網絡互聯與路由器技術(第2版)電子教案06局域網交換技術第一頁，共46頁。第6章局域網交換技術

學習目的與要求：隨著交換機逐步取代集線器，以及諸如快速以太網和千兆以太網等新興以太網絡標準的相繼問世，網絡技術領域發(fā)生了巨大變化。局域網經歷了從單工到雙工、從共享到交換、從低速到高速的發(fā)展歷程。本章主要介紹了交換機的基本功能、工作原理、性能參數、登錄方式,并以CiscoCatalyst系列交換機為例介紹了交換機的基本配置方法。

學完本章，你將能夠：描述交換機的基本功能、分類及其工作原理了解交換機的配置方式和配置模式會對Cisco交換機的基本參數進行配置第二頁，共46頁。第6章局域網交換技術6.1交換機基礎

6.2交換機配置本章小結本章實訓本章習題第三頁，共46頁。6.1交換機基礎本節(jié)主要介紹了交換機的基本工作原理、交換機的基本功能、交換機的分類、交換機的轉發(fā)方式以及交換機的主要技術參數。第四頁，共46頁。6.1.1交換機的工作原理交換機也叫交換式集線器，是一種工作在數據鏈路層的網絡互聯設備。它通過對信息進行重新生成，并經過內部處理后轉發(fā)至指定端口，具備自動尋址能力和交換作用，由于交換機根據所傳遞數據包的目的地址，將每一數據包獨立地從源端口送至目的端口，從而避免了和其他端口發(fā)生碰撞。

第五頁，共46頁。交換機擁有一條很高帶寬的背部總線和內部交換矩陣。交換機的所有的端口都掛接在這條背部總線上，源端口收到數據包以后，先查找內存中的MAC地址對照表以確定目的MAC地址(網卡的硬件地址)的網卡掛接在哪個端口上，通過內部交換矩陣迅速將數據包傳送到目的端口，如果地址對照表中暫沒有目的MAC與交換機端口的映射關系,則廣播到除本端口以外的所有其余端口，接收端口回應后交換機會“學習”新的地址，并把它添加入內部MAC地址表中。第六頁，共46頁。交換機和網橋一樣縮小了網絡的沖突域,它的一個端口就是一個單獨的沖突域。在以太網中，當交換機的一個端口連接一臺計算機時，雖然還是采用CSMA/CD介質訪問控制方式，但在一個端口是一個沖突域的情況下，實際上只有一臺計算機競爭線路，在數據傳輸時，只有源端口與目的端口間通信，不會影響其他端口，減少了沖突的發(fā)生。只要網絡上的用戶不同時訪問同一個端口，而且是全雙工交換的話，就不會發(fā)生沖突了。第七頁，共46頁。6.1.2交換機的基本功能

1．地址學習(Addresslearning)：以太網交換機能夠學習到所有連接到其端口的設備的MAC地址。地址學習的過程是通過監(jiān)聽所有流入的數據幀，對其源MAC地址進行檢驗，形成一個MAC地址到其相應端口的映射，并將此映射存放在交換機緩存中的MAC地址表中。第八頁，共46頁。6.1.2交換機的基本功能

2．幀的轉發(fā)和過濾(Forword/filterdecision)：當一個數據幀到達交換機后，交換機首先通過查找MAC地址表來決定如何轉發(fā)該數據幀。如果目的地址在MAC地址表中有映射時，它被轉發(fā)到連接目的節(jié)點的端口，否則將數據幀向除源端口以外的所有端口轉發(fā)。第九頁，共46頁。6.1.2交換機的基本功能

3．環(huán)路避免(Loopavoidance)：當交換機包括一個冗余回路時，以太網交換機通過生成樹協(xié)議(SpanningTreeProtocol)避免回路的產生，防止數據幀在網絡中不斷兜圈子的現象發(fā)生，同時允許存在后備路徑。第十頁，共46頁。6.1.3交換機的分類

一、根據傳輸協(xié)議標準劃分

1、以太網交換機

2、快速以太網交換機

3、千兆以太網和萬兆以太網交換機

4、ATM交換機

5、FDDI交換機

第十一頁，共46頁。6.1.3交換機的分類

二、根據交換機的端口結構劃分1、固定端口交換機2、模塊化交換機三、根據交換機工作的協(xié)議層劃分1、第二層交換機

2、第三層交換機

3、第四層交換機

第十二頁，共46頁。6.1.3交換機的分類

四、根據是否支持網管功能劃分1、網管型交換機2、非網管型交換機五、根據交換機的應用層次劃分1、企業(yè)級交換機2、部門級交換機3、工作組交換機第十三頁，共46頁。6.1.4交換機的轉發(fā)方式1.直通轉發(fā)(Cut-Through)

