第2章組建交換式局域網(wǎng)

局域網(wǎng)技術(shù)第2章組建交換式局域網(wǎng)張蒲生主編

pszhang@126.com2007年8月中國科技網(wǎng)學習任務(wù)掌握交換技術(shù)的概念，了解多層交換技術(shù)。理解交換機數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的作用和功能。能夠進行交換機的連接、使用、配置等操作。第2章組建交換式局域網(wǎng)

中國科技網(wǎng)2.1交換技術(shù)基礎(chǔ)2.1.1交換機概述2.1.2數(shù)據(jù)的交換方式2.1.3多層交換技術(shù)2.2交換機的連接與使用2.2.1交換機的內(nèi)部組成和啟動過程2.2.2交換機連接的實訓2.3交換機的基本配置2.3.1配置交換機的途徑2.3.2使用命令行模式配置交換機2.3.3交換機的基本配置2.3.4交換機基本配置的實訓目錄中國科技網(wǎng)2.1交換技術(shù)基礎(chǔ)

2.1.1交換機概述2.1.2數(shù)據(jù)的交換方式2.1.3多層交換技術(shù)中國科技網(wǎng)2.1.1交換機概述1.交換機基礎(chǔ)交換機是在電話交換技術(shù)上發(fā)展而來。交換是按照通信兩端傳輸信息的需要，用人工或設(shè)備自動完成的方法把要傳輸?shù)男畔⑺偷椒弦蟮南鄳?yīng)路由上的技術(shù)統(tǒng)稱。廣義的交換機就是一種在通信系統(tǒng)中完成信息交換功能的設(shè)備。集線器與共享式局域網(wǎng)由集線器作為中心設(shè)備的LAN稱為共享式局域網(wǎng)。交換機與交換式局域網(wǎng)由交換機作為中心設(shè)備的LAN稱為交換式局域網(wǎng)。中國科技網(wǎng)2.1.1交換機概述中國科技網(wǎng)2.交換機的結(jié)構(gòu)與工作過程2.1.1交換機概述2.1.1交換機概述3.交換機的學習過程工作站１向目標主機（工作站3）發(fā)送查詢（目標MAC）地址信息，此時，該信息會首先發(fā)送到本地交換機。交換機在收到查詢信息后，會先將信息幀內(nèi)的源MAC地址記錄在自己的MAC地址表中。然后，交換機再向其他所有端口發(fā)送查詢信息。目標主機接收到該信息后，會通過交換機直接對源地址主機進行響應(yīng)。此時，交換機就將工作站3的MAC地址也記錄在其MAC地址表里。兩臺主機（工作站1和工作站3）進行點對點的連接通信。如果兩臺主機在一定時間內(nèi)未進行通信，交換機將會定時刷新數(shù)據(jù)庫里的地址記錄。2.1.1交換機概述2.1.1交換機概述2.1.2數(shù)據(jù)的交換方式以太網(wǎng)交換機的數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)發(fā)方式可分為以下三類：直接轉(zhuǎn)發(fā)邊接收邊檢測，只要接收并檢測到目的地址字段，就立即將數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)發(fā)出去。存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換先完整地接收數(shù)據(jù)幀，并先進行差錯檢測。如果所接收的數(shù)據(jù)幀是正確的，則根據(jù)數(shù)據(jù)幀目的地址確定輸出端口號，然后再轉(zhuǎn)發(fā)出去。

