第五章交换和路由1ppt课件

1、江苏省中小学网管培训南京工业大学网络中心李婷2019年7月25日L：3680-8001Ip地址所谓IP地址就是给每个连接在Internet上的主机分配一个在全世界范围唯一的32bit地址。IP地址的结构使我们可以在Internet上很方便地寻址。 如某一台主机的IP地址为：Internet IP地址由Inter NIC(Internet网络信息中心)统一负责全球地址的规划、管理；同时由Inter NIC、APNIC、RIPE三大网络信息中心具体负责美国及其它地区的IP地址分配。通常每个国家需成立一个组织，统一向有关国际组织申请IP地址，然后再分配

2、给客户。 IP地址的概念 根据TCP/IP协议规定，IP地址是由32位二进制数组成，而且在INTERNET范围内是唯一的。为了方便记忆，就将组成计算机的IP地址的32位二进制分成四段，每段8位，中间用小数点隔开，然后将每八位二进制转换成十进制数 。11010010 01001001 10001100 00000010 2IP地址特点 IP地址具有唯一性、简单性、连续性、可扩充性、可管理性和灵活性等特点。 1三个特定意义的IP地址 (1)主机中全0的IP地址，定义为网络号；在IP网中，主机号为全0的节点是不存在的 。(2)主机号为全1的IP地址，定义为广播地址。 (3)

3、环回地址(Lookback)是或此外，网络号为全0或全1的IP地址也作保留用。 2网络标识规定 据邮电部规定，各个B类地址的第三个字节段031范围的IP地址统一用作全国各类专业系统的网络标识。3使用IP地址的优缺点IP地址分成两个域后，使IP数据从一个网到另一个网时，选择路由可基于网络号，而不是基于主机号 ，路由表只存储网络号信息，大大简化了路由表。不足之处有：便携机用户，主机从一个网络到另一个网络，IP地址必须改变外出入网通信带来不便 。3 IP地址的分类 网络号+主机号32位二进制A、B、C、D类网A类用于网大、主机多、网络数少C类用于网小、主机少、网络

4、数大B类介于中间用.分开，用少于256的十进制表示IP地址的分类1 2 3 4 5 6 7 89 101617 18.2425 26. 320网络号主机号主机号主机号A10 网络号网络号主机号主机号B110 网络号网络号网络号主机号C1 1 1 0DA类地址：大型网络，大量的主机，126个网络B类地址：中大型网络，16384个网络C类地址：用于局域网，大约200万个网络D类地址：被用于多路广播组用户E类地址：仅提供试验使用的地址A：1-127 主机1600多万的大型网络B：128-191中等规模的网络，主机65536台C：192-223 D：224-239 表示A类地址，12

5、6为网络号，主机号为0.0.1 表示B类地址，网络号为129.0，主机号为0.16 表示C类地址，网络号为202.119.248 主机号为66我校有48个C类地址，可接入48X256台主机-55-66-55 子网掩码用于找出IP地址的网络及主机号 1表示网络部分 0表示地址部分 A： B： C： 4子网的建立 主机确定的IP地址 默认的子

6、网掩码 子网掩码 网络地址主机号为0） 广播地址主机号为1） 5保留的IP地址 55 55 55C类地址划分子网举例：一个c类地址：。正常的子网掩码：24）子网掩码子网数子网网络地址子网广播地址主机数1000000020，128127，255128-21100000040，64，128，19263，127，191，25564-21110000080，32，64，96，128，160，192，22431，63，95，1

7、27，159，191，223，25532-2补充说明：Ipv6：ipv4不够用，ipv4不是架构在一个成熟的模型之上的。本身具有一定的缺陷。但是因为运营商已经投入了大量的设备和资金，所以短期之内不能升级。Ipv6：新一代internet的地址，如果一旦使用，每平方厘米就有很多的ip地址可供使用。南京工业大学网络现状1、开展共享10M以太网：路由器+HUB、DDN专线接入至2019年10月）快速交换以太网：路由器+1100+350、DDN专线接入2019年3月）千兆以太网：路由器+SSR2000+8010+450千兆、接入城域网至今）将来万兆以太网：端口升级或线路捆绑2、组成丁家桥校区、虹桥校区