交換機在輸入端口檢測到一個數據幀時，檢查該幀的幀頭，只要獲取了幀的目的地址，就開始轉發(fā)幀。它的優(yōu)點是：開始轉發(fā)前不需要讀取整個完整的幀，延遲非常小，交換非?？?。它的缺點是：因為數據幀的內容沒有被交換機保存下來，所以無法檢查所傳送的數據幀是否有誤，不能提供錯誤檢測能力。直通轉發(fā)技術適用于網絡鏈路質量較好、錯誤數據包較少的網絡環(huán)境。

第十四頁，共46頁。6.1.4交換機的轉發(fā)方式2.存儲轉發(fā)(Store-and-Forward)

存儲轉發(fā)技術要求交換機在接收到全部數據包后再決定如何轉發(fā)。這樣一來，交換機可以在轉發(fā)之前檢查數據包完整性和正確性，把錯誤幀丟失(如果它太短，小于64B；或者太長，大于1518B；或者數據傳輸過程中出現了錯誤，都將被丟棄)，最后才取出數據幀的源地址和目的地址，查找地址表后進行過濾和轉發(fā)。其優(yōu)點是：沒有殘缺數據包轉發(fā)，減少了潛在的不必要數據轉發(fā)。其缺點是：轉發(fā)速率比直通轉發(fā)技術慢。所以，存儲轉發(fā)技術比較適應于普通鏈路質量的網絡環(huán)境。第十五頁，共46頁。6.1.4交換機的轉發(fā)方式3.無碎片(Fragment-Free)

這是改進后的直通轉發(fā)，是介于前兩者之間的一種解決方法。由于在正常運行的網絡中，沖突大多發(fā)生在64B之前，所以無碎片方法在讀取數據幀的前64B后，就開始轉發(fā)該幀。這種方式也不提供數據校驗，它的數據處理速度雖然比直接轉發(fā)方式慢，但比存儲轉發(fā)方式快許多。

第十六頁，共46頁。6.1.5交換機的主要技術參數1．轉發(fā)方式

2．背板帶寬

3．包轉發(fā)速率

4．MAC地址表大小

5．延時

6．VLAN支持

7．管理功能

8．擴展樹

第十七頁，共46頁。6.2交換機配置本節(jié)主要介紹了交換機的配置方式、配置模式、以及基于IOS的交換機的常用配置命令。第十八頁，共46頁。6.2.1配置交換機的方式1．本地控制臺登錄方式

與路由器一樣，可進行網絡管理的交換機上一般都提供了一個專門用于管理設備的接口(Console端口)，需要使用一條特殊的線纜連接到計算機的串行接口。計算機利用超級終端程序進行登錄、配置。

2．通過Telnet對交換機進行遠程管理

在首次通過Console控制口完成對交換機的配置，設置了交換機的管理IP地址和登錄密碼后，就可通過Telnet協(xié)議來連接登錄交換機，從而實現對交換機的遠程配置。

第十九頁，共46頁。6.2.1配置交換機的方式3．通過Web瀏覽器的方式進行遠程管理

目前多數可網管交換機都提供了Web管理方式。這種方式就像訪問WWW服務器那樣，在Web瀏覽器的地址欄輸入“http://交換機的管理地址”，此時將彈出用戶認證對話框，輸入擁有管理權限的用戶賬號與密碼，之后就可進入交換機的管理頁面，對交換機的參數進行修改和設置，并可實時查看交換機的運行狀態(tài)。

第二十頁，共46頁。6.2.2交換機的配置模式1．用戶模式當用戶通過交換機的控制臺端口或Telnet登錄到交換機時，此時所處的命令執(zhí)行模式就是用戶模式。在該模式下，可以簡單查看交換機的軟、硬件版本信息，并進行簡單地測試，但不能更改配置文件。用戶模式的提示符是：Switch>2．特權模式在用戶模式下，執(zhí)行enable命令，將進入到特權模式。在該模式下可以對交換機的配置文件進行管理，查看交換機的配置信息，進行網絡測試與調試等。特權模式的提示符為：Switch#

第二十一頁，共46頁。6.2.2交換機的配置模式3．全局配置模式在特權模式下，執(zhí)行configureterminal命令，即可進入到全局配置模式。該模式下可以配置交換機的全局性參數(如主機名、登錄信息等)。全局配置模式的提示符為：Switch(config)#4．接口配置模式在全局配置模式下，執(zhí)行interface命令，即進入接口配置模式。在該模式下，可對選定的接口進行配置，并且只能執(zhí)行配置交換機端口的命令。接口配置模式的提示符為：Switch(config-if)#

