第5章 交换与虚拟局域网课件.ppt

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1、计算机网络技术与基础实训第第5章章 交换与虚交换与虚拟局域网拟局域网 学习要点学习要点 了解交换式以太网的特点了解交换式以太网的特点 掌握以太网交换机的工作过程和数据传输掌握以太网交换机的工作过程和数据传输方式方式 掌握以太网交换机的通信过滤、地址学习掌握以太网交换机的通信过滤、地址学习和生成树协议和生成树协议 掌握掌握VLAN的组网方法和特点的组网方法和特点 5.1 交换式以太网的提出交换式以太网的提出 1共享式以太网存在的主要问题共享式以太网存在的主要问题 覆盖的地理范围有限。 网络总带宽容量固定。 不能支持多种速率。2交换的提出交换的提出 利用“分段”的方法解决共享式以太网存在的问题。

2、段与段之间通过一种“交换”设备进行沟通。这种交换设备可以将在一段接收到的信息，经过简单的处理转发给另一段。5.2 以太网交换机的工作原理以太网交换机的工作原理 典型的局域网交换机是以太网交换机。以太网交换机可以通过交换机端口之间的多个并发连续，实现多节点之间数据的并发传输。这种并发数据传输方式与共享式以太网在某一时刻只允许一个节点占用共享信道的方式完全不同。5.2 以太网交换机的工作原理以太网交换机的工作原理 1交换机的功能交换机的功能 交换机是一种智能设备，交换机工作在物理层和MAC子层。交换机遵循着网桥的工作原理。 交换机通过细分网段，提高了网络的带宽；通过在网段间发帧，又可以扩大以太网的

3、范围。有时称交换机（或网桥）为物理层与MAC子层的网络互连设备。所以说，交换机是一种真正意义上的以太网连接设备。 利用交换机，可以组成各种局域网。5.2 以太网交换机的工作原理以太网交换机的工作原理 2交换机的工作原理交换机的工作原理（1）交换机的基本原理:多端口网桥。（2）交换机的组成原理 组成主要包括控制逻辑，交换机构和输入/输出端口。（3）交换机构的实现 由普通的CPU运行软件，对存储在存储器中的帧进行处理的方式 由VLSI芯片构成交换矩阵，用专用的ASIC芯片进行控制的方式 采用共享型存储器结构，适于制作厢体型交换机的交换模块 （4）交换机的结构（一般类似于PC机 ）（5）交换机的交换

4、方式 存储转发交换方式。 穿通交换方式。 碎片丢弃交换方式。 5.2 以太网交换机的工作原理以太网交换机的工作原理 3交换机分类交换机分类（1）按照交换机的速率分类，基本上可以分为10Mbps、10M/100Mbps自适应和1Gbps交换机。（2）按照可扩性分类，可以分为单体交换机和可堆叠交换机。（3）按照端口可扩展性分，可以分为固定端口交换机、可扩展端口交换机和厢体模块式交换机。（4）按照交换机所处的地位可以分为企业级交换机、部门级交换机和工作组交换机。5.2 以太网交换机的工作原理以太网交换机的工作原理 4三层交换机三层交换机 三层交换的基本思想是使交换机具有路由功能，这样的交换机称为路由

5、交换机。 从另一个角度考虑，也可以使路由器具有交换功能，这样的路由器称为交换路由器，又称为标记交换路由器。标记交换机路由器对进入的IP分组（第3层）进行分析，可以分为两类。一类是短信息流，可以在路由器转发到下一个路由器。另一类是长信息流，长信息流都是到同一目的地的分组，对这样的分组打上一个标记，然后根据帧的MAC地址，形成一个转发表，按照标记在第二层进行交换。 实现三层交换有多种方式，包括标记交换、IP交换、IP导航等，但基本思想都是相似的，人们把用三层交换技术实现交换功能的交换机称为三层交换机。5.3 以太网交换机的工作过程以太网交换机的工作过程 以太网交换机的工作过程以太网交换机的工作过程

