01交換機(jī)的基本配置

1、交換機(jī)的基本配置 主要內(nèi)容:了解交換機(jī)工作原理與堆疊連接方法掌握交換機(jī)的主機(jī)名配置掌握交換機(jī)IP地址配置掌握交換機(jī)的口令安全性配置1交換機(jī)工作原理與堆疊連接方法OSI參考模型第二層交換生成樹協(xié)議交換機(jī)的3種交換方式2OSI參考模型第二層交換 局域網(wǎng)交換技術(shù)是為對(duì)共享式局域網(wǎng)提供有效的網(wǎng)段劃分的解決方案而出現(xiàn)的，它可以使每個(gè)用戶盡可能地分享到最大帶寬。交換機(jī)工作在在OSI 7層網(wǎng)絡(luò)模型中的數(shù)據(jù)鏈路層,因此，交換機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)是建立在MAC（Media Access Control）地址基礎(chǔ)之上的，對(duì)于IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議來說，它是透明的，即交換機(jī)在轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包時(shí)不知道也無須知道信源機(jī)和信宿機(jī)的IP地址，

2、只需知道其物理地址，即MAC地址。 3OSI參考模型第二層交換 交換機(jī)在操作過程中會(huì)不斷地收集信息，以建立MAC地址表，MAC地址表說明了某個(gè)MAC地址是在哪個(gè)端口上被發(fā)現(xiàn)的，所以當(dāng)交換機(jī)收到一個(gè)TCPIP數(shù)據(jù)包時(shí)，它會(huì)查看該數(shù)據(jù)包的目的MAC地址，然后核對(duì)自己的MAC地址表以確認(rèn)應(yīng)從哪個(gè)端口把數(shù)據(jù)包發(fā)出去。這個(gè)由ASIC(Application Specific Integrated Circuit)進(jìn)行的功能速度相當(dāng)快，一般只需幾十微秒，交換機(jī)便可以決定一個(gè)IP數(shù)據(jù)包應(yīng)送向哪里。4OSI參考模型第二層交換 當(dāng)交換機(jī)收到一個(gè)目標(biāo)地址未知的數(shù)據(jù)包，即目的MAC地址不能在其MAC地址表中找到時(shí)，

3、交換機(jī)會(huì)把IP數(shù)據(jù)包從它的每一個(gè)端口送出去。 5交換機(jī)的特性地址學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)發(fā)或過濾避免循環(huán)6地址學(xué)習(xí) 以太網(wǎng)交換機(jī)能夠通過讀取傳送包的源MAC地址和記錄幀進(jìn)入的交換機(jī)的端口來學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)上每個(gè)設(shè)備的地址。然后，交換機(jī)把此信息添加到它的轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)庫。地址是動(dòng)態(tài)學(xué)習(xí)的，這意味著讀取新MAC地址時(shí)，它們被學(xué)習(xí)并存儲(chǔ)在CAM（Content-Addressable Memory，內(nèi)容可尋址存儲(chǔ)器）中。 每次存儲(chǔ)地址時(shí)，地址被打上時(shí)間標(biāo)記，那些一段時(shí)間內(nèi)還沒有被引用的地址從列表中移走，通過移走過時(shí)的或老的地址，CAM維護(hù)了一個(gè)精確和有用的轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)庫。7轉(zhuǎn)發(fā)或過濾 當(dāng)主機(jī)A發(fā)一個(gè)幀給主機(jī)B時(shí)，由于目的MAC地址（主

4、機(jī)B的MAC地址）已在MAC地址表中存在對(duì)應(yīng)項(xiàng)，因此，交換機(jī)將此幀直接發(fā)到主機(jī)B所在的交換機(jī)的端口。交換機(jī)不會(huì)再將幀發(fā)往其他端口，這樣就節(jié)省了其他端口上的帶寬，這就是所謂的轉(zhuǎn)發(fā)與過濾。 但是，對(duì)于廣播和組播，交換機(jī)通常是把廣播幀或組播幀向所有端口轉(zhuǎn)發(fā)，不管MAC地址表是否完整。而一個(gè)交換機(jī)永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)不到廣播或組播地址，因?yàn)樗鼈冇肋h(yuǎn)不會(huì)出現(xiàn)在一個(gè)幀的源地址中。因此，第二層的交換機(jī)無法控制廣播域，用交換機(jī)分割的網(wǎng)段雖然處于不同的沖突域中，但仍然處于同一個(gè)廣播域中，此時(shí)需要使用第三層設(shè)備（如路由器）來分割廣播域。8避免循環(huán) 在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中，冗余鏈路通常是必不可少的。如果使用單一鏈路，發(fā)生斷路時(shí)可能會(huì)使整

