交換機工作原理與交換機基本配置學習目標：1.理解交換機的工作原理2.掌握設備命名的方法3.掌握VLAN劃分方法4.實現VLAN之間的通信5.了解實現端口安全的方法沖突和廣播1、沖突及沖突域

在網絡中所有節點在任何需要的時候都可以發送數據，而共享式以太網卻努力確保任一時刻只有一個節點發送數據。但是，兩個節點卻有可能同時發送數據，例如圖中的節點A和節點C。BAC沖突（collision）

沖突是傳統以太網中的一種現象。如果2臺或者多臺設備試圖同時發送數據，那么就會發生沖突。一個網絡中沖突太多的時候，會導致緩慢的網絡響應時間，表示網絡變得過于擁塞沖突域

構成沖突的所有節點組成的區域就是沖突域。即一個支持共享介質的網段。集線器不能隔離沖突域，因此集線器所有的端口同在一個沖突域。交換機能隔離沖突域，交換機每個端口一個沖突域。2、廣播及廣播域

LAN上的所有節點都應該接收和處理送往廣播地址的幀，發往廣播地址的幀將發送到LAN上的所有節點。BACFFFF.FFFF.FFFFDATA目標MAC地址廣播幀廣播（Broadcast）在網絡傳輸中，向所有連通的節點發送消息稱為廣播。廣播域廣播幀傳輸的網絡范圍稱廣播域，即網絡中能接收任何節點發出的廣播報文的所有節點的集合。交換機不能隔離廣播域，因此，一個網絡中的交換機的所有端口在同一廣播域。路由器能隔離廣播域，因此，一個路由器的不同端口處于不同的廣播域交換式局域網以交換機（switch）構建的星形網絡Switch基于MAC地址轉發/過濾利用CSMA/CD機制來避免沖突利用緩存機制來解決端口沖突支持全雙工例如，圖中顯示了交換機內數據的流動情況。假定節點1向節點4發送數據，節點2和節點3并不知道上述數據的傳輸，因為這些數據并沒有傳到這兩個端口上。交換機的分段給網絡上每個用戶提供了專用帶寬，每個用戶即刻接入到全部帶寬，且不必和其他用戶競爭可用帶寬。交換機功能功能優點支持多數據流同時通過能同時傳輸更多的業務，從而增加任一指定時間段內業務流量。支持虛擬局域網(VLAN)VLAN增加了網絡的靈活性，并取消了節點物理位置發生變化帶來的開銷。能升級到其他高性能交換式網絡交換機能接入骨干網，也能升級到這些更快的技術管理特性交換機能夠阻止小于64字節的幀及其他壞幀進入網絡。交換機還能提供每個端口活動情況的詳細信息。能夠從交換機獲取的信息包括流入流出特定端口的業務流量，以及超出警戒閾限的次數等。安全特性因為數據目的地址為一個特定端口而不是整個交換機，所以僅通過插進一個端口就想在交換機上“竊聽”是不可能的。交換機幀處理過程交換機對幀處理的5個過程包括：學習（learning）、泛洪（flooding）、轉發（forwarding）、過濾（filtering）、老化（aging）學習交換機的學習指的是地址學習過程。交換機會記錄發送源的源MAC地址和源端口，這個過程就是學習過程。交換機只學習單播源地址。假設工作站A欲傳輸單播幀到工作站D，交換機從端口E0收到這個幀并查看幀的源MAC地址，然后把這個地址和對應端口E0放進MAC地址表中。泛洪當工作站A發送幀給D的時候，交換機會查看幀的目標MAC地址并看其MAC地址表里有沒有該條目，但是此時交換機只有A的MAC地址，并沒有目標D的MAC地址，即此時交換機收到的是未知單播幀，交換機將把未知單播幀從它的所有端口（除了源端口外）發送，這個過程就叫泛洪。除了泛洪未知單播幀，交換機還會泛洪另外兩種類型的幀：廣播幀和組播幀。轉發或過濾如果到達交換機的幀目標地址是已知的，交換機則只會將幀轉發給連接目標工作站的特定端口，而不是轉發給所有端口。即對該特定端口為轉發，其他端口稱為過濾。如：工作站A將幀送往工作站B的過程如下：①將發送幀的目標MAC地址0260.8c01.2222與MAC表中的表項進行比較；②查到該地址可通過E1端口到達,將幀轉發到該端口；③交換機不會再將幀轉發到E2、E3端口，即過濾(framefiltering)以節省鏈路帶寬。老化（或稱計時）當交換機學習到某個源MAC地址之后，它會給這個條目打上時間戳。每當交換機收到來自這個源MAC地址的幀之后，這個時間戳會被更新。當老化計時器(agingtimer)超時之后還沒有收到來自該源MAC地址的幀，那么這個條目就會從橋接地址表里移除。老化計時器的默認時間為5分鐘，可以人工對其進行修改。