自由分段交換自由分段在轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)之前，過濾有幀錯誤的沖突分段（長度為64B）。2.1.2數(shù)據(jù)的交換方式2.1.3多層交換技術(shù)1.OSI參考模型與數(shù)據(jù)通信設(shè)備層數(shù)名稱協(xié)議數(shù)據(jù)單元名稱相應(yīng)設(shè)備第七層應(yīng)用層Data第四層交換機第六層表示層Data第五層會話層Data第四層傳輸層Segment第三層網(wǎng)絡(luò)層Paket路由器、三層交換機第二層數(shù)據(jù)鏈路層Frame二層交換機、網(wǎng)橋第一層物理層Bit網(wǎng)卡、網(wǎng)線等2．第二層交換識別數(shù)據(jù)幀的MAC地址，根據(jù)地址進行轉(zhuǎn)發(fā)，并將地址與對應(yīng)的端口記錄在內(nèi)部地址表中。當?shù)诙咏粨Q機從某一端口收到一個數(shù)據(jù)幀后，將立即在其內(nèi)存中的地址表中進行查找，以確認該目的MAC的網(wǎng)卡連接在哪一個端口上，然后將該幀轉(zhuǎn)發(fā)至該端口。如果在地址表中沒有找到該MAC地址，交換機就將數(shù)據(jù)幀廣播到所有端口。擁有該MAC地址的網(wǎng)卡在接收到該廣播幀后，將立即做出應(yīng)答，從而使交換機將其端口的“MAC地址”添加到地址表中。2.1.3多層交換技術(shù)3．第三層交換（1）路由技術(shù)決定最優(yōu)路由和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀。（2）第三層交換的工作過程第三層路由+第二層交換機，“一次路由多次轉(zhuǎn)發(fā)”。（3）第三層交換機種類第三層交換機可以根據(jù)其處理數(shù)據(jù)的不同而分為純硬件和純軟件兩大類。純硬件的第三層技術(shù)相對來說技術(shù)復(fù)雜、成本高，但是速度快、性能好、帶負載能力強?；谲浖牡谌龑咏粨Q機技術(shù)較簡單，但速度較慢，不適合作為主干。2.1.3多層交換技術(shù)3．第三層交換（4）第三層交換的特點有機的硬件結(jié)合使得數(shù)據(jù)交換加速。優(yōu)化的路由軟件使得路由過程效率提高。除了必要的路由決定過程外，大部分數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過程由第三層交換處理。包含各種LAN接口：10/100Mbps、100/1000Mbps等。（5）第三層交換機與路由器的選擇第二層交換機用于小型的局域網(wǎng)；路由器的優(yōu)點在于接口類型豐富，支持的三層功能強大，路由能力強大，適合用于大型的網(wǎng)絡(luò)間的路由；第三層交換機加快大型局域網(wǎng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)的快速轉(zhuǎn)發(fā)。2.1.3多層交換技術(shù)4.第四層交換（1）第四層交換的原理TCP和UDP幀含端口號，它們可以唯一區(qū)分每個數(shù)據(jù)幀包含哪些應(yīng)用協(xié)議。系統(tǒng)利用這種信息來區(qū)分幀中的數(shù)據(jù)，使一個接收端計算機系統(tǒng)能夠確定它所收到的IP幀類型，并把它交給合適的高層軟件。端口號和設(shè)備IP地址的組合通常稱作“插口（socket）”。TCP/UDP端口號提供的信息可為交換機所利用，這是第四層交換的基礎(chǔ)。1和255之間的端口號被保留，它們稱為“熟知”端口。例如，F(xiàn)TP的數(shù)據(jù)端口號為20，控制端口號為21；Telnet的端口號為23；SMTP的端口號為25；HTTP的端口號為80。除了“熟知”端口外，標準服務(wù)分配在256~1024范圍，定制應(yīng)用一般在1024以上分配端口號。2.1.3多層交換技術(shù)4.第四層交換（2）如何選用合適的第四層交換①速度，第四層交換在所有端口以全介質(zhì)速度操作，即使在多個吉比特以太網(wǎng)連接上亦如此。②服務(wù)器容量平衡算法，依據(jù)所希望的容量平衡間隔尺寸，第四層交換機將應(yīng)用分配給服務(wù)器的算法有很多種，有簡單的檢測環(huán)路最近的連接、檢測環(huán)路時延或檢測服務(wù)器本身的閉環(huán)反饋。③表容量，許多第二/三層交換機傾向發(fā)送表的大小與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的數(shù)量成正比。對第四層交換機，這個數(shù)量必須乘以網(wǎng)絡(luò)中使用的不同應(yīng)用協(xié)議和會話的數(shù)量。因而發(fā)送表的大小隨端口設(shè)備和應(yīng)用類型數(shù)量的增長而迅速增長。④冗余，第四層交換機內(nèi)部有支持冗余拓撲結(jié)構(gòu)的功能。在具有雙鏈路的網(wǎng)卡容錯連接時，就可能建立一個從服務(wù)器到網(wǎng)卡、鏈路和服務(wù)器交換器的完全冗余系統(tǒng)。2.1.3多層交換技術(shù)2.2.1交換機的內(nèi)部組成和啟動過程2.2.2交換機連接的實訓2.2交換機的連接與使用中國科技網(wǎng)2.2.1交換機內(nèi)部組成和啟動過程以太網(wǎng)中，交換機起的是信息中轉(zhuǎn)站的作用，它把從某個端口接收到的數(shù)據(jù)從其他端口轉(zhuǎn)發(fā)出去。1．交換機的外觀交換機的外觀是一個盒子形狀的，在交換機上也會帶有不同數(shù)量的端口，用于連接不同數(shù)量的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。如圖為24口帶光纖端口的交換機。2．交換機的內(nèi)部組成CPU，交換機的中央處理器。

