计算机四级网络工程师 第6章交换机的原理与配置

第6章交换机的原理和配置，本章的重点：6.1交换机的基本概念6.2交换表6.3交换机的交换结构6.4交换机的交换模式6.5交换机的配置6.1交换机的基本概念6.1.1交换机的功能交换机的主要功能包括物理寻址、网络拓扑、错误检查、帧序列和流量控制。它可以“学习”MAC地址并将其存储在内部MAC地址表中。通过在数据帧的发起者和目标接收者之间建立临时交换路径，数据帧可以直接从源地址到达目的地址。该交换机有一个反向总线和一个内部交换矩阵。该后端总线的带宽非常高，交换机的所有端口都连接到该后端总线。接收到数据包后，处理端口将在内存中查找地址查找表，以确定目的MAC地址的网卡连接到哪个端口，然后通过内部交换矩阵将数据包快速传输到目的端口。如果目标媒体访问控制地址不存在，它将被广播到所有端口。收到端口的响应后，交换机“学习”新地址，并将其添加到内部MAC地址表中。使用交换机通过媒体访问控制地址表，只允许必要的网络数据通过。这有效地“分割”了网络。通过交换机的这种过滤和转发方法，有效地隔离了广播风暴，减少了错误分组的发生。6.1.3开关分类，1。根据OSI参考模型的分层分类可分为第2层交换机、第3层交换机和第2层多层交换机。根据交换机的架构分类，可分为单交换机、堆叠交换机和模块化交换机3种。根据局域网标准分类，支持的交换机分为以太网交换机、FDDI交换机、ATM交换机和令牌环网交换机，图6-1单交换机。图6-2堆叠交换机，图6-3模块化交换机，6.1.4局域网交换机，1。功能(1)建立和维护交换表(2)建立虚拟连接(3)数据转发(2)。工作原理例如，节点A向节点B发送信息，局域网交换机接收到节点A发送的数据帧后，根据帧中的目的媒体访问控制地址查询交换表，得到目的端口号，即节点B地址的端口号。如果节点A和节点B位于交换机的同一端口，并且交换机获得相同的源端口号和目的端口号，则出于某种安全控制的目的，数据帧将被丢弃。如果节点A和节点B在不同的端口，并且节点B的地址在表中，则在源端口和目的端口之间建立虚拟连接，以形成专用传输信道，将数据帧转发到目的端口。如果B地址不在表中，交换机将向节点A所在端口以外的其他节点发送消息，以获取端口B的信息。将获取的信息添加到交换机表中，然后连接虚拟连接进行数据帧交换。图6-4局域网交换机，6 . 1 . 5虚拟局域网技术，1。VLAN结构网络上的用户终端被分成多个逻辑工作组，每个逻辑工作组是一个VLAN。VLAN最大的特点是，在形成逻辑网络时，不需要考虑用户或设备在网络中的物理位置。2.VLAN的技术特点(1)VLAN工作在OSI参考模型的第2层数据链路层。(2)每个VLAN是一个独立的逻辑网段和广播域，其广播信息只发送到该VLAN的节点。(3)每个VLAN都是一个独立的网络，有自己唯一的子网号。虚拟局域网只能通过第3层路由进行通信，不能直接完成通信。2.VLAN (1)静态VLAN的实现在静态VLAN，网络管理员根据交换机端口执行静态虚拟局域网分配，每个端口属于一个VLAN。(2)动态VLAN动态VLAN指的是根据交换机上网络用户的信息(如媒体访问控制地址、逻辑地址或数据包协议)将交换机端口动态分配给虚拟局域网的方法。图6-5，VLAN结构，图6-6静态VLAN结构，6.1.6生成树协议st，生成树协议STP是第2层链路管理协议，其功能是保证在网络中没有环路的前提下，为第2层提供冗余路径。STP定义了根桥、根端口、指定端、路径开销等概念。目的是通过生成树计算来删除冗余循环，用于构建这种树的算法称为生成树算法。BPDU(桥接协议数据单元)在交换机之间传递，并为STP的工作提供信息。BPDU每隔2秒或在网络出现故障或拓扑发生变化时将其发送到所有交换机端口，以便交换机可以交换最新的拓扑信息，并快速识别和检测环路。BPDU数据包有两种类型，一种是包含配置信息的配置BPDU，另一种是包含拓扑变化信息的拓扑变化通知BPDU。图6-7生成树，STP的主要算法是生成树算法，其核心是根桥的选择。