第二十二頁，共46頁。6.2.2交換機的配置模式5．Line配置模式在全局配置模式下，執(zhí)行l(wèi)inevty或lineconsole命令，將進入Line配置模式。該模式主要用于對虛擬終端(vty)和控制臺端口進行配置。該模式的命令行提示符為：Switch(config-line)#6．Vlan配置模式在特權模式下執(zhí)行vlandatabase配置命令，即可進入vlan配置模式，在此模式下可實現對VLAN的創(chuàng)建、修改或刪除等配置操作。vlan配置模式的命令行提示符為：Switch(vlan)#

第二十三頁，共46頁。6.2.3基于IOS的交換機的常用配置命令

1．配置交換機主機名:Switch(config)#hostnameswitch2960!設置主機名為switch2960switch2960(config)#

第二十四頁，共46頁。6.2.3基于IOS的交換機的常用配置命令

2、管理地址的設置Switch(config)#interfacevlan1!進入vlan1接口配置模式Switch(config-if)#ipaddress

!設置IP地址和網絡掩碼switch(config-if)#ipdefault-gateway!設置缺省網關

第二十五頁，共46頁。6.2.3基于IOS的交換機的常用配置命令

3、控制臺登錄口令的設置交換機的控制端口(console)的編號為0，通常需要利用該端口進行本地登錄，以實現對交換機的配置和管理。為安全起見，應為該端口的登錄設置密碼。配置命令為：

Switch(config)#lineconsole0!進入控制端口的Line配置模式Switch(config-line)#passwordabcde!設置本地登錄密碼abcdeSwitch(config-line)#login!使密碼生效Switch(config-line)#end!返回特權模式Switch#

第二十六頁，共46頁。6.2.3基于IOS的交換機的常用配置命令

4、遠程登錄口令設置交換機支持多個虛擬終端，一般為16個(0~15)。設置了密碼的虛擬終端，就允許遠程登錄，沒有設置密碼的，則不能進行遠程登錄。例如：如果對0~3條虛擬終端線路設置了登錄密碼，則交換機就允許同時有4個telnet登錄連接，其配置命令為：

Switch(config)#linevty03!對0~3條虛擬終端線路進行設置Switch(config-line)#passwordaddsee2!設置遠程登錄密碼為：addsee2Switch(config-line)#login!使密碼生效Switch(config-line)#end!返回特權模式Switch#

第二十七頁，共46頁。6.2.3基于IOS的交換機的常用配置命令

5、特權模式口令設置

Switch(config)#enablepasswordmingmi!設置特權模式密碼為mingmiSwitch(config)#enablesecretmingmi!設置特權模式密碼為：mingmi

二者的區(qū)別在于：第一種方式下所設置的密碼是以明文方式存儲，在showrun命令中可見；第二種方式所設置的密碼是以加密方式存儲，在showrun命令中不可見。建議使用第二種方式設置特權模式口令。

第二十八頁，共46頁。6.2.3基于IOS的交換機的常用配置命令

6、配置交換機接口類型交換機接口類型分為：Ethernet(10Mbps)、FastEthernet(10/100Mbps)、GigabitEthernet幾種類型。在實際配置接口時，交換機接口的類型一定要寫對。一般可先用showvlan去查看一下各接口的類型。在實際配置時，各接口類型可用前3個字符縮寫。例如要配置GigabitEthernet第一個模塊的第一個接口的命令為：

Switch(config)#interfacegig1/1

第二十九頁，共46頁。6.2.3基于IOS的交換機的常用配置命令

7、配置接口描述、速度、雙工模式

A、在交換機上有很多接口，在管理上可為交換機的每端口設置一個名字，方便記憶?？墒褂胐escription命令來描述各個接口，其命令格式為：

Switch(config)#descriptionstring

B、duplex命令用來配置接口的雙工模式，其命令格式為：

Switch(config-if)#duplex{auto|full|half}

其中，full表示全雙工，half表示半雙工，auto表示自動檢測雙工模式。C、speed命令用來配置交換機的接口速度，其命令格式為：

Switch(config-if)#speed{10|100|1000|auto}

第三十頁，共46頁。6.2.3基于IOS的交換機的常用配置命令

8、啟用接口交換機端口默認設置為關閉(shutdown)，啟用時配置命令如下：

switch(config)#interfacegig1/1!進入gig1/1接口配置模式switch(config-if)#noshutdown!啟用接口

第三十一頁，共46頁。6.2.3基于IOS的交換機的常用配置命令

9、日期消息可以給通過Telnet、輔助接口或使用控制臺接口登錄到交換機上的用戶設置每日提示信息。方法如下：switch(config)#bannermotd#!輸入命令EnterTEXTmessage.Endwiththecharacter“#”.Happynewday!switch(config)#end!退出全局模式switch#logout!退出登錄狀態(tài)