5、個(gè)網(wǎng)絡(luò)陷入癱瘓的窘鏡。 但是，冗余路徑也有很多的問題： （1）廣播風(fēng)暴。 （2）重復(fù)幀復(fù)制。 （3）MAC地址表表項(xiàng)不穩(wěn)定。9廣播風(fēng)暴10廣播風(fēng)暴 當(dāng)服務(wù)器想知道默認(rèn)網(wǎng)關(guān)（路由器X）的MAC地址時(shí)，會(huì)起用ARP。一個(gè)ARP幀就是一個(gè)廣播幀（目的MAC地址為全1），交換機(jī)A收到此幀后就會(huì)轉(zhuǎn)發(fā)到網(wǎng)段2上，交換機(jī)B收到后，又轉(zhuǎn)發(fā)到網(wǎng)段1上，從而形成循環(huán)，這就是廣播風(fēng)暴。這極大地浪費(fèi)了網(wǎng)絡(luò)資源。 可以通過阻塞（邏輯上）其中的某一個(gè)端口（不允許接收幀和發(fā)送幀）來消除廣播風(fēng)暴問題。 11重復(fù)幀復(fù)制 由于冗余路徑的存在，主機(jī)可能會(huì)從不同的路徑接收到相同的幀，造成資源的浪費(fèi)。 12MAC地址表表項(xiàng)不穩(wěn)定 由于

6、冗余鏈路導(dǎo)致MAC地址表的表項(xiàng)不唯一，如果交換機(jī)A要傳送幀至某個(gè)服務(wù)器，就可能會(huì)產(chǎn)生困惑，因?yàn)閺亩丝贓0發(fā)送可以到達(dá)，從端口E1發(fā)送也可到達(dá)，從而可能使交換機(jī)不轉(zhuǎn)發(fā)此幀，或者重復(fù)發(fā)送到不同端口，造成主機(jī)A收到多份副本。這也是對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的浪費(fèi)。13生成樹協(xié)議生成樹協(xié)議的作用與原理生成樹操作根網(wǎng)橋選舉路徑花費(fèi)生成樹的端口狀態(tài)匯聚14生成樹協(xié)議的作用與原理 STP（生成樹協(xié)議）的主要任務(wù)是防止2層的循環(huán)，STP使用生成樹算法來創(chuàng)建拓?fù)鋽?shù)據(jù)庫，然后查找出冗余連接并破壞它。15生成樹操作 STP的任務(wù)就是查找出網(wǎng)絡(luò)中的所有連接，關(guān)閉一些會(huì)造成循環(huán)的冗余連接。STP首先選舉一個(gè)根橋，用來對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

7、作決定。當(dāng)所有的交換機(jī)認(rèn)同了選舉出來的根橋后，所有的網(wǎng)橋開始查找根端口。如果在交換機(jī)之間有許多連接，只能有一個(gè)端口為指定端口。 16根網(wǎng)橋選舉 網(wǎng)橋ID用來在STP域里選舉根橋和決定根端口，這個(gè)ID長為8字節(jié)，包含優(yōu)先級(jí)和設(shè)備的MAC地址，IEEE版本的STP的默認(rèn)優(yōu)先級(jí)是32768。如果優(yōu)先級(jí)相同，就比較MAC地址，MAC地址小的為根橋。17路徑花費(fèi) 生成樹的路徑花費(fèi)是在路徑上所有鏈路的路徑花費(fèi)的總和，這是由鏈路帶寬決定的。 18生成樹的端口狀態(tài) 運(yùn)行STP的交換機(jī)端口的5種狀態(tài)：堵塞(blocking):不轉(zhuǎn)發(fā)幀,只監(jiān)聽BPDUs,主要目的是防止循環(huán)的產(chǎn)生。在默認(rèn)情況下,交換機(jī)啟動(dòng)時(shí)所有端

