项目七交换机基本配置与管理 PPT课件

项目七、交换机基本配置与管理,教学目标：为了减小冲突域和提高网络性能，交换机已经替代集线器成为局域网中的最主要设备。为了发挥交换机的优点，需要了解交换机和对交换机进行基本配置，具体来将主要包括以下几方面的知识：（1）共享式以太网的概念；（2）交换式以太网的概念；（3）交换机的工作原理；（4）交换机数据转发方式；（5）交换机通信过滤；（6）二层和三层交换；（7）局域网交换机的种类；（8）交换机的性能指标；（9）Catalyst系列交换机的IOS；,1,(10）交换机的配置方式；（11）交换机的初始配置；（12）交换机的配置模式；（13）交换机口令的配置；（14）交换机端口的配置；（15）交换机IOS的升级；（16）交换机配置文件的备份。为了学习以上知识，下面是通过工作任务的方式来完成。,2,任务13：交换机基本配置与管理,13.1工作任务你受聘于一家公司网络中心做网络管理员，随着网络应用的逐步深入，公司陆续添置计算机和可管理的网络设备，现需要对新进的交换机进行配置和管理。13.2相关知识为了对新进的交换机的进行配置，作为网络工程师，需要了解本工作任务所涉及的以下几方面知识：共享式以太网；交换的概念；交换机的工作原理；交换机的配置方式；交换机的基本配置。,3,13.2.1共享式以太网,共享式以太网（即使用集线器或共用一条总线的以太网）采用了载波检测多路侦听（CarriesSenseMultipleAccesswithCollisionDetection，简称CSMA/CD）机制来进行传输控制。共享式以太网的典型代表是使用10Base2、10Base5的总线型网络和以集线器为核心的10Base-T星型网络。图13.1集线器直接连接Hub集线器也就是常说的Hub，是一个物理层设备。集线器是一种共享的网络设备，即每个时刻只能有一个端口在发送数据。如图13.1和图13.2所示。当网络中结点过多时，冲突将会很频繁，利用Hub连网并不适合，这也限制了以太网的可扩展性。下节要介绍的交换机采用将冲突区域分割的方法解决了这个问题。,4,图13.1集线器直接连接,5,13.2.2交换式以太网,1.交换的提出通常，解决共享式以太网存在的问题就是利用“分段”的方法。所谓分段就是将一个大型的以太网分割成两个或多个小型的以太网，每个段（分割后的每个小以太网）使用CSMA/CD介质访问控制方法维持段内用户的通信。图13.2多级集线器连接交换设备有多种类型，局域网交换机、路由器等都可以作为交换设备。交换机工作在OSI模型的数据链路层，用于连接较为相似的网络（如以太网和以太网）；而路由器工作在OSI模型的网络层，用于实现异构网络的互联（如以太网和帧中继）。,6,图13.2多级集线器连接,7,2.交换式以太网的概念,交换式以太网是指以数据链路层的帧为数据交换单位，以以太网交换机为基础构成的网络。交换式以太网允许多对结点同时通信，每个结点可以独占传输通道和带宽。它从根本上解决了共享以太网所带来的问题。,8,3.冲突域与广播域,使用同轴电缆以总线结构或用共享式集线器以星型结构构建的以太网，其上的所有结点同处于一个共同的冲突域；一个冲突域内不同设备同时发出数据帧就会产生冲突，导致发送失败。广播域是指广播帧能够达到的范围。多个级联在一起的集线器上的所有设备构成了同一个冲突域，同时也构成了一个广播域，此时冲突域与广播域是相同的。路由器是三层设备，不传播任何广播流量。路由器能够同时分割冲突域和广播域。,9,4.交换机的工作原理,以太网交换机（以下简称交换机）是工作在OSI参考模型数据链路层的设备，外表和集线器相似。它通过判断数据帧的目的MAC地址，从而将帧从合适的端口发送出去。（1）交换机数据帧的转发交换机根据数据帧的MAC（MediaAccessControl）地址（即物理地址）进行数据帧的转发操作。