网络设备配置与管理 课件 第3章 交换机

第3章

交换机3.1交换机功能与原理

3.2交换机组成与性能指标3.3交换机互联3.4三层交换机3.1交换机功能与原理3.1.1交换机功能交换机是构成现代网络基础架构的核心设备，它的主要职能是接收、处理和转发数据帧，确保信息能够在设备之间高效且准确地传输。根据工作层次的不同，交换机分为二层交换机与三层交换机，二层交换机主要工作在数据链路层，借助硬件地址，也就是MAC地址，来识别和处理数据帧，三层交换机处理数据的最高层次是网络层。本节将重点讨论二层交换机，以下将二层交换机简称为“交换机”。交换机（Switch）交换机与交换式网络交换机分为二层交换机与三层交换机通过交换机作为核心设备连接起来的网络被称为交换式网络小型交换网络

跨网段网络3.1.2交换机工作原理MAC地址学习数据转发和过滤MAC地址端口0260.8c01.3333FA0/10260.8c01.2222FA0/2MAC地址表MAC地址表的形成与作用MAC地址表0260.8c01.11110260.8c01.22220260.8c01.33330260.8c01.4444F0/1F0/3F0/2F0/4ACBDMAC地址表的形成与作用MAC地址表0260.8c01.11110260.8c01.22220260.8c01.33330260.8c01.4444F0/1:0260.8c01.1111F0/1F0/3F0/2F0/4ACBDMAC地址表的形成与作用F0/1:0260.8c01.1111F0/2:0260.8c01.2222F0/3:0260.8c01.3333F0/4:0260.8c01.44440260.8c01.11110260.8c01.22220260.8c01.33330260.8c01.4444XXMAC地址表F0/1F0/3F0/2F0/4ACBDMAC地址表的形成与作用0260.8c01.11110260.8c01.22220260.8c01.33330260.8c01.4444F0/1F0/3F0/2F0/4F0/1:0260.8c01.1111F0/2:0260.8c01.2222F0/3:0260.8c01.3333F0/4:0260.8c01.4444MAC地址表ACBD目的MAC:FFFF.FFFF.FFFF二层交换机工作原理小结MAC地址学习源MAC地址在交换机刚开始使用时，MAC地址表是空的，通过不断的学习，MAC地址表实现了从无到有。数据过滤与转发目的MAC地址已知单播帧：过滤转发未知单播帧，广播帧：执行广播操作3.1.3实训

查看交换机MAC地址表实训任务：搭建由二层交换机与三台主机连接而成的小型交换网络，如图3-9所示。在主机间相互发送信息，观察交换机MAC地址表的变化，思考MAC地址表所起的作用，验证交换机工作原理。实训步骤：1.搭建网络拓扑搭建网络拓扑如图3-9所示，选择一台型号2950的二层交换机Switch0，通过接口f0/1、f0/2、f0/3分别连接主机A、主机B和主机C，如图3-9所示。2.功能配置将主机A、主机B、主机C三台主机IP地址分别设置为192.168.0.1/24、192.198.0.2/24、192.168.0.3/24，MAC地址分别设置为0006.2A7B.2C53、0060.5C2B.69ED、000A.418A.3681。以主机A为例，其配置如图3-10所示。3.系统测试（1）在各主机未发送任何数据包时查看交换机MAC地址表。（2）在主机A上PING主机B，查看交换机的MAC地址表，如图3-12所示。（3）在主机B上PING主机A，查看交换机的MAC地址表，如图3-13所示，观察MAC地址表的变化情况。（4）在主机C上PING主机A，查看交换机的MAC地址表，如图3-14所示，观察MAC地址表的变化情况。3.2交换机组成与性能指标3.2.1交换机的组成盒式框式2.交换机组件（1）处理器（CPU）（2）存储设备（3）端口（4）电源（5）冷却系统3.2.2实训