第三十二頁，共46頁。6.2.3基于IOS的交換機的常用配置命令

10、登錄信息可以設置每次登錄時的提示信息。方法如下：switch(config)#bannerlogin#

EnterTEXTmessage.Endwiththecharacter“#”.Thisisaciscoswitchswitch(config)#endswitch#logout

第三十三頁，共46頁。6.2.3基于IOS的交換機的常用配置命令

12、刪除配置信息刪除配置信息命令如下：

switch#eraserunning-config!刪除交換機的當前配置文件switch#erasestartup-config!刪除交換機的保存配置文件

第三十四頁，共46頁。6.2.3基于IOS的交換機的常用配置命令

13、顯示配置信息可使用show命令來顯示交換機相關配置信息并驗證交換機相關配置，常用的顯示命令有：(1) 顯示交換機某接口信息switch#showinterfaceiftypemod/port其中：iftype代表端口類型，通常有Ehternet(以太網端口，通信速度為10Mbps)、Fastehernet(快速以太網端口，100Mbps)、GigabitEthernet(吉比特以太網端口，1000Mbps，如千兆光纖端口)和TenGigabitEhternet(萬兆以太網端口)。mod/port代表端口所在的模塊和在該模塊中的編號。

第三十五頁，共46頁。6.2.3基于IOS的交換機的常用配置命令

(2) 顯示接口IP信息switch#showipinterfacebrief(3) 顯示所有Vlan信息switch#showvlan(4) 顯示路由表信息switch#showiproute(5) 顯示交換機MAC地址表switch#showmac-address-table(6) 顯示交換機正在運行的配置switch#showrunning-config(7) 顯示交換機存儲在NVRAM中的啟動配置switch#showstartup-config

第三十六頁，共46頁。6.2.3基于IOS的交換機的常用配置命令

14、設置空閑超時時間空閑超時時間是指在無鍵盤敲擊動作發(fā)生時，連接能夠保持的時間，默認值為30秒，如果設置為0秒，指的是無限長。例如，若要將vty0~3線路與console的空閑超時時間設置為3分4秒，則配置命令為：switch(config)#linevty04switch(config-line)#exec-timeout34switch(config-line)#exitswitch(config)#lineconsole0switch(config-line)#exec-timeout34switch(config-line)#endswitch#

第三十七頁，共46頁。本章小結

交換機是一種工作在數據鏈路層的網絡互聯設備。它具有地址學習、過濾和轉發(fā)以及環(huán)路避免等基本功能。對交換機按傳輸協(xié)議標準可劃分為以太網交換機、快速以太網交換機、ATM交換機、FDDI交換機等；按交換機的端口結構可劃分為固定端口交換機和模塊化交換機；按交換機工作的協(xié)議層可劃分為二層、三層和四層交換機；按是否支持網管功能可劃分為網管型交換機和非網管型交換機。交換機有直通轉發(fā)、存儲轉發(fā)和無碎片等三種轉發(fā)方式。交換機的主要技術參數包手轉發(fā)方式、背板帶寬、包轉發(fā)速率、MAC地址表長度、延時等。對交換機的配置方式有本地控制臺登錄方式和遠程配置方式兩種，其中遠程配置方式又包括Telnet登錄、Web訪問和SNMP遠程管理三種方式。交換機提供了用戶模式、特權模式兩種基本的命令執(zhí)行級別，同時還提供了全局配置、接口配置、Line配置、VLAN數據庫配置等多種級別的配置模式，以允許用戶對交換機進行配置與管理。第三十八頁，共46頁。本章實訓一、實訓目的

通過上機實訓，使學生熟練掌握交換機的基本配置方法，主要包括交換機的幾種管理方式、交換機管理地址、口令、主機名、描述、提示信息、接口速度及雙工模式的設置等。第三十九頁，共46頁。本章實訓二、實訓內容1．交換機本地登錄方式的連接與操作；2．交換機主機名、管理地址、本地登錄口令、遠程登錄口令、特權模式口令的設置；3．交換機登錄信息、每日提示信息的設置；4．交換機端口描述、速度、雙工模式的設置；5．交換機配置信息的保存；6．交換機配置信息的顯示；