交换机的基本结构和功能

关于交换机的基本结构和功能

前言

交换机和路由器是局域网中使用的最多的连接设备。要使一个复杂的网络正常、高效的运转，就需要对交换机和路由器进行正确、合理的配置。因此可以说，网络工程技术人员的水平的高低很大程度体现在交换机和路由器的配置管理上。第2页,共53页，2024年2月25日，星期天课程定位本课的定位和任务：掌握交换机和路由器的配置和使用；掌握广义网的知识。第3页,共53页，2024年2月25日，星期天课程安排授课时间：10~15周，共35学时；授课方式：理论和实践的结合；复习与考试：第4页,共53页，2024年2月25日，星期天考试1、理论考试：60%；

2、实验与作业：30%；

3、考勤：10%第5页,共53页，2024年2月25日，星期天第一章交换机的结构和基本功能

1.1.1OSI参考模型与数据通信设备层数名称协议数据单元名称相应设备协议第七层应用层DataFTPTelnetSMTP。。第六层表示层Data第五层会话层Data第四层传输层Segment四层交换机TCP、UDP第三层网络层Packet路由器、三层交换机IP、IPX第二层数据链路层Frame交换机、网桥LLC第一层物理层bit网卡、网线等未指定第6页,共53页，2024年2月25日，星期天1.1.1OSI参考模型与数据通信设备

根据OSI模型，每一层都有相应的协议来实现特定的功能，完成数据交换：逻辑上：各层数据的通信，是在源主机与目的主机相应层之间进行的数据交换，屏蔽了下层的细节。实际上：各层数据的传送是从高层经过下面的各层，依次被各层进行封装，最后通过物理层来完成比特流的传送。第7页,共53页，2024年2月25日，星期天1.1.2交换机的作用与其外观和组成

一、交换机的作用：交换机在网络中是信息中转站，它把从某个端口接收到的数据从交换机的其他端口发送出去，完成数据的交换。第8页,共53页，2024年2月25日，星期天二、外观和组成1、外观华为3com千兆智能弹性交换机RMB：30000D-LinkDES-1026G快速以太网交换机RMB：760CISCO

千兆以太网交换机RMB：26800第9页,共53页，2024年2月25日，星期天交换机组成2、组成：CPU实现高速的数据传输；RAM/DRAM主存，存储运行配置；NVRAM存储备份配置文件等；FlashROM系统软件映像、启动配置文件等；ROM开机诊断、引导程序和操作系统；接口电路：连接各端口的内部电路。第10页,共53页，2024年2月25日，星期天1.1.3交换机的简单分类1根据OSI参考模型来分：第二层交换机第三层交换机：“一次路由，多次交换”。第四层交换机第11页,共53页，2024年2月25日，星期天2、根据交换机配置是否可变：模块式固定式第12页,共53页，2024年2月25日，星期天1.1.4交换机在网络中连接和作用1、交换机接口的种类：P4以太交换机的端口RJ45，通常的种类有：10Base-T、10Base-F、100Base-TX、100Base-T4、100Base-T、1000Base-FX、1000Base-T、100Base-FX等。第13页,共53页，2024年2月25日，星期天Base：采用基带传输技术；数值代表速率。T：表示RJ45接口标准；F：代表光纤接口。第14页,共53页，2024年2月25日，星期天补充1、双绞线：非屏蔽和屏蔽双绞线非屏蔽双绞线UTP：CAT1、CAT2：语音和低速通信CAT3：16Mb/S，TOKENRING，ISDNCAT4：20Mb/S，TOKENRINGCAT5：100Mb/S第15页,共53页，2024年2月25日，星期天2、光纤分类：单模光纤和多模光纤定义：

模：是指以一定的角度进入光纤的一束光。

单模光纤：纤心很小，在给定的工作波长上只能以单一模式传输，其传输的频带宽、容量大。

多模光纤：在给定的工作波长上能以多个模式同时传输的光纤。第16页,共53页，2024年2月25日，星期天常见的光纤8.3微米的芯，125微米的外层，单模62.5微米的芯，125微米的外层，多模50微米的芯，125微米的外层，多模100微米的芯，140微米的外层，多模第17页,共53页，2024年2月25日，星期天1.1.5共享式和交换式网络1、集线器与共享式网络定义：以共享式集线器为中心的网络，称为共享式网络在共享式网络中，一台100Mb/S的16端口的共享式集线器，其端口全部使用，每个端口的带宽为100Mb/S的1/16。第18页,共53页，2024年2月25日，星期天