BPDU为确定STP的根网络甚至生成整个树结构提供了必要的信息。表6-1BPDU数据内容、6.2交换表和6.2.1交换表内容交换表包括：目的MAC地址、与该地址对应的交换机端口号和虚拟子网。1.交换表VLANDESTMAC/路由COS目的端口虚电路/协议类型4335435433543354354335435433543354354335435435433543543354335433543354335435435435435435435435435435435435435435435435435435435435435435435435435435435，2。小型交换机的交换表目的地址地址类型建立端口5335433543545353354533545553354交换表的第一列是目的媒体访问控制地址，第二列是地址类型，第三列是VLAN标识号，第四列是与目的媒体访问控制地址相对应的交换机的端口号。6.2.2交换表的建立、保存和维护当交换机首次通电时，交换表为空。使用时，慢慢“学习”建立其切换表。因为缓存空间有限。每次交换机查询交换机表时，所使用的表条目都带有时间戳。与此同时，每次交换机存储一个新条目时，它还会用时间戳对其进行标记。长时间未使用的条目将被删除，以便交换表有足够的空间来添加新条目。图6-8开关工作示例。”。1。大中型交换机在交换机的超级用户模式2下输入命令“ShowAMDYNAMIC”。小型交换机在交换机的超级用户模式下输入命令“显示媒体访问控制地址表”，6.2.3显示交换机表命令，6.3交换机的交换机结构，6.3.1软件执行交换机结构交换机收到数据帧后，首先将其从串行代码转换为并行代码，并临时存储在交换机的快速缓存内存中。交换机的中央处理器根据数据帧中的目的媒体访问控制地址开始查询交换机表。确定目的端口后，交换机在源端口和目的端口之间建立虚拟连接，然后将存储在内存中的并行代码形式的数据帧转换为串行代码，并将其发送到目的端口。图6-9软件执行结构，矩阵交换结构中的6.3.2矩阵交换结构，交换机确定目的端口后，根据源端口和目的端口打开交换矩阵中相应的交换机，在两个端口之间建立连接，通过建立的传输通道完成数据帧传输。其优点是汇率高，延迟小，易于实施。缺点是可扩展性和可管理性差。图6-10矩阵开关结构，6.3.3总线开关结构总线开关结构的开关有一个很高带宽的反向总线开关。背面总线交换机的所有端口都连接到该背面总线。总线在时隙中被分成多个逻辑信道。过去，每个端口都可以在总线上发送数据帧。这些数据帧以时隙形式在总线上传输，并从每个目的端口输出数据帧。图6-11总线交换结构，6.3.4共享存储交换结构共享存储交换结构用共享存储内存代替总线交换结构中的总线。数据帧通过共享内存直接从源端口传输到目的端口，这是对总线交换结构的改进。图6-12共享存储交换体系结构、6.4交换机的交换模式和6.4.1快速转发交换模式快速转发交换模式是指交换机在接收数据帧时，一旦检测到6字节的目的地址，就进行转发操作。由于在转发过程中，数据帧只被复制到帧的媒体访问控制地址部分的缓冲区，所以此时它不是一个完整的帧，所以这个数据帧不会被验证和纠正，即它将被直接转发，即使有一个错误的数据帧，它仍将被转发到网络。6.2.3交换表命令显示，碎片丢弃交换模式也称为自由碎片模式或碎片隔离交换模式。当交换机收到数据帧时，它首先检测该数据帧是否是冲突片段。如果它不是冲突片段，它不会保存整个数据帧，而是在收到其目的地址时直接转发数据帧。如果数据帧是冲突片段，则直接丢弃该帧。冲突片段是由于网络冲突而损坏的数据帧片段，其特征是长度小于64字节。它们不是有效的数据帧，应该丢弃。碎片丢弃交换模式过滤掉冲突碎片，提高网络传输速度和带宽利用率。6.4.3存储转发切换模式。存储转发模式和前两种转发模式的最大区别在于，它将整个接收到的数据帧保存在缓冲区中。它首先存储数据帧，然后检查循环冗余码，并在处理错误帧后取出数据帧的目的地址进行转发操作。重要提示：交换机的动态转发切换模式主要包括：快速转发切换模式、分片丢弃切换模式、存储转发切换模式。”