交換機結構1、交換機的組成部件

交換機實際上就是一臺特殊用途的計算機，它的內部也有CPU、內存和主板，只不過這些部件是專門為數據交換而設計的。我們通常所說的交換機的背板帶寬有點類似于電腦主板上的總線，是交換機接口處理器（或接口卡）和數據總線間所能吞吐的最大數據量。一臺交換機的背板帶寬越高，處理數據的能力就越強，同時價格也越高。交換機除了和我們熟知的傳統的PC機有類似的體系結構外，它還和PC機一樣擁有相應的操作系統。2、交換機的組成部件以Cisco交換機為例來了解交換機結構。Cisco交換機是由CPU、RAM、NVRAM、FLASH、ROM和一些相應的接口通過內部總線相連而構成。CPU（中央處理器）相當于PC的CPU，是交換機的大腦，負責整個系統的計算和控制。ROM（只讀存儲器）相當于PC的BIOS（基本輸入輸出系統），存放引導程序和IOS的一個最小子集。它是只讀存儲器，系統掉電程序不會丟失。Flash（閃存）相當于PC的硬盤，它包含操作系統（IOS）和其他偽代碼。它是一種可擦寫、可編程的存儲器，系統掉電程序不會丟失。NVRAM（NonvolatileRAM,非易失性隨機存取存儲器）相當于PC的第二塊硬盤，專門存放交換機的配置文件。系統掉電程序不會丟失。RAM/DRAM（隨機存儲器/動態存儲器）相當于PC的內存，是交換機主要的存儲部件，RAM也叫做工作存儲器，它包含動態的配置信息。系統掉電RAM的內容會丟失。Interfaces（接口/端口）相當于PC的網卡，接口（Interface）是數據分組進出交換機的網絡連接。交換機的啟動過程交換機啟動時首先對系統各部分的硬件進行檢測，然后檢查啟動配置文件，根據配置文件指定的引導路徑去尋找操作系統，最后從NVRAM中將配置文件加載到RAM，如果沒有配置就進入系統的初始配置狀態。CiscoIOS基礎1、CiscoIOS軟件的目的

與計算機一樣路由器或交換機需要操作系統才能正常工作。Cisco將自己的操作系統稱為Cisco互連網絡操作系統，或者CiscoIOS軟件。它內置于Cisco路由器和Catalyst交換機上。CiscoIOS提供了下列服務：基本的路由選擇和交換功能對聯網資源可靠和安全的訪問網絡的可擴展性2、Cisco設備用戶界面CiscoIOS軟件使用命令行界面（CLI）作為自己傳統的控制臺環境。CiscoIOS是一項核心技術，它跨越大多數Cisco產品線，不同設備中CiscoIOS軟件的運行細節也有所區別。CLI環境常用下列方式訪問：通過控制臺會話

—使用低速串行連接，從PC機直接到設備的控制臺端口通過telnet作為虛擬終端連接到設備3、Cisco各種用戶界面模式CiscoCLI使用了一種分級的結構。這種結構要求進入不同的模式以完成各種特定的任務。