缺点：共享式集线器的所有端口都属于同一个广播域，这样易产生广播风暴。第19页,共53页，2024年2月25日，星期天2、交换机与交换式网络定义：以交换机为网络中心的网络，叫交换式网络特点：端口带宽独享，但所有端口仍然属于同一个广播域，易产生广播风暴。第20页,共53页，2024年2月25日，星期天防止广播风暴的技术：VLAN、STP等第21页,共53页，2024年2月25日，星期天主要内容交换机的工作原理：MAC地址表的建立交换机的命令模式第22页,共53页，2024年2月25日，星期天1.2交换技术基础

1.2.1MAC地址数据库的建立和路由过滤概念：MAC地址是固化在网卡内部用于唯一标识网卡身份的，是网卡在生产时被永久写入芯片的固定值。表示方法：MAC地址通常用6B的十六进制来表示，每个数之间用“-”或空格分开，如：00-F4-00-09-D1-C1或00F40009D1C1第23页,共53页，2024年2月25日，星期天A、MAC地址表的建立1、源主机向目的主机发送查询信息；2、交换机记录下源MAC地址，然后向其他的端口发送查询信息；3、目的主机接收到查询信息，通过交换机直接与源主机进行对话，交换机记录下目的主机的MAC地址。4、两台主机实行点对点的通信；5、定时刷新。第24页,共53页，2024年2月25日，星期天E0:0260.8c01.1111E2:0260.8c01.2222E1:0260.8c01.3333E3:0260.8c01.44440260.8c01.11110260.8c01.22220260.8c01.33330260.8c01.4444E0E1E2E3XXDCABMAC地址表

交换机工作原理第25页,共53页，2024年2月25日，星期天MAC地址表0260.8c01.11110260.8c01.22220260.8c01.33330260.8c01.4444E0E1E2E3ABCD

交换机工作原理第26页,共53页，2024年2月25日，星期天MAC地址表0260.8c01.11110260.8c01.22220260.8c01.33330260.8c01.4444E0:0260.8c01.1111E0E1E2E3DCBA

交换机工作原理第27页,共53页，2024年2月25日，星期天广播地址在数据链路层表示为FFFF.FFFF.FFFF该地址不会被交换机学习到目的地址为该地址的数据帧将被交换机扩散0260.8c01.11110260.8c01.22220260.8c01.33330260.8c01.4444E0E1E2E3DCABE0:0260.8c01.1111E2:0260.8c01.2222E1:0260.8c01.3333E3:0260.8c01.4444MAC地址表

交换机工作原理第28页,共53页，2024年2月25日，星期天B、MAC地址表的路由过滤

交换机接受到信息，先将Frame里的MAC地址进行检查，如果存在MAC地址表中，就按MAC地址表中地址进行转发，没有则有交换机向其它所有的端口发送查询信息，这就称为MAC地址表的路由过滤第29页,共53页，2024年2月25日，星期天1.2.2局域网的三种帧交换技术1、存储转发：完全接收后转发，期间进行错误检查和MAC地址表的路由过滤缺点：数据帧时延较大第30页,共53页，2024年2月25日，星期天2、直通（伺机通过）在接受数据帧读取数据帧的目的地址到缓冲器中，进行MAC地址表的路由过滤，然后转发。缺点：削减了检错能力第31页,共53页，2024年2月25日，星期天3、自由分段（伺机通过+错误检测）在伺机通过的基础上做了调整，即在转发前过滤有包错误的分段（64B）第32页,共53页，2024年2月25日，星期天本节内容交换机冗余备份及环路管理交换机基本配置（1）第33页,共53页，2024年2月25日，星期天1.2.3冗余备份与环路冗余备份与环路:冗余备份与环路易产生：1、广播风暴2、多个广播帧副本第34页,共53页，2024年2月25日，星期天概念1、广播2、广播风暴以及引起的主要原因