8、、江浦校区、浦江校区、青石村家属区、仓波园校区绪论主要内容：1、交换的概念2、vlan3、路由器的软硬件4、路由配置5、访问控制表6、路由于交换7、网络实验室第一节 交换机的基本概念1、交换的概念和原理2、交换机的分类及功能3、交换机的交换方式4、交换机的应用5、交换机快速配置6、更新交换机软件1、交换的概念和原理交换 switching 是按照通信两端传输信息的需要，用人工或设备自动完成的方法，把要传输的信息送到符合要求的相应路由上的技术统称。交换和交换机最早起源于电话通讯系统PSTN） 交换概念的提出是对于共享工作模式的改进 HUB集线器就是一种共享设备，HUB本身不能识别目的地址，同一时

9、刻网络上只能传输一组数据帧的通讯，如果发生碰撞还得重试。这种方式就是共享网络带宽。 通过交换机的过滤和转发，可以有效的隔离广播风暴，减少误包和错包的出现，避免共享冲突。 每一端口都可视为独立的网段，连接在其上的网络设备独每一端口都可视为独立的网段，连接在其上的网络设备独自享有全部的带宽，无须同其他设备竞争使用。假如有自享有全部的带宽，无须同其他设备竞争使用。假如有10Mbps10Mbps的以太网交换机，交换机的总流通量就等于的以太网交换机，交换机的总流通量就等于n n10Mbps10Mbps。而使用。而使用10Mbps10Mbps的共享式的共享式HUBHUB时，一个时，一个HUBHUB的总流的

10、总流通量也不会超出通量也不会超出10Mbps10Mbps。交换机是一种基于交换机是一种基于MACMAC地址识别，能完成封装转发数据包地址识别，能完成封装转发数据包功能的网络设备。交换机可以功能的网络设备。交换机可以“学习学习MACMAC地址，并把其存放地址，并把其存放在内部地址表中，通过在数据帧的始发者和目标接收者之间在内部地址表中，通过在数据帧的始发者和目标接收者之间建立临时的交换路径，使数据帧直接由源地址到达目的地址。建立临时的交换路径，使数据帧直接由源地址到达目的地址。转发机制1、源与目的在同一个端口2、源于目的不在同一个端口，但是mac地址表项3、目的不在MAC地址表中2、交换机的分类

11、及功能从广义上来看，交换机分为两种：广域网交换机和局域网交换机 广域网交换机主要应用于电信领域，提供通信用的基础平台 。而局域网交换机则应用于局域网络，用于连接终端设备，如PC机及网络打印机等。 从传输介质和传输速度上可分为以太网交换机、快速以太网交换机、千兆以太网交换机、FDDI交换机、ATM交换机和令牌环交换机等 。从规模应用上又可分为企业级交换机500）、部门级交换机300和工作组交换机100等。 从功能上分：二层交换机、多层交换机二层交换机：传统型交换机、vlan交换机多层交换机：在二层交换机的基础上添加路由硬件设备。完成3层以上的功能RSM、RSFC、MSM、MSFC）“一次路由、多

12、次交换”。交换机的主要功能包括交换机的主要功能包括物理编址、物理编址、网络拓扑结构、网络拓扑结构、错误校验、错误校验、帧序列以及流控。帧序列以及流控。目前交换机还具备了一些新的功能，如对目前交换机还具备了一些新的功能，如对VLANVLAN虚虚拟局域网的支持、对链路汇聚的支持，甚至有的拟局域网的支持、对链路汇聚的支持，甚至有的还具有防火墙的功能。还具有防火墙的功能。 交换机相对于hub增加了：1、端口缓冲池2、宽总线3、cpu4、mac地址表3、交换机的交换方式1）. 直通式Cut Through） 2）.存储转发Store Forward） 3）.碎片隔离Fragment Free） 1.）直

13、通式Cut Through） 它在输入端口检测到一个数据包时，检查该包的包头，获取包的目的地址，启动内部的动态查找表转换成相应的输出端口，在输入与输出交叉处接通，把数据包直通到相应的端口，实现交换功能。优点：由于不需要存储，延迟非常小、交换非常快。缺点是，因为数据包内容并没有被以太网交换机保存下来，所以无法检查所传送的数据包是否有误，不能提供错误检测能力。由于没有缓存，不能将具有不同速率的输入/输出端口直接接通，而且容易丢包。2）.存储转发Store Forward）存储转发方式是计算机网络领域应用最为广泛的方式。它把输入端口的数据包先存储起来，然后进行CRC循环冗余码校验检查，在对错误包处理