RAM/DRAM，即交換機的主存儲器，用來存儲和運行配置。

NVRAM，即非易失性RAM，用來存儲備份配置文件等。

FlashROM，即快閃存儲器，用來存儲系統(tǒng)軟件映像，啟動配置文件等。

ROM，只讀存儲器，用來存儲開機診斷程序、引導程序和操作系統(tǒng)軟件。接口電路，交換機各端口的內(nèi)部電路。2.2.1交換機內(nèi)部組成和啟動過程4．交換機的連接方式（1）交換機的接口標

準

類

型傳輸速率接

口

標

準傳

輸

介

質(zhì)傳輸距離）備

注10BASE-T10RJ-45UTP（非屏蔽雙絞線）10010BASE-F10光纖接口62.5/125MMF（多模光纖）2000100BASE-TX100RJ-45UTP100100BASE-T4100RJ-45UTP（4對芯線）100BASE-FX100光纖接口62.5/125MMF412半雙工62.5/125MMF2000全雙工9/125SMF（單模光纖）100001000BASE-CX1000RJ-45STP（屏蔽雙絞線）251000BASE-T1000RJ-45UTP（4對芯線）1001000BASE-FX-SX（780nm短波）1000光纖接口62.5/125MMF260不同公司的產(chǎn)品實際支持的距離可能不同50/125MMF525-LX（1300nm長波）62.5/125MMF55050/125MMF5509/125SMF3000～100002.2.1交換機內(nèi)部組成和啟動過程4．交換機的連接方式（2）計算機與交換機的連接下表列出了一般情形下計算機和交換機在網(wǎng)絡(luò)中連接的方法。應(yīng)