交换机转发数据帧时，遵循以下规则：,10,下面，以图13.3为例来看看具体的数据帧交换过程。,如果数据帧的目的MAC地址是广播地址或者组播地址，则向交换机所有端口转发（除数据帧来的端口）。如果数据帧的目的地址是单播地址，但是这个地址并不在交换机的MAC地址表中，那么也会向所有的端口转发（除数据帧来的端口）。图13.3数据帧交换过程如果数据帧的目的地址在交换机的MAC地址表中，那么就根据MAC地址表转发到相应的端口。如果数据帧的目的地址与数据帧的源地址在一个网段上，它就会丢弃这个数据帧，交换也就不会发生。,11,图13.3数据帧交换过程,12,从以上的交换操作过程中，可以看到数据帧的转发都是基于交换机内的MAC地址表，但是这个MAC地址表是如何建立和维护的呢？下面我们就来介绍这个问题。（2）交换机地址管理机制交换机的MAC地址表中，一条表项主要由一个主机MAC地址和该地址所位于的交换机端口号组成。当然，在存放MAC地址表项之前，交换机首先应该查找MAC地址表中是否已经存在该源地址的匹配表项，仅当匹配表项不存在时才能存储该表项。,13,当主机D发送广播帧时，交换机从E3端口接收到目的地址为ffff.ffff.ffff的数据帧，则向E0、E1、E2和E4端口转发该数据帧。当主机D与E主机通信时，交换机从E3端口接收到目的地址为0260.8c01.5555的数据帧，查找MAC地址表后发现0260.8c01.5555并不在表中，因此交换机仍然向E0、E1、E2和E4端口转发该数据帧。当主机D与主机F通信时，交换机从E3端口接收到目的地址为0260.8c01.6666的数据帧，查找MAC地址表后发现0260.8c01.6666也位于E3端口，即与源地址处于同一个网段，所以交换机不会转发该数据帧，而是直接丢弃。当主机D与主机A通信时，交换机从E3端口接收到目的地址为0260.8c01.1111的数据帧，查找MAC地址表后发现0260.8c01.1111位于E0端口，所以交换机将数据帧转发至E0端口，这样主机A即可收到该数据帧。如果在主机D与主机A通信的同时，主机B也正在向主机C发送数据，交换机同样会把主机B发送的数据帧转发到连接主机C的E2端口。,14,以图13.4所示为例，来说明交换机的地址学习过程,地址表项每次被使用或者被查找时，表项的时间标记就会被更新。如果在一定的时间范围内地址表项仍然没有被引用，它就会从地址表中被移走。因此，MAC地址表中所维护的一直是最有效和最精确的MAC地址/端口信息。最初交换机MAC地址表为空。如果有数据需要转发，如主机PC1发送数据帧给主机PC3，此时，在MAC地址表中没有记录，交换机将向除向E0/1以外的其它所有端口转发，在转发数据帧之前，它首先检查这个帧的源MAC地址（M1），并记录与之对应的端口（E0/1），于是交换机生成（M1，E0/1）这样一条记录，并加入到MAC地址表内。,15,16,交换机是通过识别数据帧的源MAC地址学习到MAC地址和端口的对应关系的。当得到MAC地址与端口的对应关系后，交换机将检查MAC地址表中是否已经存在该对应关系。循环上一步，MAC地址表不断加入新的MAC地址与端口对应信息。直到MAC地址表记录完成为止。交换机的MAC地址表也可以手工静态配置，静态配置的记录不会被老化。,17,（3）交换机数据转发方式,以太网交换机的数据交换与转发方式可以分为直接交换、存储转发交换和改进的直接交换3类。直接交换：在直接交换方式下，交换机边接收边检测。一旦检测到目的地址字段，便将数据帧传送到相应的端口上，而不管这一数据是否出错，出错检测任务由结点主机完成。存储转发交换：在存储转发方式中，交换机首先要完整地接收站点发送的数据，并对数据进行差错检测。改进的直接交换：改进的直接交换方式是将直接交换与存储转发交换结合起来，