14、后才取出数据包的目的地址，通过查找表转换成输出端口送出包。缺陷：存储转发方式在数据处理时延时大，这是它的不足，优点：但是它可以对进入交换机的数据包进行错误检测，有效地改善网络性能。尤其重要的是它可以支持不同速度的端口间的转换，保持高速端口与低速端口间的协同工作。 3）.碎片隔离Fragment Free）这是介于前两者之间的一种解决方案。它检查数据包的长度是否够64个字节，如果小于64字节，说明是假包，则丢弃该包；如果大于64字节，则发送该包。这种方式也不提供数据校验。它的数据处理速度比存储转发方式快，但比直通式慢。 4、交换机的应用作为局域网的主要连接设备，以太网交换机成为应用普及最快的网络

15、设备之一。适合使用：如果网络的利用率超过了40，并且碰撞率大于10，交换机可以帮你解决一点问题。不宜使用：所以如果网络中的某台交换机由于安装位置设置不当，几乎需要转发接收到的所有数据包的话，交换机就无法发挥其优化网络性能的作用，反而降低了数据的传输速度，增加了网络延迟。如果在那些负载较小，信息量较低的网络中也盲目添加交换机的话，同样也可能起到负面影响。 5、交换机快速配置所需设备列表连接设备和启动交换机配置交换机IP地址和登陆密码 访问交换机管理器Switch Manager的主页 所需设备列表: Catalyst 1900 以太网交换机 Catalyst 1900 以太网交换机安装配置指南

16、RJ-45 交叉控制线 电源线 RJ-45-到DB-9的转换适配器 安装支架工具 橡胶垫 2连接设备和启动交换机 连接到工作站、服务器和路由器1）：用5类直连线 把交换机上的一个10BaseT端口和 工作站、服务器、路由器上的10BaseT端口连接起来。2）：用一条5类直连线把交换机上的一个100BaseT端口和 工作站、服务器、路由器上的100BaseT端口连接起来。 连接到其他交换机或集线器HUB） 1）：用5类交叉线 把交换机上的一个10BaseT端口和 其他交换机或集线器上的10BaseT端口连接起来。2）：用一条5类交叉线 把交换机上的一个100BaseT端口和 其他交换机或集线器上

17、的100BaseT端口连接起来。3）：用一条50/125或62.5/125多模光线连接笔记本、服务器、集线器、被连接交换机或路由器。 连接控制线缆1）：在连接到控制终端，PC机或笔记本之前，一定要确保控制终端的某些设置与交换机控制端口的相应设置匹配。交换机控制端口的默认设置是波特率：9600bps；数据位：8位；停止位：1位；无奇偶校验和流量控制。2）：用一交叉线连接到交换机的控制端口。3）：利用一个RJ-45 到DB-9 适配器商家提供将交叉线的另一端连接到运行终端模拟软件比如ProComm or或HyperTerminal的控制终端，PC机或笔记本上。如果有必要，也可以利用一个RJ-45

18、到DB-25的适配器未提供）。4）：从控制终端启动终端模拟软件。 启动交换机1）：用电源线把交换机连到交流电源上。 留意：如果连接到Cisco 600W 冗余电源redundant power system上，请参考安装配置指南上的相关文档资料。2）：大约2分钟 过后交换机启动，这段时间，交换机要加电自检power-on self-test和识别网络。 3）：配置交换机IP地址和登陆密码 给交换机配置IP地址以后，你就可以利用其管理端口来进行基于浏览器的管理。并且，交换机也可以用它的IP地址来与本地路由器、互联网来交换数据。设置密码可以有效的避免未授权用户登陆。另外，Catalyst 1900

19、 Switch Manager 要求必须设置密码。 留意：如果该交换机用来作为次级交换机，你也可以不给它设置IP和密码，因为改交换机需要利用带有IP和密码的主干交换机来控制管理。 配置IP地址 User Interface MenuM MenusI IP ConfigurationP Console PasswordEnter Selection: I再次键入I （IP address来配置IP地址。然后得到如下的提示Enter administrative IP address in dotted quad format (nnn.nnn.nnn.nnn):Current setting =