6、交换机的结构与工作过程 5.3 以太网交换机的工作过程以太网交换机的工作过程 5.3.1 数据转发方式数据转发方式 1 直接交换直接交换 在直接交换方式中，交换机边接收边检测。一旦检测到目的地址字段，就立即将该数据转发出去，而不管数据是否出错，出错检测任务由节点主机完成。2存储转发交换存储转发交换 在存储转发方式，交换机首先要完整的接收站点发送的数据，并对数据进行差错检测。如接收数据是正确的，再根据目的地址确定输出端口号，将数据转发出去。3改进的直接交换改进的直接交换 改进的直接交换方式将直接交换与存储转发交换结合起来，在接收到数据的前64字节之后，判断数据的头部字段是否正确，如果正确则转发出

7、去。5.3 以太网交换机的工作过程以太网交换机的工作过程 5.3.2 地址学习地址学习 通常，以太网交换机利用“地址学习”法来动态建立和维护端口/MAC地址映射表。 以太网交换机的地址学习是通过读取帧的源地址并记录帧进入交换机的端口进行的。当得到MAC地址与端口的对应关系后，交换机就将该对应关系添加到地址映射表；如果已经存在，交换机将更新该表项。因此，在以太网交换机中，地址是动态学习的。只要这个节点发送信息交换机就能捕获到它的MAC地址与其所在端口的对应关系。 在每次添加或更新地址映射表的表项时，添加或更改的表项被赋予一个计时器。这使得该端口与MAC地址的对应关系，该表项将被交换机删除。通过移

8、走过时的或老的表项，交换机维护了一个精确且有用的地址映射表。5.3 以太网交换机的工作过程以太网交换机的工作过程 5.3.3 通信过滤通信过滤 交换机建立起端口/MAC地址映射表之后，它就可以对通过的信息进行过滤了。以太网交换机在地址学习的同时还检查每个帧，并基于帧中的目的地址做出是否转发或转发到何处的决定。5.3 以太网交换机的工作过程以太网交换机的工作过程 5.3.4 生成树协议生成树协议 生成树协议STP计算无环路的最佳路径，当发现环路时，可以相互交换信息，并利用这些信息将网络中的某些环路断开，从而维护一个无环路的网络，以保证整个局域网在逻辑上形成一种数型结构，产生一个生成树。交换机按照

9、这种逻辑结构转发信息，保证网络上发送的信息不会绕环旋转。5.4 虚拟局域网虚拟局域网 虚拟局域网VLAN是由一些局域网网段构成的与物理位置无关的逻辑组，而这些网段具有某些共同的需求。右图为使用三个交换机的虚拟局域网。 5.4 虚拟局域网虚拟局域网 5.4.1 共享式以太网与共享式以太网与VLAN （a）交换机将共享式以太网分段 （b）VLAN分段更加灵活5.4 虚拟局域网虚拟局域网5.4.2 VLAN的组网方法的组网方法 1.静态静态VLAN 静态VLAN就是静态地将以太网交换机上的一些端口划分给一个VLAN。这些端口一直保持这种配置关系直到人工改变它们。 虚拟局域网既可以在单台交换机中实现，

10、也可以跨越多个交换机。5.4 虚拟局域网虚拟局域网 5.4.2 VLAN的组网方法的组网方法 1.静态静态VLANVLAN可以跨越多台交换机 尽管静态尽管静态VLAN需要网络管理员通过配置交换机软件来改变其需要网络管理员通过配置交换机软件来改变其成员的隶属关系，但它们有良好的安全性，配置简单应可以直接监成员的隶属关系，但它们有良好的安全性，配置简单应可以直接监控，因此，很受网络管理人员的欢迎。特别是站点设备位置相对稳控，因此，很受网络管理人员的欢迎。特别是站点设备位置相对稳定时，应用静态定时，应用静态VLAN是一种最佳选择。是一种最佳选择。 5.4 虚拟局域网虚拟局域网 5.4.2 VLAN的