8、口均為blocking狀態(tài)。 監(jiān)聽(listening):端口監(jiān)聽BPDUs，以確定在傳送數(shù)據(jù)幀之前沒有循環(huán)會(huì)發(fā)生。學(xué)習(xí)(learning):監(jiān)聽BPDUs和學(xué)習(xí)所有路徑,學(xué)習(xí)MAC地址表,不轉(zhuǎn)發(fā)幀。轉(zhuǎn)發(fā)(forwarding):轉(zhuǎn)發(fā)和接收數(shù)據(jù)幀。 禁用(disabled):端口是不可操作的。 19匯聚 匯聚也叫收斂，當(dāng)所有端口為非轉(zhuǎn)發(fā)或堵塞狀態(tài)時(shí)，開始收斂，在收斂完成前，沒有數(shù)據(jù)被傳送。收斂保證了所有的設(shè)備擁有相同的數(shù)據(jù)庫。一般從堵塞狀態(tài)進(jìn)入轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)需要50秒。20交換機(jī)的3種交換方式存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)式直通式消除片斷式（改良直通式）21存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)式交換方式 存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)（Store and Forward

9、）是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域使用得最為廣泛的技術(shù)之一，以太網(wǎng)交換機(jī)的控制器先將輸入端口到來的數(shù)據(jù)包緩存起來，檢查數(shù)據(jù)包是否正確，并過濾沖突包錯(cuò)誤。確定包正確后，取出目的地址，通過查找表找到想要發(fā)送的輸出端口地址，然后將此包發(fā)送出去。存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式在處理數(shù)據(jù)時(shí)延時(shí)大，但它可以對(duì)進(jìn)入交換機(jī)的數(shù)據(jù)包進(jìn)行錯(cuò)誤檢測，并能支持不同速度的輸入輸出端口間的交換，可有效地改善網(wǎng)絡(luò)性能。它的另一優(yōu)點(diǎn)就是這種交換方式支持不同速度端口間的轉(zhuǎn)換，能保持高速端口和低速端口間協(xié)同工作。實(shí)現(xiàn)的方法是將10Mb/s低速包存儲(chǔ)起來，再通過100Mb/s速率轉(zhuǎn)發(fā)到端口上。22直通式交換方式 Cisco稱直通式交換方式為cut-through、

10、fastforward或者real time模式。使用這種模式的時(shí)候，LAN 交換機(jī)只讀取幀的目標(biāo)地址，減少了延時(shí)，但是不適合高偏向錯(cuò)誤率的網(wǎng)絡(luò)。23直通式交換方式 直通式交換方式在輸入端口檢測到一個(gè)數(shù)據(jù)包時(shí)，檢查此包的包頭，獲取包的目的地址，啟動(dòng)內(nèi)部的動(dòng)態(tài)查找表，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的輸出端口，在輸入與輸出交叉處接通，把數(shù)據(jù)包直通到相應(yīng)的端口，實(shí)現(xiàn)交換功能。由于它只檢查數(shù)據(jù)包的包頭（通常只檢查14個(gè)字節(jié)），不需要存儲(chǔ)，所以直通式具有延遲小、交換速度快的優(yōu)點(diǎn)。所謂延遲，是指數(shù)據(jù)包進(jìn)入一個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備到離開此設(shè)備所花的時(shí)間。24直通式交換方式 直通式交換方式的缺點(diǎn)主要有3個(gè)方面：第一，因?yàn)閿?shù)據(jù)包內(nèi)容并沒有被以

11、太網(wǎng)交換機(jī)保存下來，所以無法檢查所傳送的數(shù)據(jù)包是否有誤，不能提供錯(cuò)誤檢測；第二，由于沒有緩存，不能將具有不同速率的輸入輸出端口直接接通，而且容易丟包。如果要連到高速網(wǎng)絡(luò)上，如提供快速以太網(wǎng)（100BASE-T）、FDDI或ATM連接，就不能簡單地將輸入輸出端口“接通”，因?yàn)檩斎胼敵龆丝陂g有速度上的差異，必須提供緩存；第三，當(dāng)以太網(wǎng)交換機(jī)的端口增加時(shí)，交換矩陣變得越來越復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)起來就越困難。25消除片斷式（改良直通式）交換方式 消除片斷式是介于直通式和存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)式之間的一種解決方案。它在轉(zhuǎn)發(fā)前先檢查數(shù)據(jù)包的長度是否夠64個(gè)字節(jié)（512 bit），如果小于64字節(jié)，說明是假包（或稱殘幀），則丟棄該