20、 New setting =配置密码 1在IP配置菜单中，选择X（ Exit退回到主菜单中，显示如下 User Interface Menu M Menus I IP Configuration P Console Password 2选择P，输入一个4-8位的密码。改密码在用户登陆验证的时候并不加密保存。3按任意键，回到登陆界面。4访问交换机管理器Switch Manager的主页在配置了IP地址和密码之后，你就可以来访问交换机管理器的主页了6更新交换机软件1使用TFTP server安装软件通过网络为交换机更新软件,在服务器和交换机之间必须经由IP连接.（1必须具有一台TFT

21、P server(如运行TFTP server软件的PC机)和一台管理工作站(如一台PC机),并且可以通过console口管理交换机 （2以下是通过TFTP server更新软件的步骤: a)将Cisco Catalyst 1900/2820 软件存于管理工作站.b)将TFTP根目录设置为软件所在目录.c)打开交换机,交换机正常启动.d)在终端窗口显示管理菜单画面(以下为管理菜单). e)如交换机未赋予IP地址,应该使用菜单赋予交换机IP addresss, subnet mask, 和default gateway.f)确认交换机和TFTP server之间的连接正常. 例如:从服务器PIN

22、G交换机. g)进入Firmware配置菜单, 选择S选项,并键入TFTP server的IP地址. h)选择F选项,键入TFTP server上的交换机软件的名称.i)选择T选项执行 TFTP进行软件更新.j)在菜单的系统信息区检查更新状态显示验证软件更新过程. 当软件更新完毕后,交换机大约有1分钟不响应命令,然后交换机重新启动并使用新的软件.2使用XMODEM协议安装软件第二节 Vlan的概念与配置 1 广播域2 动态VLAN 和静态VLAN3 网络安全4 帧过滤与帧标记5 VLAN 干线6 ISL ，802.10 ，802.1Q 及LANE7 vlan的配置8 小结1 广播域L A N

23、网段的特征是所有节点都能互相直接通信，而不必通过某种第三层或更高层的设备，例如路由器。在传统的局域网中，如果一个节点接到一个网络设备(h u b 、中继器或网桥)上，那么它就与其他接在同一设备上的节点属于同一个局域网。广播域是一组能互相发送广播报文的节点。广播域通常通过路由器互相连接，并且第二层的广播帧不能通过路由器。广播域是隐含在V L A N 后面的中心概念。为了简单起见(仅限于现在)，我们称一个VLAN就是一个广播域。在图中，节点A 接在hub A 上。接在hubA 上的任何其他第一层或第二层设备都是同一L A N 的一部分，并且接在这些设备(中继器、网桥、hub B )上的节点与接在h

24、ub A 上的节点属于同一个L A N 。普通交换机和VLAN交换机之间的主要区别有两个：一个是在同一机架内维护独立广播域的能力，另一个是在机架之间维护独立广播域的能力。动态VLAN 和静态VLAN 指派VLAN的方法主要有两种：静态和动态。 静态VLAN由其所处的机架特征定义，通常包括插槽、端口或端口组等。动态VLAN通常由接到机架上的节点的某些特征定义。 Cisco既支持动态VLAN又支持静态VLAN。Cisco的动态VLAN基于MAC地址，而静态VLAN则基于指派端口。 VLAN的优越性1、VLAN 降低了开销2、VLAN 增加了灵活性 网络安全VLAN能提高网络安全。如果网络划分为VL

25、AN，那么不同VLAN中的节点要想互相通信，必须通过一个路由器或者甚至是一个防火墙。 VLAN交换机能够控制节点访问特定的端口，还能够防止某些节点通过与其他节点交换端口信息而绕过安全检查机制。 由于业务流不能在一个交换机内的多个VLAN之间随意流动，安全绝对可靠。 4 帧过滤与帧标记 考虑一下传统的交换机(非VLAN交换机)是如何知道一个帧要发往哪个目的端口的。当一个帧进入交换机时，交换机必须决定将其送往何处。传统的交换机只简单地检查此帧的目的地址，再参照网桥表，然后将其转发到适当的端口，而不考虑此帧是从哪儿来的。如果不知道目的地址，或者目的地址为广播地址，那么交换机就用洪泛法将其转发到除发送