认识交换机的外观实训任务：RG-S2924G是锐捷网络开发的一款千兆安全智能接入交换机。观察锐捷RG-S2924交换机的外部组成，通过直观的观察，熟悉交换机的外部特征和接口类型，加深对交换机硬件接口和指示灯等的了解，为学习交换机管理和维护打下基础。RG-S2924G——锐捷全千兆安全智能接入交换机标注说明详细描述RG45接口以太网口20个10/100M/1000Base-T自适应端口SFP端口光纤接口4个千兆comboSFP端口Console管理接口通过配置线和终端或PC相连，对本交换机进行配置。Power电源指示灯灭：交换机没有上电

常绿：交换机可正常交换Link/ACT网络端口指示灯绿色：端口LINK上

闪烁：数据收发RG-S2924G——锐捷全千兆安全智能接入交换机

标注说明电源线防脱落夹插孔防止电源线脱落交流电源插孔内置开关电源的交流输入接地柱机箱接地使用3.2.3交换机性能指标交换机的性能指标是衡量其性能优劣和能否满足网络需求的重要依据，以下是一些常见的交换机性能指标：交换机性能指标背板带宽包转发率MAC地址表传输速率端口类型端口数网管功能交换机的背板带宽，是交换机接口处理器或接口卡和数据总线间所能吞吐的最大数据量，即交换机上所有端口能提供的总带宽。背板带宽（Gbps）=端口数*相应端口速率*2交换机性能指标背板带宽包转发率MAC地址表传输速率端口类型端口数网管功能包转发速率是指交换机每秒可以转发多少百万个数据包，单位一般为Mpps。包转发率=千兆端口数量×1.488Mpps+百兆端口数量*0.1488Mpps+其余类型端口数*相应计算方法交换机性能指标背板带宽包转发率MAC地址表传输速率端口类型端口数网管功能MAC地址表记录了交换机学习到的其他设备的MAC地址与接口的对应关系，是数据转发与过滤的重要依据。不同档次的交换机MAC地址表容量大小不同。交换机性能指标背板带宽包转发率MAC地址表传输速率端口类型端口数网管功能交换机的传输速度是指交换机端口的数据交换速度。目前以太网交换机的传输速率有100Mbps

/1G/10G/25G/40G/100G甚至更高的速率。交换机性能指标背板带宽包转发率MAC地址表传输速率端口类型端口数网管功能目前常见的端口类型为RJ-45端口、光纤接口、Console端口。交换机性能指标背板带宽包转发率MAC地址表传输速率端口类型端口数网管功能交换机设备的端口数量是交换机最直观的衡量因素常见的标准的固定端口交换机端口数有8.12.16.24.48等几种。Catalyst1912交换机，1912表示1900系列12口交换机交换机性能指标背板带宽包转发率MAC地址表传输速率端口类型端口数网管功能交换机按有无管理功能，分为网管型与非网管型交换机。3.2.4实训