第35页,共53页，2024年2月25日，星期天一、广播风暴的形成二、多个广播帧副本第36页,共53页，2024年2月25日，星期天

1.2.3冗余备份与环路Switch1Port1Port2PC1PC2Switch2Port4Switch3Port5Port6冗余备份与环路图例第37页,共53页，2024年2月25日，星期天1.2.4生成树协议（STP）STP（生成树协议）最初有美国数字设备公司（DEC）开发的，后经过电气电子工程协会（IEEE）修改，制定了相应的IEEE802。1d标准。

其主要功能：解决备份链路所产生的环路问题第38页,共53页，2024年2月25日，星期天2、主要思想和原理主要思想：当网络中存在备份链路的时候，只允许主链路激活，如果主链路断开，才启动备份链路。STP的基本做法：就是生成“一棵树”，树只有主干和分支，而不存在有环路。树的根就是一个被称为根桥的交换机。第39页,共53页，2024年2月25日，星期天3、STP的生成

根据设置不同，不同的交换机会被选为根桥，但任一时刻只能有一个根桥。由跟桥开始，逐级形成一棵树。形成过程：根桥定时发送配置数据包，非根桥接收到配置数据包并转发，如果某台交换机能够从两个以上的端口接收到配置数据包，则说明交换机到根桥的路径不止一条，这样便会构成环路。此时交换机根据端口的配置，选出一个端口并阻塞其它的端口以消除环路。如果某个端口长时间接收不到配置数据包，交换机认为该端口配置超时，网络拓扑可能改变。此时从新计算网络拓扑，重新生成一棵树。

第40页,共53页，2024年2月25日，星期天4、STP修剪与BPDUSTP修剪：STP协议可以通过STP算法来动态的探测网络中存在的环路，自动的调整网络的路径，并及时的控制备份链路进入备份状态，此外STP协议还可以迅速的调整或改变网络当前的拓扑结构，并最终将网络修剪成‘一棵树’，不存在环路，叫STP修剪。第41页,共53页，2024年2月25日，星期天STP修剪STP修剪Switch1Port1Port2PC1PC2Switch2Port4Switch3Port5Port6╳第42页,共53页，2024年2月25日，星期天BPDUBPDU（BridgeProtocolDataUnit）桥协议数据单元。

STP就是通过它来进行网络调整的，BPDU的配置信息是以组播的方式来进行的。第43页,共53页，2024年2月25日，星期天4、根桥的选举STP协议是以根桥为核心基础来构成网络的主干和其它分支结构的。根桥是由STP协议自动选举产生的，STP协议产生根桥的原则为：根桥必须具有最低的优先权ID与MAC地址；在运行STP协议的交换机上，端口分为：已分配端口和未分配端口；第44页,共53页，2024年2月25日，星期天5、STP的端口的状态STP的端口的状态：禁用

不能接收BPDU信息，不能转发数据；阻塞能接收BPDU信息，不能转发数据；侦听可监听和接收BPDU信息，不能转发；学习可接收和发送BPDU信息，建立MAC地址表，不能转发；转发可与其它交换机交换BPDU信息，可以转发数据第45页,共53页，2024年2月25日，星期天6、备份链路的启用过程

（假如）故障网络拓扑结构的改变端口由阻塞变为侦听学习（完成MAC地址表）转发正常运行经历时间：50S。第46页,共53页，2024年2月25日，星期天主要内容Trunk交换机的设置第47页,共53页，2024年2月25日，星期天2.3.4trunk介绍以太链路聚合:STAR使用了一种Trunk技术,使用该技术可以在两个交换机之间存在多个链路。Trunk：是使得多个物理链路合并到一个逻辑链路当中的技术。通过该种技术可以将交换机和路由器的多个端口当作一个端口来使用。轻而易举的获得高的传输链路。对于STP，一个Trunk，看起来象一个链路。这样要获得Gbps的传送速率，其端口代价要比单独链路的端口代价要少。作用：1，用于与服务器连接

2，用于交换机之间的级连

3，提供负载均衡和系统冗错的功能配置时注意:1,使用同一模块连续的接口