26、此帧之外的所有端口。 在VLAN交换机中。除了要根据目的地址作出转发决定外，还必须考虑帧的源地址，因为该帧通常会影响它所属的VLAN，并因此影响它可能会被转发去的端口。追踪一个帧的源地址至少有两种显而易见的方法。第一种是确定帧进入的端口属于哪一个VLAN。这种方法称为“帧标记”，也称“显式标记”。另一种追踪帧的源地址的方法是为每个VLAN保持一张MAC地址表(这张表由交换机通过某种方式完成)。确定目的地址后，就做出是否转发此帧的决定。这种方法称为“帧过滤”，也称“隐式标记”。从理论上讲，也可通过其他标准，如第三层信息实现帧过滤。 这两种方法的主要区别在于何时做出VLAN决定。在帧标记中，帧一进

27、入VLAN，决定就已经做出。在帧过滤中，当帧需要转发时才做出决定。 帧标记的优点是能够立即标识VLAN，并且不需要对帧作进一步的VLAN成员关系决定。这种方法的缺点是大多数不支持VLAN 的设备会把这种帧当成无效帧，因为它们没有遵照标准格式。 帧过滤的优点是不修改帧，因此，在帧通过标准网络时不会出现问题。缺点是所有VLAN设备必须能对每个帧做出唯一的VLAN决定。要想使这种类型的设计方案可管理并可扩充，就需要一种能够用于VLAN 交换机之间相互通信的协议。 5 VLAN 5 VLAN 干线干线对于多个对于多个VLANVLAN交换机来说，一条干线就是两个交换机之间交换机来说，一条干线就是两个交换

28、机之间的连接，它在两个或两个以上的的连接，它在两个或两个以上的VLANVLAN之间传输业务流。之间传输业务流。 没有trunk有trunkServerClientV2 V3V1 V2 V3TrunkV1如下三种处理方法 1.静态干线配置2.干线功能通告3.干线自动协商干线也能通过协商过程自动设置。6 ISL,802.10,802.1Q 6 ISL,802.10,802.1Q 及及LANELANE下面我们将详细研究几个干线传输协议。下面我们将详细研究几个干线传输协议。CiscoCisco的的CatalystCatalyst系列交换机支持四种干线传输协议：系列交换机支持四种干线传输协议：交换机间链

29、路交换机间链路(ISL)(ISL)，802.10802.10，802.1Q802.1Q以及局域网仿真以及局域网仿真(LANE )(LANE )。ISL交换机间链路(ISL)是Cisco创建的私有干线传输协议。这里“私有是指该协议不是由一个独立的标准组织创建并通过的。 Cisco在其路由器和Catalyst交换机产品的快速以太网端口上实现了ISL协议。在当前的软件中，ISL可用于为以太网、FDDI以及令牌环网干线传输VLAN业务流。当从一个ISL 支持的LAN发出的帧要放置在ISL干线上时，必须在这个帧的开头另外加上一个帧头，称为ISL头。 ISL与网络协议一样简单。在现有的帧前加上一个头，在尾

30、部加上校验和并发送。 V1V2VlV1TagedUntagedV3在数据帧前面加一个帧头，在trunk上传输ISL封装26个字节头, 10位表示VLAN号 ,编号从0到1023 4个CRC校验字节尾数据帧的字节范围：在47字节到17830 字节之间 vlan的配置1VLAN的特点 VLAN具有如下特点:分段性，可根据部门，功能和项目来划分成不同的网段；灵活性，组成VLAN的用户不用考虑物物理位置，同一个VLAN也可以跨越多个交换机； 安全性，通过广播域的分隔，使每个逻辑的VLAN就象一个独立的物理桥，提高了网络的性能和安全，但不同的VLAN间的通讯需要经过路由器来连接。 2Vlan的基本配置

31、(1)单个交换机VLAN配置当不使用VTP协议时，交换机应该配置成VTP transparent(透明模式)，此时交换机VLAN的配置主要包括如下内容：使用全局命令，启用VTP的transparent 方式；使用全局命令定义每个VLAN的编号必须的和相应的名称可选的）；使用接口子命令，将每个端口分配到相应的VLAN。 switch(config)#vtp transparent domain dummyswitch(config)#vlan 2 name VLAN2switch(config)#vlan 3 name VLAN3switch(config)#interface e 0/5swi