交换机性能指标分析实训任务：查阅‌锐捷网络RG-S2924G交换机说明书，了解其主要性能指标，依此判断这款交换机的应用场合。1.查阅交换机性能指标‌背板带宽‌48Gbps‌‌包转发率‌36Mpps‌‌传输速率‌10/100/1000Mbps‌‌接口类型‌24个10/100/1000BASE-T端口，4个复用的SFP千兆光纤接口‌‌MAC地址表‌16K‌‌支持的网络标准‌IEEE802.3,IEEE802.3u,IEEE802.3z,IEEE802.3ab,IEEE802.3ae,IEEE802.3ak,IEEE802.3x,IEEE802.3ad,IEEE802.1p,IEEE802.1Q(GVRP),IEEE802.1d,IEEE802.1w,IEEE802.1s,IEEE802.1x,IGMPSnoopingv1/v2/v3,LLDP‌‌网管功能‌支持Telnet远程配置，支持通过Console口配置，支持WEB网管，支持SNMP管理，支持RMON管理，SSH,Syslog,NTP,SNTP‌‌扩展插槽‌4个‌‌双工传输‌支持全双工‌‌VLAN功能‌支持VLAN功能，802.1qVLAN:4K‌‌端口聚合‌支持端口聚合‌‌其他功能支持流量控制（FlowControl），支持端口镜像（PortMirror），支持IGMP侦听（Snooping），支持服务质量（QoS），广播风暴控制，ACL访问控制支持，每端口带宽控制支持，802.1x认证支持，MAC绑定与过滤支持，DHCPRelay/支持巨型帧/CPU安全屏障保护‌2.数据分析锐捷RG-S2924G是一款全千兆可网管二层交换机，在端口配置上，具备24个千兆电口（10/100/1000Mbps自适应）和4个SFP光纤接口的；在性能上，支持线速转发，有16KMAC地址表容量；在功能支持上，支持QoS和ACL，有流量管理优势，支持802.1x用户认证，可增强网络安全性，拥有端口镜像和RMON支持，便于网络监控和故障排查；在局限性上，没有万兆接口，不适合需要更高上行带宽的数据中心核心场景，受背板带宽限制，不适合超大规模网络的部署。3.应用场合分析（1）中小型企业网络（2）教育机构与医疗机构（3）分支机构与小型园区网络（4）办公室楼层交换机4.结论锐捷RG-S2924G是一款全千兆可网管二层交换机，凭借其灵活的端口配置、丰富的管理功能以及强大的安全特性，非常适合作为中小型企业、教育机构、医疗机构的接入层或汇聚层设备，也可用于分支机构或小型园区网络。其高可靠性和精细化流量管理能力，能够满足对网络可控性要求较高的场景需求。然而，由于其千兆接口和有限的背板带宽，不适合作为数据中心核心或超大规模网络的部署选择。3.3交换机互联交换机互联技术3.3.1级联两台或两台以上的交换机通过一定的方式相互连接作用：扩展端口和距离缺点：级联层数多时，将出现一定的时延。级联方式之一——普通端口级联级联方式之一——普通端口级联568B568A级联方式之二——Uplink端口级联交换机A交换机B双绞线的选用直通线与交叉线的应用原则相同设备交叉线不同设备直通线自适应端口的应用直通线、交叉线皆可3.3.2堆叠(Stack)作用：扩展端口、扩展带宽、加强管理采用专用堆栈电缆连接“UP”与“DOWN”接口3.3.3集群集群：就是将多台互相连接(级联或堆叠)的交换机作为一台逻辑设备进行管理。优势：统一管理小结级联扩展距离

端口

堆叠扩展端口

管理一体化集群扩展距离

端口

管理一体化3.4三层交换机3.4.1三层交换机工作原理

二层交换网络——广播网络三层交换技术=二层交换技术+三层转发技术三层交换机工作原理——同一网段数据转发三层交换机路由模块交换模块路由表MAC地址表HOSTA192.168.0.10/24HOSTB192.168.0.20/24PORT1PORT2MAC地址PORT地址MACBPORT2三层交换机工作原理——不同网段数据转发三层交换机路由模块交换模块路由表ARP表HOSTB

192.168.1.20/24192.168.0.1/24192.168.1.1/24第一次发数据给HOSTBHOSTA

192.168.0.10/24192.168.1.0192.168.0.0三层交换机工作原理——不同网段数据转发三层交换机路由模块交换模块路由表ARP表192.168.1.20/24192.168.0.1/24192.168.1.1/24192.168.0.10/24目的网络下一跳出端口192.168.1.0/24192.168.1.1port2192.168.0.0/24192.168.0.1port1三层交换机工作原理——不同网段数据转发三层交换机路由模块交换模块路由表ARP表192.168.1.20/24192.168.0.1/24192.168.1.1/24192.168.0.10/24IP地址MAC地址端口地址IPBMACBPORT2三层交换机工作原理——不同网段数据转发三层交换机路由模块交换模块路由表ARP表192.168.1.20/24192.168.0.1/24192.168.1.1/24192.168.0.10/24后续数据流IP地址MAC地址端口地址IPBMACBPORT2三层交换机的应用应用位置核心层

分布层应用方式建立不同网段之间的转发建立不同VLAN之间的转发核心层分布层接入层3.4.2三层交换机配置命令1.启动三层交换机的路由功能Switch(config)#iprouting2.转换二层交换端口为三层路由端口Switch(config-if)#noswitchport3.常用调试命令

显示交换机当前的配置：showrunning-config

显示交换机上当前配置的所有VLAN：show