CiscoIOS軟件提供了一種稱為命令執行者（commandexecutive,EXEC）的命令解釋器服務，每個命令輸入后，EXEC都會驗證并執行該命令。

CiscoIOS軟件將EXEC會話分成了兩個訪問級別：用戶EXEC模式（使用提示符“>”）

—只查看模式，不允許對配置進行修改特權EXEC模式（使用提示符“#”）—所有要進行的配置都從特權模式進入enable4、CiscoIOS命令狀態

（1）幫助命令“？”

字詞幫助：緊跟命令字符的后面輸入？，系統將顯示以

輸入字符開始的一系列命令。命令行格式幫助：當你對要輸入的關鍵詞或參數沒有把

握時，可以用？來代替，記住在？的前面需要插入空格，

網絡設備就會顯示一系列可選的命令選項。在鍵入命令過程中可以使用“Tab”鍵幫助鍵入未輸入完的

命令。5、CiscoIOS常用命令

（2）改變狀態命令任

務命

令進入特權命令狀態enable退出特權命令狀態disable或exit進入設置對話狀態setup進入全局設置狀態configterminal退出全局設置狀態end進入端口設置狀態interfacetypeslot/number進入線路設置狀態linetypeslot/number退出局部設置狀態exit

（3）顯示命令任

務命

令查看版本及引導信息showversion查看運行設置showrunning-config查看開機設置（備份配置）showstartup-config顯示端口信息showinterfacetypeslot/number顯示路由信息showiprouter顯示閃存設備信息showflash顯示已經配置的協議信息showprotocols任

務命

令查看版本及引導信息showversion查看運行設置showrunning-config查看開機設置（備份配置）showstartup-config顯示端口信息showinterfacetypeslot/number顯示路由信息showiprouter顯示閃存設備信息showflash顯示已經配置的協議信息showprotocols

（4）IOS文件管理命令任

務命

令手工配置路由器或交換機configterminal保存配置文件到NVRAMcopyrunstart將配置文件從NVRAM調入內存copystartrun保存配置文件到tftp服務器copyruntftp將配置文件從tftp調入內存copytftprun保存NVRAM的配置文件到tftp服務器copystarttftp將配置文件從tftp服務器拷貝到NVRAMcopytftpstart將配置文件從tftp服務器拷貝到flash中

copytftpflash將配置文件從flash拷貝到tftp服務器中copyflashtftp刪除配置文件erasestartRAMNVRAMconfigterminal控制臺或終端TFTP服務器copyrunstartcopystartruncopyruntftpcopytftpruncopytftpstartcopystarttftpFLASHcopytftpflashcopyflashtftperasestart垃圾桶IOS文件管理示意圖：交換機的配置方式控制臺：Console口接終端或運行終端仿真軟件（如超級終端）的PC機Telnet:可以通過Telnet配置TFTP：可以通過TFTP服務器下載配置信息SNMP：可以通過一個運行網管軟件的工作站來管理配置除了以上介紹的幾種方法外，有些交換機還支持通過Web方式進行配置TelnetTFTPSNMPConsole口接口計算機Console端口RJ-45COM端口DB-9RJ-45~DB-9連接電纜第一次配置必須通過Console端口進行，只有當通過Console端口對交換機進行了相應的配置后，我們才可以通過其他的幾種方式對它進行配置和管理。交換機基礎配置1）設主機名和密碼

hostnameswitch

enablepasswordcisco(注：使用showrun可查看到該密碼)

ORenablesecrethngy(注：使用showrun查看不到該密碼)若設置了enable密碼后，交換機要求用戶輸入完enable命令后，在密碼提示符后輸入使能（enable）密碼來訪問特權模式，所以特權模式也叫做使能模式。

enablesecret密碼是非常安全的，因為它使用“MD5”加密，而enablepassword很容易破解。若同時配置了enablepassword和enablesecret，則交換機要求輸入enablesecret命令所定義的密碼，交換機將不接收enablepassword命令所定義的密碼。User