32、tch(config-if)#vlan-membership static 2switch(config)#interface e 0/6switch(config-if)#vlan-membership static 2switch(config)#interface e 0/7switch(config-if)#vlan-membership static 2switch(config)#interface e 0/8switch(config-if)#vlan-membership static 2switch(config)#interface e 0/9switch(config-i

33、f)#vlan-membership static3switch(config)#interface e 0/10switch(config-if)#vlan-membership static3 switch(config)#interface e 0/11switch(config-if)#vlan-membership static3switch(config)#interface e 0/12switch(config-if)#vlan-membership static3 (2)多个交换机的配置 为了允许VLAN跨越多个交换机，这就必须配置主干(trunk)来连接这些交换机。 swi

34、tch(config)#trunk on/off/desirable/auto/nonnegotiateon-将端口配置成永久的ISL主干模式，并与连接设备协商将链路转换成主干模式；off-禁止端口的主干模式，并与连接设备协商将路转换成非主干模式；desirable-触发端口进行协商，将链路从非主干模式转换成主干模式；如连接设备在 on,desirable或auto状态下，此端口将和主干进行协商，否则该端口为非主干端口；auto-只有在连接设备是on或desirable状态下才使端口变为主干；nonnegotiate-将端口配置成永久的主干模式，并且不和对方协商。 switch1(config

35、)#interface e fa 0/26switch1(config-if)#trunk onswitch1(config-if)#vlan-membership static 1switch1(config-if)#vlan-membership static 2switch1(config-if)#vlan-membership static 3switch1(config)#interface e fb 0/27switch1(config-if)#trunk onswitch1(config-if)#vlan-membership static 1switch1(config-if)

36、#vlan-membership static 2switch1(config-if)#vlan-membership static 3留意：两个快速以太网端口上不但被配置为主干有效，而且3个VLAN都被静态地配置到这些端口上，通过同时配置这些VLAN，交换机将主干端口当成这些VLAN的一部分，当然网络中的路由器也必须配置成支持ISL。 3） 使用VTP配置VLAN （1VTP作用 交换机通过VTP定时每5分钟或实时当交换机的参数有改变时），向同一管理域进行多点传送公共管理域消息，并通过同一管理域同步所配置VLAN的识别信息 （2VTP三种模式：Server(缺省)、Client、Transp

37、arentServer：创建、更改和删除VLAN以及用于整个VTP域的其它配置参数，这些消息被依次传到相同域中的VTP客户，VLAN配置信息存于NVRAMClient：VLAN配置信息不存于NVRAM，当在VTP的客户也不能创建、更改和删除VLAN，只能同步收到的VLAN信息Transparent：当交换机不需要或不想加入VTP时，主要是用作本地管理，不与其它交换机共享VLAN信息，但仍可以将VTP通告转送到其它交换机。 （3VTP裁剪 （4使用VTP配置VLAN 对Catalyst 1900交换机，默认的VTP配置参数如下：VTP域名：None无）VTP模式：Server服务器）VTP口令：

38、None无）VTP裁剪：Disabled制止）VTP陷阱：Enabled启用） s w i t c h 1 # c o n f i g u r e t e r m i n a l switch1(cofig)#ip address 1 switch1(cofig)#ip defaul-gateway switch1(cofig)#vtp server domain Hartsfield purning enable s w i t c h 1 ( c o f i g ) # v l a n 2 n a m e v l a n 2 s

39、 w i t c h 1 ( c o f i g ) # v l a n 3 n a m e v l a n 3 s w i t c h 1 ( c o f i g ) # i n t e r f a c e e 0 / 5 switch1(cofig-if)#valn-membership static 2 s w i t c h 1 ( c o f i g ) # i n t e r f a c e e 0 / 6 switch1(cofig-if)#valn-membership static 2 . s w i t c h 1 ( c o f i g ) # i n t e r f a c e e 0 / 9 switch1(cofig-if)#valn-membership static 3 s w i t c h 1 ( c o n f i g ) # i n t e r f a c e e f a 0 / 2 6 s w i t c h 1 ( c o n f i g - i f ) # t r u n k o n . s w i t c h 1 ( c o n f i g ) # i n t e r f a c e e f b 0 / 2 7 s w i t c h 1