。接收到数据帧后，前两种交换模式的交换机只将数据帧中的目的媒体访问控制地址复制到缓冲区进行转发。存储转发交换模式要求交换机在转发之前将整个数据帧保存在缓冲区中。6.5开关配置，6.5.1配置模式1。使用控制台端口配置(1)将信号线的一端连接到笔记本电脑的异步串行端口(COM1或COM2)，并将另一端连接到交换机的控制台接口，以将电源连接到交换机。(2)在WindowsXP/2000中，开始、所有程序、附件、通信、超级终端。(3)点击【超级终端】，弹出“连接描述”窗口。在“名称(N):”列下的框中键入新的连接名称，如“开关”，然后单击确定。(4)弹出“连接”窗口。在“连接用途(N):”列的下拉框中选择连接端口。也就是说，控制台线路连接到笔记本电脑的异步传输端口COM1或COM2。这次COM1连接到控制台，因此选择“COM1”选项并单击确定。(5)弹出“COM1属性”窗口，如图6-18所示。为窗口中的每一列设置端口参数。“每秒位数(b):”即传输速率设置为9600；“数据位(d):”是8位；“奇偶校验(P):”选择“无”；停止位：“”是1位；“数据流控制(F):”选择“硬件”。设置完成后，单击确定。(6)按配置终端上的“回车”键。交换机的初始化信息将显示在配置终端的屏幕上。交换机初始化完成后，将出现正常用户模式的提示。图6-13交换机和笔记本电脑之间的连接，图6-14进入超级终端配置，图6-15连接描述，图6-16连接，图6-17COM1属性，2。首先使用telnet命令配置完成以下工作：交换机和计算机作为模拟终端连接到网络，可以通过网络进行通信。这台计算机可以使用这个开关。交换机已经配置了设备管理地址(例如，IP地址、子网掩码等)。)和密码来控制远程登录。(1)在WindowsXP/2000中，开始运行(R).进入“运行”窗口。，图6-18操作，(2)将交换机的IP地址设置为82，在操作窗口的框中输入命令 telnet82 。开关信息将出现在屏幕上。3。使用浏览器配置来确认已做好以下准备：已在用于配置的计算机上安装了TCP/IP协议，并且已在用于配置的计算机和可通过网络通信的受管交换机上配置了IP地址。支持Java的网络浏览器，如InternetExplorer4.0和更高版本、Netscape4.0和更高版本，安装在用于配置的计算机中。在受管交换机上建立具有管理权限的用户帐户和密码。托管交换机支持并启用了HTTP服务。(1)将计算机连接到交换机端口，并在计算机上运行网络浏览器。在浏览器的地址栏中键入被管理交换机的IP地址，然后单击输入连接交换机。(2)弹出“连接”对话框。在“用户名(u):”框中输入管理机构的用户名，在“密码(p):”框中输入管理机构的密码。应该已经通过控制台端口预先设置了用户名和密码。单击确定。(3)在网络浏览器中显示交换机的管理界面。该页面是与CiscoCatalyst1900建立连接后，在网络浏览器中显示的配置界面。您看到的第一件事是，您需要输入用户帐户和密码，然后输入在之前设置的交换机中配置的超级用户帐户和密码，以进入系统。图6-19连接到窗口，图6-20在网络浏览器中配置CiscoCatalyst1900界面，6.5.2配置系统信息，1。配置交换机主机名2。配置超级用户密码3。配置设备管理4。远程登录系统5。6.5.3配置端口系统时间的变化，(1)配置端口描述信息通过描述信息了解交换机端口的物理连接，(2)交换机的初始默认状态是关闭和打开。(3)配置端口的通信方式一般为单工、半双工和全双工。交换机端口通常以半双工或全双工模式工作。网络中两个直接连接的交换机端口的通信模式应该强制保持一致，否则会出现严重的数据包丢失。(4)将端口的传输速率配置为10/100/1000兆字节/秒，同时设置端口自适应选择传输速率。6.5.4交换机VLAN配置，(1)VTP配置VTP有三种操作模式：vtpservtpclienttptransparent(2)VLAN建立和删除VLAN建立是为这个VLAN分配一个虚拟局域网和VLAN标识(3