12、包；如果大于64字節(jié)，則發(fā)送該包。該方式的數(shù)據(jù)處理速度比存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式快，但比直通式慢。由于能夠避免殘幀的轉(zhuǎn)發(fā)，所以被廣泛應(yīng)用于低檔交換機(jī)中。26消除片斷式（改良直通式）交換方式 使用消除片斷式交換技術(shù)的交換機(jī)一般使用了一種特殊的緩存。使用這種緩存，比特從一端進(jìn)入，然后以同樣的順序從另一端出來。當(dāng)幀被接收時(shí)，它被保存在緩存中。如果幀以小于512比特的長度結(jié)束，那么緩存中的內(nèi)容（殘幀）就會(huì)被丟棄。因此，不存在普通直通轉(zhuǎn)發(fā)交換機(jī)存在的殘幀轉(zhuǎn)發(fā)問題，是一個(gè)非常好的解決方案。數(shù)據(jù)包在轉(zhuǎn)發(fā)之前將被緩存保存下來，從而確保碰撞碎片不通過網(wǎng)絡(luò)傳播，能夠在很大程度上提高網(wǎng)絡(luò)傳輸效率。27交換機(jī)堆疊連接方法 網(wǎng)絡(luò)規(guī)

13、模增長時(shí)，固定端口交換機(jī)的擴(kuò)展能力會(huì)受到制約。為了使交換機(jī)滿足大型網(wǎng)絡(luò)對(duì)端口的數(shù)量要求，一般在較大型網(wǎng)絡(luò)中采用交換機(jī)的堆疊方式，而只有可堆疊交換機(jī)具備這種端口。所謂可堆疊交換機(jī)，就是指一個(gè)交換機(jī)中同時(shí)具有“UP”和“DOWN”堆疊端口。當(dāng)多個(gè)交換機(jī)連接在一起時(shí)，其作用就像一個(gè)模塊化交換機(jī)一樣，堆疊在一起的交換機(jī)可以當(dāng)作一個(gè)單元設(shè)備來進(jìn)行管理。在一般情況下，當(dāng)有多個(gè)交換機(jī)堆疊時(shí)，其中存在一個(gè)可管理交換機(jī)，可利用可管理交換機(jī)對(duì)此可堆疊式交換機(jī)中的其他“獨(dú)立型交換機(jī)”進(jìn)行管理。28交換機(jī)堆疊連接方法 堆疊中的所有交換機(jī)可視為一個(gè)整體的交換機(jī)來進(jìn)行管理，也就是說，堆疊中所有的交換機(jī)從拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上可視為一

14、個(gè)交換機(jī)。堆棧在一起的交換機(jī)可以當(dāng)作一臺(tái)交換機(jī)來統(tǒng)一管理。交換機(jī)堆疊技術(shù)采用了專門的管理模塊和堆棧連接電纜，這樣做的好處是，一方面增加了用戶端口，能夠在交換機(jī)之間建立一條較寬的寬帶鏈路，這樣每個(gè)實(shí)際使用的用戶帶寬就有可能更寬（只有在并不是所有端口都在使用情況下）。另一方面多個(gè)交換機(jī)能夠作為一個(gè)大的交換機(jī)，便于統(tǒng)一管理。29可堆疊交換機(jī)常用的堆疊方式 菊花型 菊花型堆疊要求堆疊交換機(jī)通過堆疊接口或模塊首尾相連，類似于普通的交換機(jī)之間的級(jí)聯(lián)連接，通過相對(duì)高速的端口串接和軟件的支持，最終實(shí)現(xiàn)構(gòu)建一個(gè)多交換機(jī)的層疊結(jié)構(gòu)。30可堆疊交換機(jī)常用的堆疊方式 星型 星型堆疊需要一個(gè)主交換機(jī)，其他是從交換機(jī)，每