用

類

別連

接

方

法計算機與計算機連接使用交叉雙絞線計算機與交換機連接使用直通雙絞線交換機與交換機連接使用交叉雙絞線或者直通雙絞線2.2.1交換機內(nèi)部組成和啟動過程4．交換機的連接方式（3）交換機與交換機的連接2.2.1交換機內(nèi)部組成和啟動過程4．交換機的連接方式（3）交換機與交換機的連接為使交換機滿足中大規(guī)模局域網(wǎng)對端口的數(shù)量要求，一般都采用交換機的堆疊方式來解決。要注意的是只有可堆疊交換機才具備這種端口，所謂可堆疊交換機，就是指一個交換機中一般同時具有“UP”和“DOWN”堆疊端口。2.2.1交換機內(nèi)部組成和啟動過程1．實訓目標（1）認識交換機的物理端口；完成交換機與計算機間的連接和測試。（2）掌握交換機級連的連接方法。（3）掌握交換機堆疊的連接方法，理解堆疊與級連的區(qū)別。2．實訓設(shè)備和條件已經(jīng)安裝有Windows操作系統(tǒng)的計算機2臺；交換機2臺；堆疊套件1套；壓線鉗1把；測線器l把；5類非屏蔽雙絞線若干米；水晶頭若干個。3．實訓內(nèi)容和步驟具體實訓內(nèi)容和步驟參見教材P44頁介紹。2.2.2交換機連接的實訓2.3.1配置交換機的途徑2.3.2使用命令行模式配置交換機2.3.3交換機的基本配置2.3.4交換機基本配置的實訓2.3交換機的基本配置中國科技網(wǎng)1．通過配置口交換機的配置口是一串行口，將其與計算機的串口通過專用的配置電纜連接起來，實現(xiàn)對交換機的配置，具體步驟如下。（1）建立配置環(huán)境如圖所示，把安裝Windows操作系統(tǒng)的計算機用配置電纜與交換機的Console口連接起來。2.3.1配置交換機的途徑1．通過配置口（2）在Windows中運行并設(shè)置超級終端①單擊“開始”→“程序”→“附件”→“通訊”，然后單擊“超級終端”，彈出“HyperTerminal”對話框，雙擊“Hypertrm”圖標，彈出如圖所示的對話框。②給連接選取圖標、取名后單擊“確定”按鈕，出現(xiàn)如圖所示的對話框，根據(jù)實際所用的計算機串口號選擇“連接時使用”的端口。2.3.1配置交換機的途徑1．通過配置口③設(shè)置端口參數(shù)為比特率9600bps、8位數(shù)據(jù)位、1位停止位、無校驗和無流控，如圖所示。（3）給交換機上電開啟交換機電源開關(guān)給交換機上電，之后就可以通過超級終端界面對交換機進行一些簡單的配置和管理，如圖所示。輸入正確的口令并回車，即可登錄到交換機，就可以以命令行方式對交換機進行配置和管理了。2.3.1配置交換機的途徑2．通過Telnet（1）配置環(huán)境的建立把計算機與交換機的Ethernet端口（通常是100Mbps端口或1000Mbps端口，該端口稱為管理端口）用RJ-45連接線連接起來。在使用Telnet連接至交換機前，應(yīng)當確認已經(jīng)做好以下準備工作。①在用于管理的計算機中安裝有TCP/IP，并配置好了IP地址信息。②被管理的交換機已經(jīng)配置IP地址。如果尚未配置IP地址，則必須通過Console端口進行設(shè)置。③被管理的交換機建立具有管理權(quán)限的用戶賬號。如果沒有建立用戶賬號，則Cisco交換機默認的管理員賬號為“Admin”。2.3.1配置交換機的途徑2．通過Telnet（2）運行終端仿真程序Telnet在網(wǎng)絡(luò)上任何一臺與之相連的計算機上執(zhí)行“telnetip-address”或“telnethostname”，登錄至交換機并對其進行管理和配置。例如交換機的管理端口的IP地址為82，鍵入telnet82登錄到該交換機，如下圖所示，單擊“確定”按鈕，建立與遠程交換機的連接，如下圖所示。2.3.1配置交換機的途徑3．通過Web或網(wǎng)管軟件（1）配置環(huán)境的建立通過Web在網(wǎng)絡(luò)中對交換機進行遠程管理之前，應(yīng)當確認已經(jīng)做好以下準備工作。①用于管理的計算機中安裝TCP/IP協(xié)議，且在計算機和被管理的交換機上都已經(jīng)配置IP地址，并且交換機和管理計算機在同一IP網(wǎng)段。②被管理的交換機上建立了擁有管理權(quán)限的用戶賬號和密碼。通常是通過Console端口進行用戶賬號和密碼的設(shè)置。③被管理交換機的CiscoIOS支持HTTP服務(wù)，并且已經(jīng)啟用了該服務(wù)。否則，應(yīng)通過Console端口升級CiscoIOS或啟用HTTP服務(wù)。2.3.1配置交換機的途徑3．通過Web或網(wǎng)管軟件（2）運行Web瀏覽器進入交換機管理界面把計算機連接在交換機的一個普通端口上，在計算機上運行IE瀏覽器。在瀏覽器的“地址”欄中鍵入被管理交換機的IP地址（如82）或為其指定的名稱。按“回車”，彈出對話框，鍵入擁有管理權(quán)限的用戶名和密碼，單擊“確定”，即可建立與被管理交換機的連接，在Web瀏覽器中顯示交換機的管理界面。首先看到的是要求輸入用戶賬號和密碼，這時就輸入在上面已設(shè)置好的交換機配置超級用戶賬號和密碼進入系統(tǒng)。2.3.1配置交換機的途徑4．使用TFTP服務(wù)器在進行交換機管理前，先安裝一臺CiscoTFTP服務(wù)器。TFTP服務(wù)器軟件可到Cisco的網(wǎng)站或下載。CiscoIOS系統(tǒng)軟件也可在此網(wǎng)站下載。把軟件映像復(fù)制到該TFTP服務(wù)器根目錄（c:\Programfiles\ciscosystems\ciscotftpserver）下，通過該TFTP服務(wù)器，即可實現(xiàn)對交換機或路由器軟件的升級，以及配置文件的備份與恢復(fù)。2.3.1配置交換機的途徑CiscoIOS內(nèi)置Web瀏覽器和命令行解釋器（CLI）。全部配置管理功能可使用CLI實現(xiàn)。1．CLI命令模式不同的命令需要在不同的命令模式下才能執(zhí)行，Cisco內(nèi)置命令行解釋器常使用的6種命令模式如下。（1）普通用戶（UserEXEC）模式（2）特權(quán)用戶（PrivilegedEXEC）模式（3）全局配置（Globalconfiguration）模式（4）接口配置（Interfaceconfiguration）模式（5）虛擬局域網(wǎng)參數(shù)配置（VLANdatabase）模式（6）線路配置（Lineconfiguration）模式2.3.2使用命令行模式配置交換機1．CLI命令模式模