模式特權

模式使用模式

使能口令VTY

口令IP

網絡控制臺控制臺口令線路配

置模式IOS對于控制臺及Telnet的配置使用術語線路（line）。所以，控制臺、Telnet口令要使用線路配置模式進行配置。一旦進入到各自的線路配置模式，就需要配置兩個命令：

password

text命令定義了在交換機詢問口令時必須要輸入的字符串；

login命令告訴IOS口令是必須的。2）設置Console口、Telnet登錄參數

linecon0

passwordcisco

login

linevty04

passwordcisco

login交換機端口配置1、進入端口

switch#

confterminal

switch(config)#int

f0/1

(指定一個端口)

switch(config)#

intrange

f0/2-5

(指定連續的一組端口)

switch(config)#

intrange

f0/6,f0/9

(指定不連接的端口)

激活端口

switch(config-if)#noshutdown2、配置二層端口交換機端口默認都是二層端口，在支持三層交換的交換機上，我們可以將每一個端口都配置成路由端口（在進入端口配置狀態下，輸入“noswitchport”命令），如果一個端口已經配置為三層端口，我們可以在其端口狀態下，輸入“switchport”命令使其恢復為交換端口。示例：（若SW3550中F0/2口已配成三層端口，現要恢復為二層端口）

sw3550#configterminal

sw3550(config)#intf0/2

switch(config-if)#switchport

2）配置端口描述

switch(config)#intf0/6

switch(config-if)#descriptionlinktovlan2

switch(config)#intf0/7

switch(config-if)#descriptionlinktosw3560f0/24

1）配置端口速率及雙工模式

switch(config)#intf0/1

(配置一個端口)

或switch(config)#intrangef0/2-5

(配置一組端口)

switch(config-if)#speed100

switch(config-if)#duplexfullfull：全雙工

half：半雙工

auto：自動3、配置三層端口在交換機上所說的三層端口，往往指的是VLAN的虛擬接口或三層交換中使用了“noswitchport”命令后的普通物理端口。

1）配置三層交換機端口IP地址示例：

sw3560(config)#

int

f0/1

sw3560(config-if)#ipadd

sw3560(config-if)#noshut

2）配置二層交換機VLAN地址示例：

sw2950(config)#

int

vlan2

sw2950(config-if)#ipadd

sw2950(config-if)#noshut

switch(config)#interface

f0/1

switch(config-if)#switchportmodeaccess

switch(config-if)#switchportport-security

switch(config-if)#switchportport-securitymac-address5、端口安全配置showinterface[interface-id]showinterface[interface-id]statusshowinterface[interface-id]switchportshowinterface[interface-id]descriptionshowipinterface[interface-id]showipinterface[interface-id]briefshowrunning-configinterface[interface-id]4、監控及維護端口交換機基本管理2)保存配置

現做的配置都記入在RAM中(running-config文件)若需要保存所作的配置，需寫入啟動配置文件(startup-config文件)中：

switch#copyrunstart1)為交換機管理配置地址

默認情況下所有端口都在VLAN1下，對VLAN1設置一個IP地址以方便管理

switch#conft

switch(config)#interfacevlan1

switch(config-if)#ipadd54

1、虛擬局域網（VLAN）的概念VLAN是一種邏輯上的局域網，它可以不考慮用戶的物理位置而根據功能、應用等因素將用戶邏輯上劃分為一個個功能相對獨立的虛擬網絡，每個用戶主機都連接在一個支持VLAN的交換機端口上并屬于一個VLAN。同一個VLAN中的成員都共享廣播，而不同VLAN之間的廣播信息是相互隔離的。這樣，就將整個網絡分割成多個不同的廣播域。每一個VLAN均可看成是一個邏輯網絡，發往另一個VLAN的數據包必須由路由器或具有路由功能的交換機轉發。虛擬局域網VLAN及配置Switch劃分VLAN后分割成兩個廣播域財務室VLAN開發部VLAN劃分VLANVLAN的物理結構與邏輯結構一個VLAN就是一個廣播域，包含了一組連接具有相同屬性且物理位置無關的接口一個VLAN對應一個IP子網段VLAN內部的單播、組播、廣播數據只在VLAN內部傳輸實現VLAN間通信必須借助于路由器(或具有三層交換功能的交換機）VLAN的優點隔離廣播域減少網絡管理開銷；增強網絡的安全性；實現組網的靈活性。VLAN在交換機上的實現方法，適用于局域網的主要有三類:2、VLAN的劃分方法

