交换机及其配置

交换机及其配置交换机及其配置一局域网交换机的基本功能1 基本概念局域网交换机是一种工作在数据链路层的网络设备。

交换机根据进入端口数据帧中的MAC地址，过滤、转发数据帧。

它是基于MAC地址识别，完成转发数据帧功能的一种网络连接设备。

交换机作为汇聚中心，构成星状结构的网络。

使用交换机组建出的是一个交换式局域网。

2 局域网交换机的功能局域网交换机有三个基本功能：① 建议和维护一个表示MAC地址与交换机端口对应关系的交换表；② 在发送结点和接收结点之间建立一条虚连接；③ 完成数据帧的转发或过滤。

交换机就在源端口和目的端口之间建立一条虚连接，在这条专用的虚通道上完成数据帧的交换。

二局域网交换机的工作原理交换机通过一种自学习的方法，自动地建立和维护一个记录着目的MAC地址与设备端口映射关系的地址查询表。

转发帧的具体操作是，在查询保存在交换机高速缓存中的交换表之后，交换机根据表中给出的目的端口号，决定是否转发和往哪里转发。

如果数据帧的目的地址和源地址处于交换机的同一个端口，即源端口和目的端口相同，基于某种安全控制，数据帧被拒绝转发，交换机直接丢弃。

否则按与目的MAC地址相符的交换表表项中指出的目的端口号转发该帧。

在转发数据帧之前，在源端口和目的端口之间建立一条虚连接，形成一条专用的传输通道。

再利用这条通道将帧从源端口转发到目的端口，完成帧的转发。

丢弃帧的原因：① 数据帧的目的地址和源地址处于交换机的同一个端口，即源端口和目的端口相同；② 某种安全控制。

三交换表内容的建立和维护建立和维护交换表是交换机的重要工作任务。

1 交换表的内容交换表的内容包括：目的MAC地址、对应的交换机模块号端口号、所在的虚拟子网。

虚拟子网用VLAN ID号表示。

VLAN Dest MAC Address Type Destination Ports118 00-e0-4c-73-51-4e DynamicFast Ethernet0/6表示MAC地址为00-e0-4c-73-51-4e的用户，连接在交换机的第3模块第6端口。

该用户被划分在VLAN ID为118的虚拟子网中。

Fast Ethernet0/6包含两部分内容，一个是端口类型，一个是端口号。

端口号0/2中，0是模块号，2是端口号。

Fast Ethernet表示快速以太网；（FE）Ethernet 表示以太网；（E）Gigabit Ethernet 表示千兆以太网。

（GE）2 交换表的建立在交换机刚开机时，交换表的内容是空白的。

每一个帧进来，就分析帧中的MAC目的地址，查询交换表。

① 如果已经存在在交换表中，就按照给出的路径转发。

② 在交换表没有此项目，就发出一个广播帧，把数据包发送给除源端口以外的所有交换机端口。

拥有该MAC地址的站点在接收到广播帧后，就会立即做出应答，从而使交换机得到目的MAC地址与其相关联的交换机端口的信息。

随后交换机建立一个新的表项进行记录。

3 交换表的维护交换表保存在交换机的一个高速缓存中，高速缓存的空间有限，且位于高速缓存的表项也有时间限制（时间戳）。

4 交换表的保存交换表保存在可编址内容存储器CAM中。

CAM是保存交换表的一个高速缓存。

可以通过交换机的一条命令，在屏幕显示出保存在CAM中的交换表内容。

show cam dynamic；或show mac-address-table；四交换机的交换结构交换机存在四种交换结构，它们是软件执行交换结构、矩阵交换结构、总线交换结构和共享存储器结构。