式訪

問

方

法提

示

符退

出

方

法用

途普通用戶（UserEXEC）模式一個進程的開始>鍵入logout或exit改變終端設(shè)置執(zhí)行基本測試顯示系統(tǒng)信息特權(quán)用戶（PrivilegedEXEC）模式在UserEXEC模式中鍵入enable命令#鍵入disable返回UserEXEC模式，鍵入exit退出校驗鍵入的命令，該模式由密碼保護全局配置（Globalconfiguration）模式在PrivilegedEXEC模式中鍵入configureterminal命令（config）#鍵入exit或end或按下ctrl-z，返回PrivilegedEXEC模式將配置的參數(shù)應(yīng)用于整個交換機接口配置（Interfaceconfiguration）模式在Globalconfiguration模式中，鍵入interface命令（config-if）#鍵入exit返回至Globalconfiguration模式，按下ctrl-z或鍵入end，返回PrivilegedEXEC模式為ethernetinterfaces配置參數(shù)虛擬局域網(wǎng)配置（VLANdatabase）模式在PrivilegedEXEC模式中鍵入vlandatabase命令（vlan）#鍵入exit或end或按下ctrl-z，返回PrivilegedEXEC模式配置VLAN參數(shù)線路配置（Lineconfiguration）模式在Globalconfiguration模式中鍵入linevty命令（config-line）#鍵入exit返回至Globalconfiguration模式按下ctrl-z或鍵入end，返回PrivilegedEXEC模式為terminalline配置參數(shù)2.3.2使用命令行模式配置交換機2．命令模式的使用CLI采用多種命令模式是為了保護系統(tǒng)的安全。命令行采用分級保護方式，防止未經(jīng)授權(quán)非法侵入。所有命令被分組，每組分屬不同命令模式，某個命令模式下只能執(zhí)行所屬的命令。有的命令也可能出現(xiàn)在多個模式下。各命令模式之間可以進行切換。（1）普通用戶模式缺省提示符為“switch>”。（2）特權(quán)用戶模式缺省提示符為“switch#”。（3）全局配置模式在特權(quán)用戶模式下鍵入命令configterminal，即可進入該模式。2.3.2使用命令行模式配置交換機2．命令模式的使用（4）接口配置模式在全局配置模式下鍵入命令interfaceinterface-type，即可進入接口配置模式，其中inter-face-type為具體的端口名稱，如ethernet1。（5）虛擬局域網(wǎng)參數(shù)配置模式在特權(quán)模式下鍵入命令vlandatabase，即可進入虛擬局域網(wǎng)參數(shù)配置模式。（6）線路配置模式在全局配置模式下鍵入命令linevtyfirst-line-numberlast-line-number，即可使用終端仿真程序訪問交換機或路由器設(shè)置參數(shù)。2.3.2使用命令行模式配置交換機3．模式之間的切換（1）用戶模式與特權(quán)模式的轉(zhuǎn)換switch>enable //由用戶模式進入特權(quán)模式password:student//提示輸入特權(quán)用戶的密碼switch#disable //由特權(quán)模式返回到用戶模式2.3.2使用命令行模式配置交換機3．模式之間的切換（2）其他模式間的轉(zhuǎn)換switch>switch>enableswitch#switch#configureterminalswitch（config）#switch（config）#lineconsole0switch（config-line）#switch（config-line）#exitsswitch（config）#switch（config）#interfacef0/1switch（config-if）#switch（config-if）#ctrl+zswitch#2.3.2使用命令行模式配置交換機1．配置主機名與口令switch>enableswitch#switch#configureterminalswitch(config)#hostnamecatalystcatalyst（config）#enablepasswordasD#1pcatalyst（config）#enablesecretsji98A2．配置端口IP地址和終端線路的Telnet進程管理配置端口IP地址，主要是方便使用此端口對交換機進行管理，該端口稱為管理端口。通常是把快速以太網(wǎng)端口（用f后跟數(shù)字編號表示，如f1表示第1個快速以太網(wǎng)端口，0/1表示第一個模塊<0號模塊>上的第一個快速以太網(wǎng)口）作為管理端口。通過終端線路的Telnet進程管理配置，可設(shè)定對交換機的登錄權(quán)限，增強交換機的安全性。2.3.3交換機的基本配置2．配置端口IP地址和終端線路的Telnet進程管理（1）配置端口IP地址①進入Interfaceconfiguration模式。例如需要配置f0/1端口，則：switch(config)#interfacef0/1switch(config-if)#②為該FastEthernet端口鍵入IP地址和子網(wǎng)掩碼。使用命令ipaddress，后跟IP地址和子網(wǎng)掩碼，如