1）基于端口劃分的VLAN這是最常應用的一種VLAN劃分方法，應用也最為廣泛、最有效，目前絕大多數VLAN協議的交換機都提供這種VLAN配置方法。2）基于MAC地址劃分VLAN

即對每個MAC地址的主機都配置屬于哪個VLAN，VLAN交換機跟蹤屬于VLANMAC的地址。3）基于網絡層IP地址劃分VLAN

這對于希望針對具體應用和服務來組織用戶的網絡管理員來說是非常具有吸引力的。而且，用戶可以在網絡內部自由移動，但其VLAN成員身份仍然保留不變。1）VLAN范圍

VLAN的范圍為1~4096。Vlan1是基本VLAN，所有未被劃分的接口都屬于Vlan1。Vlan0、Vlan4095：保留Vlan1：基本VLANVlan2~~1001：用于以太網Vlan1002：FDDI-DefaultVlan1003：Token-Ring-DefaultVlan1004：FDDInet-DefaultVlan1005：TRnet-defaultVlan1024~~4094：用于擴展的以太網ISL封裝只支持到1005；802.1Q支持全部3、VLAN的配置2）創建VLAN

方法一：特權模式下進入VLAN數據庫模式

switch#vlandatabase

switch(vlan)#vlan2

namezw

switch(vlan)#vlan3

方法二：全局模式下

switch#configt

switch(config)#vlan4

switch(config)#

name

v4

3、VLAN的配置3）刪除VLAN

方法一：VLAN數據庫模式下

switch#vlandatabase

switch(vlan)#novlan2

方法二：全局模式下

switch#configt

switch(config)#novlan43、VLAN的配置4）與接口的綁定

（若沒有綁定接口，接口默認都在VLAN1下）

switch(config)#intf0/2

switch(config-if)#switchportmodeaccess

switch(config-if)#switchportaccessvlan2

或switch(config-if)#intrangef0/3-8

switch(config-if)#switchportmodeaccess

switch(config-if)#switchportaccessvlan35）顯示VLAN

顯示整個VLAN信息:

switch#showvlan

顯示某個VLAN信息:

switch#showvlanbrief

查看端口的詳細信息和所屬的VLAN信息:

switch#showintf0/2switchport

3、VLAN的配置交換機的端口，可以分為以下兩種：訪問鏈接（AccessLink）指的是“只屬于一個VLAN，且僅向該VLAN轉發數據幀”的端口。在大多數情況下，訪問鏈接所連的是客戶機。匯聚鏈接（TrunkLink）交換機之間要傳遞VLAN信息時，所鏈接的端口要設置成指“Trunk”模式。

VLAN中繼協議及配置中繼(Trunk)主要用來傳遞多個VLAN的信息1、中繼(Trunk)的概念中繼（Trunk）獨立于VLAN，能夠連接不同的VLAN，能夠跨越多個交換機的相同VLAN。網絡設備間的級連采用Trunk方式，級連端口不屬于任何設備，即該端口所建立的網絡設備間的級連鏈路是所有VLAN進行通信的公用通道。當在由多個交換機互聯的網絡中使用VLAN時，需要在交換機之間使用VLAN中繼。使用VLAN中繼時，交換機標記發往中繼線的每個幀，以便接收幀的交換機知道幀屬于哪個VLAN。1）ISL(Inter-SwitchLink):Cisco私有封裝，支持1024個Vlan

2）802.1q:國際標準封裝，可支持4096個Vlan

ISL頭部

（26字節）以太網幀

(1518字節)CRC

(4字節)DMACSMACTag類型DataFCS4字節，VlanID字段2、Trunk的封裝中繼是連網技術中的重要組成部分，Cisco交換機支持兩種不同的中繼協議----ISL和IEEE802.1Q。