15、臺(tái)從交換機(jī)都通過堆疊接口或模塊與主交換機(jī)相連。這種方式要求主交換機(jī)的交換容量（背板帶寬）要比從交換機(jī)的要大。31交換機(jī)的主機(jī)名配置 所有出廠的交換機(jī)都有默認(rèn)的配置、系統(tǒng)名稱或者提示。可以更改其名稱，以便于每一臺(tái)交換機(jī)在園區(qū)網(wǎng)中能夠唯一地進(jìn)行認(rèn)證。32交換機(jī)的主機(jī)名配置 為了修改主機(jī)或者系統(tǒng)的名稱，在配置模式中輸入如下命令： Switch (config) # hostname hostname 主機(jī)名稱是一個(gè)由1255個(gè)字母或者數(shù)字組成的字符串。一旦執(zhí)行這條命令，系統(tǒng)提示是否修改為新的主機(jī)名稱。33交換機(jī)IP地址配置工作在第二層的交換機(jī)IP地址配置工作在第三層的交換機(jī)IP地址配置34工作在第二

16、層的交換機(jī)IP地址配置 在默認(rèn)情況下，交換機(jī)僅允許用戶通過控制臺(tái)端口進(jìn)行訪問。即一臺(tái)交換機(jī)操作在第二層，交換機(jī)超級(jí)用戶處理機(jī)出于管理目的，仍然必須在第三層維護(hù)一個(gè)IP棧。然后，可以給交換機(jī)分配IP地址和子網(wǎng)掩碼，使與交換機(jī)超級(jí)用戶進(jìn)行遠(yuǎn)程通信成為可能。35工作在第二層的交換機(jī)IP地址配置 可以在全局配置模式下執(zhí)行如下命令，為管理VLAN（默認(rèn)情況下是VLAN1）分配IP地址。 Switch (config) # interface vlan vlan-id Switch (config-if) # ip address ip-address netmask Switch (config-if)

17、 # ip default-gateway ip-address Switch (config-if) # no shutdown36工作在第三層的交換機(jī)IP地址配置第三層端口的配置SVI端口的配置37第三層端口的配置 在默認(rèn)情況下,Catalyst 2950、3550或4500交換機(jī)的端口都是第二層接口。當(dāng)被分配了第三層網(wǎng)絡(luò)地址并且可以路由選擇的時(shí)候,交換機(jī)的物理端口也可以在第三層接口上進(jìn)行工作。要使用第三層的功能,必須用下面的命令序列進(jìn)行配置: Switch(config)# interface type mod/num Switch(config-if)# no switchport S

18、witch(config-if)# ip address ip-address mask secondary no switchport 命令會(huì)取消第二層操作的端口，此后,必須為此端口分配一個(gè)網(wǎng)絡(luò)地址, 相當(dāng)于一個(gè)路由器的接口。38SVI端口的配置 使用一個(gè)多層交換機(jī)的時(shí)候,也可以對(duì)交換機(jī)上的整個(gè)VLAN使用第三層功能。這就要求將網(wǎng)絡(luò)地址分配給一個(gè)邏輯接口VLAN自身的接口。當(dāng)交換機(jī)要為一個(gè)公共的VLAN分配許多端口并且需要在這個(gè)VLAN內(nèi)部和外部路由選擇的時(shí)候,這種方法是非常有效的。39SVI端口的配置 第三層邏輯接口稱為SVI ,在配置SVI的時(shí)候,它需要使用更多的直接接口名稱 vlan-id,好像VLAN自身是一個(gè)物理接口。首先定義或者確定VLAN的接口,然后使用下面的命令為接口分配第三層的所有功能： Switch(config)# interface vlan vlan-id Switch(config-if)# ip address ip-address mask secondary 使用SVI之前,VLAN必須在交換機(jī)上定義，并使用no shutdown接口配置命令激活。40交換機(jī)的口令安全性配置 通常,網(wǎng)絡(luò)設(shè)備應(yīng)配置為對(duì)于未被授權(quán)的訪問是安全的。Catalyst 交換機(jī)通常提供一個(gè)簡單的安全形式,通過設(shè)置密碼來限制注冊(cè)到用戶接口的人。兩種可用的用戶訪問級(jí)別:用戶模式