。switch(config-if)#ipaddress③啟用該端口配置。switch(config-if)#noshutdown④返回至Globalconfiguration模式。switch(config-if)#exitswitch(config)#2.3.3交換機的基本配置（2）配置終端線路管理在全局配置模式下使用命令line{vty|con}nmber進行配置，其中vty為Catylst2900系列以上交換機配置虛擬終端，con為Catlyst1900系列配置Console口。例如，配置用戶可用Telnet登錄路由器（使用0～15號line）。①最多可以允許16個用戶用Telnet登錄。switch(config)#linevty015switch(config-line)#②為進入Telnet進程設(shè)置口令。switch(config-line)#passwordpassword③返回至PrivilegedEXEC模式。switch(config-line)#endswitch#④將配置保存到NVRAN。switch#copyrunning-configstartup-config⑤將配置保存到TFTP服務(wù)器。switch#copyrunning-configTFTP2.3.3交換機的基本配置3．保存與擦除配置交換機的更新配置能夠立即生效，不必重啟系統(tǒng)。但此時該配置只是駐留在主內(nèi)存中，斷電后，更改的配置將不能保存。若要保存新配置，則必須將其從主內(nèi)存copy至NVRAM或FlashROM中。下次啟動時，配置文件則從NVROM調(diào)入主內(nèi)存，控制交換機逐行執(zhí)行配置文件的命令。（1）將配置保存到NVRANswitch#copyrunning-configstartup-config（2）將配置保存到TFTP服務(wù)器switch#copyrunning-configTFTPrunning-configstartup-config這樣的命令。switch#erasestartup-config1900switch#deletenvram2.3.3交換機的基本配置4.設(shè)置交換機的工作模式（1）指定交換機交換方式Catalyst1900系列交換機用switching-mode命令設(shè)置工作在存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式還是自由分段方式：C1912(config)#switching-mode?fragment–free

Fragment–Freemodestore=and=forwardStore=and=Forwardmode（2）指定端口的速率Catalyst2900系列交換機用spee