（Cisco的1900只支持ISL，2950只支持802.1q，2970及以上兩種都支持）

int

f0/24switchporttrunkencapsulation

{ISL/802.1q}switchportmodetrunk

showinttrunk3、Trunk的配置VTP是一種通過Trunk來進行VLAN管理的協議，屬于Client/Server方式。首先，VTP包含域的概念，只有處在同一個域內的交換機才構成一個管理體系。其次，對于整個域內VLAN的添加和刪除都是在服務器端完成的。修改的結果通過Trunk發給客戶端，客戶端的VLAN數據庫也會發生相應的變化。4、VLAN中繼協議VTP(Vlantrunkprotocol)1）VTP作用

通過VTP協議來動態管理Vlan，同步VTP域中Vlan的信息2）VTP相關概念

VTP協議的參數：VTP版本VTP配置修訂號VTP域名VTP修剪VTP密碼VLAN信息要一致修訂號高的同步配置低的要相同Vlan號、Vlan名可進行VTP修剪Pruning3）VTP的工作模式：Server服務器模式Client客戶機模式Transparent透明模式可在本地創建、刪除、修改vlan可以產生、發送、接收、處理VTP信息可以保存vlan信息不能創建、刪除、修改vlan可以發送、接收、處理VTP信息只接收轉發，不處理、不產生VTP信息可在本地創建、刪除、修改vlanVTP配置修訂號始終為04）VTP的同步原則：VTP域名不能為空VTP域名必須一致配置修訂號高的同步配置修訂號低的只同步Vlan信息，不同步Vlan與接口綁定信息只在trunk傳輸VTP信息5）VTP的配置：配VTP域名：switch(config)#vtpdomain

hngy設VTP模式：switch(config)#vtpmode

{server/client/transparent}查看VTP狀態：switch#showvtpstatus6）VTP的修剪（Pruning）：switch(config)#vtppruningVTP修剪是在trunk鏈路上自動修剪vlan流量的制度。VTP修剪阻止掉廣播和未知目標單播流向在vlan中沒有任何端口的交換機。VTP修剪是使用VTP最重要的兩個原因之一，另一個原因是使vlan配置更容易、更靈活。VLAN間路由VLAN在第2層執行網絡分區和通信量分離。所以，如果沒有具有路由功能的第3層設備，VLAN間就不能通信，因為網絡層（第3層）設備負責在多個廣播域間通信。要在VLAN間提供路由選擇必須具有3個條件：1）一個具有VLAN能力的交換機2）一個路由器或具有路由功能的交換機3）在交換機和路由器之間配置特定的連接方式

V2V3VLAN間路由發展過程:早期每個VLAN接到路由器的端口上，通過路由器進行轉發。中期路由器支持Trunk鏈路后，采用Trunk和子接口的模式，實現單臂路由。后期交換機中整合了路由功能，可直接通過帶路由功能的交換機進行VLAN間路由。1、三層及以上交換機VLAN間路由配置：步驟說明命令第一步進入各個VLANinterfacevlanvlan-id第二步配置各VLAN的IP地址及掩碼ipaddressip-addresssubnet第三步激活各VLANnoshutdown第四步啟動交換機的IP路由功能iprouting第五步查看路由配置showiproute2、單臂路由器進行VLAN間路由配置：園區網典型布署1）交換機基礎性配置2）設置VTPDOMAIN、VTPMODE3）配置中繼（中心、分支交換機上都設置）4）創建VLAN（在VTPServer上設置）5）將交換機端口劃入VLAN6）配置VLAN間路由1、布署方案2、案例拓樸F0/23F0/24trunktrunk1樓2950-12樓2950-2大樓交換機3560F0/1-5F0/24F0/24F0/6-10F0/1-5F0/6-10Vlan10Vlan20Vlan10Vlan203、命名及VLAN和IP地址分配部門Vlan名VlanID網關地址網段地址財務部finance1054/24技術部techniqy2054/24大樓交換機1樓交換機2樓交換機命名SW_3560SW_2950_fl1SW_2950_fl2VTPdomainCiscoCiscociscoVTPmodeServerClientclient二、配置實現1）交換機基礎性配置SW3560：switch#configtswitch(config)#hostnamesw_3560SW2950-1：switch#configtswitch(config)#hostnamesw_2950_fl1SW2950-2：switch#configt