物理损坏或电源故障迹象。
网络连接问题：检查以太网电缆是否正确插入且完好无损。确定交换机是否具有正确的 IP 地址，并确认没有其他设备具有冲突的 IP。检查端口状态灯以查看是否存在连接问题。
网络性能低下：查找网络上的流量堵塞情况，找出带宽使用率较高的区域。您应该通过正确配置 QoS 设置来优先处理重要流量。此外，确保端口设置不超过所连接设备可以处理的范围，并检查双工不匹配情况。
VLAN 配置问题：检查 VLAN 配置，确保配置正确，设备已正确分配（处于正确状态）。您还需要验证用于在交换机之间传输 VLAN 流量的中继端口设置是否正确。
生成树协议 (STP) 问题：如果出现环路或不稳定情况，请检查 STP 设置并确认设置正确。在所有相关端口和交换机上启用 STP，然后调查潜在的配置错误或硬件故障（如果有）。
遵循这些步骤将帮助您识别设置以太网交换机时最常遇到的问题。这将使您能够快速修复这些问题，从而确保平稳运行和最佳网络性能。
参考资料
网络交换机
以太网(EtherNet)
计算机网络
常见问题解答 (FAQs)
问：什么是以太网交换机？
答：以太网交换机，也称为网络交换机，是一种连接局域网 (LAN) 内的多个设备并使用 MAC 地址将数据包转发到正确目的地的设备，从而提高网络的效率和性能。
问：千兆以太网交换机与普通网络交换机有何不同？
答：千兆以太网交换机和标准交换机之间的区别在于，它们支持高达每秒 1 千兆位 (Gbps) 的数据传输速度，而普通网络交换机的速度限制通常较低，例如 100 Mbps，这意味着千兆以太网交换机提供更快、更可靠的连接。
问：使用管理型交换机有哪些好处？
答：与非管理型交换机相比，管理型交换机具有支持 VLAN 或虚拟 LAN、QoS 或服务质量功能、额外的安全设置等功能，使管理员能够更好地控制其网络的配置和维护方式。
问：以太网交换机可以替代家庭网络中的路由器吗？
答：不可以，您不能在家中使用以太网交换机代替路由器。路由器将您的局域网 (LAN) 连接到互联网并管理 IP 地址，而以太网交换机仅允许您在一个 LAN 内使用有线连接连接更多设备。
问：以太网网络交换机可以同时使用有线和无线连接吗？
答：当然！使用以太网交换机时，您可以同时使用有线连接和无线连接。在这种情况下，交换机将处理所有有线连接，而无线接入点 (WAP) 将处理所有无线连接。
问：为什么需要 8 端口以太网交换机？
答：如果需要使用电缆将许多设备连接到网络，则需要使用 8 端口以太网交换机。它可以用于拥有多台设备的小型办公室或家庭。
问：以太网交换机在工业环境中如何工作？
答：工业非托管以太网交换机专为应对极端条件而设计，例如极高或极低的温度、振动和电气干扰。这可确保工厂和自动化系统以及整个工业物联网应用的可靠以太网连接。
问：加固型以太网交换机上的 SFP 端口起什么作用？
答：加固型以太网交换机具有 SFP（小型可插拔）端口，使其能够连接光纤电缆，从而实现比传统以太网电缆更长距离、更快的速度，这在大型网络基础设施中尤其有用。
问：我可以使用以太网分离器代替以太网交换机吗？
答：以太网分路器可以将一根以太网电缆分成两个连接，但它不能像以太网交换机那样管理多个数据流。因此，大多数网络都需要后者，因为它可以高效处理多个设备之间的同时流量。
问：网络交换机中的“即插即用”是什么意思？
答：网络交换机的“即插即用”意味着它们可以轻松安装和使用，无需任何复杂的配置。您只需使用以太网电缆将您的设备插入其中一个端口，它就会自动处理有关网络流量的所有其他事情。
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在当今数字范式的动态世界中，没有什么比拥有强大而可靠的网络解决方案更重要。 以太网交换机 是一种允许局域网 (LAN) 上不同设备之间连接