1 软件执行交换结构软件执行交换结构是借助CPU和RAM硬件环境，由特定的软件来完成数据帧交换的一种交换结构。

软件执行交换结构主要在早期的交换器产品中应用。

2 矩阵交换结构在矩阵交换结构的交换机中，交换功能完全由硬件完成。

交换机在确定目的端口号之后，就会根据源端口号和目的端口号打开相应的交换矩阵开关，在源端口和目的端口之间建立连接，形成一条传输通道。

3 总线交换结构在总线交换结构的交换机背板上都有一条公用总线，数据帧的交换都在总线上完成。

通过时分多路复用TDM技术，将总线按时隙分成多条逻辑通道，可同时在总线上建立多对端口的连接。

一般总线带宽应为端口带宽的总和。

如果端口带宽都相同，则总线带宽应等于端口带宽乘以端口数量。

即S = B × N。

其中S为总线带宽，B是端口带宽，N是端口数。

许多交换机产品都使用总线交换结构。

4 共享存储器交换结构共享存储器交换结构是总线交换结构的一种很变形，它用共享存储器替代了公用总线。

它不需要背板。

成本高。

五交换机的交换模式1 交换机交换模式的分类交换机有静态交换和动态交换两种方式。

在采用静态交换方式的交换机中，端口之间传输通道的建立是人工预先设定的，这些通道是固定不变的。

在采用动态交换方式的交换机中，传输通道的建立是依据目的MAC地址查询交换表，根据表中给出的输出端口临时建立的，在一个数据帧传送完成后，连接就会自动断开。

动态交换模式有存储转发和直通两种模式。

直通交换模式又有快速转发交换和碎片丢弃交换两种方式。

总结起来，交换机有存储转发、快速转发和碎片丢弃三种交换模式。

2 快速转发交换模式（Fast Forward）快速转发交换模式，也叫直通模式，它是在交换机接收到帧中6个字节的目的地址后就立即转发数据帧。

快速转发交换模式不缓存数据帧。

这种交换模式会在整个数据帧收到之前就开始转发。

不能提供检错纠错，可靠性差，但是时延小。

3 碎片丢弃交换模式（Fragment Free）碎片丢弃模式又称无分段交换模式。

这种交换模式是在开始转发数据帧前，先过滤掉造成大部分数据报错误的冲突片段。

先检查数据包的长度是否够64字节，如果小于64字节，直接丢弃，任何大于64字节的数据帧，都被交换机视为有效帧，进行转发。

数据帧只是接收了64字节，就开始转发。

碎片丢弃交换模式的最大优点：在开始转发数据帧前就过滤掉冲突碎片，确保冲突碎片不通过网络传播，从而提高了网络的传输效率和带宽利用率。

4 存储转发交换模式（Store and Forward）采用存储转发交换模式的交换机，在开始转发数据帧之前先接收整个数据帧，并把整个数据帧存储在缓冲区。

有差错检验功能，但是时延大。

目前应用最广泛。

六交换机的分类1 按交换机所指出的局域网标准分类① 以太网交换机最为流行② FDDI交换机（光纤分布式数据接口）③ ATM交换机（异步传输模式）④ 令牌环交换机同一台交换机可能提供各种类型的端口，可以支持不同速率，可以支持不同介质标准。

2 按交换机的架构分类按交换机的架构分类，有单台交换机、堆叠交换机和箱体模块化交换机。

（1）单台交换机单台交换机是一台独立工作，不可堆叠的交换机，单独使用。

（2）堆叠交换机堆叠交换机是用堆叠电缆，通过每台交换机上一个专用的堆叠端口，将多个单台可堆叠交换机连接在一起，构成一个整体。

（3）箱体模块化交换机箱体模块化交换机都有一个带多个扩展槽的机箱。

在扩展槽中，可以插入各种局域网标准、各种介质接口的交换模块。

箱体模块化交换机具有最好的性能、最好的灵活性和很好的安全性及可扩展性。

3 按交换机工作在OSI参考模型的层次分类按交换机工作在OSI参考模型的层次分类，交换机可以分为工作在数据链路层的二层交换机、工作在网络层的第三层交换机和工作在传输层的第四层交换机和多层交换机。

（1）第二层交换机第二层交换机工作在OSI参考模型的第二层，即数据链路层。

它依据数据帧中的目的MAC地址进行数据帧的线速交换。

第二层交换机不具有路由功能。

但具有虚拟网功能，可以划分VLAN，但不同的VLAN成员之间不能直接通信，只能通过路由器来完成。

（2）第三层交换机第三层交换机是工作在网络层的设备。

它将二层交换技术和路由技术有机地结合为一体。

可以说，第三层交换机是具有路由功能的二层交换机。

第三层交换机依据数据包中的目的IP地址，进行路径选择和快速的数据包交换。

它可以实现不同逻辑子网、不同VLAN 之间的通信。

在第三层交换机中，增加了一个第三层交换模块，由该模块完成路径选择功能。

而第三层交换机的数据交换仍由第二层交换模块完成。

由于第三层交换机采用了“一次路由，多次交换”技术，又由于其交换功能主要依赖于硬件实现，所以第三层交换机的数据转发速度比传统路由器快。

第三层交换机是为IP设计的，第三层交换机所支持的路由协议比路由器少，它主要支持内部网关协议（RIP，OSPF）。

七虚拟局域网VLAN技术1 VLAN的基本概念虚拟网VLAN是以交换式网络为基础，把网络上用户的终端设备划分为若干个逻辑工作组，每个逻辑工作组就是一个VLAN。

虚拟网技术提供了动态组织工作环境的功能。

它简化了网络的物理结构，提高了网络的易管理性和安全性，提高了网络的性能。

2 VLAN的技术特性（1）VLAN工作在数据链路层（2）每个VLAN都是一个独立的逻辑网段，一个独立的广播域。

VLAN的广播信息仅发送给同一个VLAN的成员。

（3）每个VLAN又是一个独立的逻辑网络，它们都有唯一的子网号。

VLAN之间不能直接通信，必须通过第三层路由完成。

3 VLAN的标识VLAN通常用VLAN ID（VLAN号）和VLAN name（VLAN 名）标识。

VLAN ID用12位表示。

VLAN name用32个字符表示。

4 VLAN Trunk虚拟局域网中继（VLAN Trunk）技术是交换机与交换机之间、交换机与路由器之间存在一条物理链路，而在这一条物理链路上要传输多个VLAN信息的一种技术。

VLAN Trunk的标准机制是帧标签。

帧标签为每个帧指定一个惟一的VLAN ID作为识别码，表明该帧是属于哪个VLAN 的。

在交换设备之间实现Trunk功能，必须遵守相同的VLAN协议。

目前在交换设备中常用的VLAN协议有① ISL，② IEEE 802.10 ③ IEEE 802.1Q。

IEEE 802.1Q应用最广泛。

5 划分VLAN的方法划分VLAN是通过使用软件在整个网络范围内定义VLAN成员实现的，目前常用的划分VLAN方法有如下三种：（1）基于端口划分VLAN基于端口划分VLAN，就是按交换机端口定义VLAN成员，每个交换机端口属于一个VLAN。

它由网络管理员静态指定VLAN到交换机的端口，这些连接端口会维护指定的VLAN 设置，直到管理员重新改变它。

这种方法又称为静态VLAN，是一种最通用的VLAN划分方法。

（2）基于MAC地址基于MAC地址划分VLAN是按每个连接到交换机设备的MAC地址定义VLAN成员。

由于它可以按终端用户划分VLAN，所以又常把它称为基于用户的VLAN划分方法。

这种划分方法常需要一个保存VLAN管理数据库的VLAN配置服务器。