11、组网方法的组网方法 2.动态动态VLAN 所谓的动态VLAN是指交换机上VLAN端口是动态分配的。通常，动态分配的原则以MAC地址、逻辑地址或数据包的协议类型为基础。 如果以MAC地址为基础分配VLAN，网络管理员可以通过指定具有那些MAC地址的计算机属于哪一个VLAN进行配置（例如MAC地址为00-30-80-7C-F1-21、52-54-4C-19-19-3D-03和00-50-BA-27-5D-A1的计算机属于VLAN1），不管这些计算机连接到哪个交换机的端口。这样，如果计算机从一个位置移动到另一个位置，连接的端口从一个换到另一个，只要计算机的MAC地址不变（计算机使用的网卡不变），它仍

12、将属于原VLAN的成员，无须网络管理员对交换机软件进行重新配置。5.4 虚拟局域网虚拟局域网5.4.3 VLAN的优点的优点减少网络管理开销控制广播活动提供较好的网络安全性5.5 组建虚拟局域网组建虚拟局域网 5.5.1 交换式以太网组网交换式以太网组网 交换式以太网的组网需要使用以太网交换机，尽管它们内部的工作机理相差甚远，但它们都具有RJ-45端口，计算机与集线器的这些共同点，使交换式以太网的组网更加容易。 由于交换机的端口速率可以不同，所以10/100Mbit/s自适应交换机有更大的灵活性。它既可以连接装有10M网卡的计算机，也可以连接装有100M网卡的计算机。 5.5 组建虚拟局域网组

13、建虚拟局域网 5.5.1 交换式以太网组网交换式以太网组网 因为计算机通过UTP电缆直接连入以太网交换机端口，所以将前面组装的共享式以太网中的集线器换成交换机，UTP电缆、计算机、网卡等其他组建完全不变，就可以简单地组成一个实验性的交换式网络。又因为交换机的一个端口可以连接一个网段，所以也可以将以前组装的共享式以太网作为一个整体连入交换机的一个端口，组成交换式以太网，与集线器的级联相同。在集线器与交换机的级联中同样需要考虑使用什么样的端口级联，使用直通UTP电缆还是交叉UTP电缆等问题。5.5 组建虚拟局域网组建虚拟局域网 5.5.2 在在Cisco2950交换机上划分交换机上划分VLAN 1

14、线缆连接及属性设置线缆连接及属性设置 通过终端控制台查看和修改交换机的配置需要一台PC机或一台简易的终端，但是该PC机或简易终端应该能够仿真VTl00终端。实际上，Windows Server 2003中的“超级终端”软件就可以对VTl00终端进行仿真。 PC机或终端需要一条电缆进行连接，通常该电缆与交换机一起发售。它一端与以太网交换机的控制台端口相连，另一端与PC机或终端的串行口（DB9口或DB25口）相连。 5.5 组建虚拟局域网组建虚拟局域网 5.5.2 在在Cisco2950交换机上划分交换机上划分VLAN 2查看端口查看端口/MAC地址映射表地址映射表 （1）键入enable命令并输

15、入相应的口令，以太网交换机将进入特权模式。（2）键入show mac-address-table命令，交换机送回当前存储的端口/MAC地址映射表。 观察端口/MAC地址映射表，看一看计算机连的端口与该表给出的结果是否一致。 5.5 组建虚拟局域网组建虚拟局域网 5.5.2 在在Cisco2950交换机上划分交换机上划分VLAN3查看交换机的查看交换机的VLAN配置配置 查看交换机的VLAN配置可以使用show vlan命令。交换机返回的信息显示了当前交换机配置的VLAN个数、VLAN编号、VLAN名字、VLAN状态以及每个VLAN所包含的端口号。 5.5 组建虚拟局域网组建虚拟局域网 5.5.

16、2 在在Cisco2950交换机上划分交换机上划分VLAN 4添加添加VLAN（1）利用vlan database命令进入交换机的VLAN数据库维护模式。（2）利用vlan 0001 name VLAN1通知交换机需要建立一个编号为0001、名字为VLAN1的虚拟网络。（3）使用exit退出VLAN数据库维护模式。 同样方式添加VLAN2。 添加VLAN之后，可以使用“show vlan”再次查看交换机的VLAN配置，确认新的VLAN已经添加成功。 5.5 组建虚拟局域网组建虚拟局域网 5.5.2 在在Cisco2950交换机上划分交换机上划分VLAN5为为VLAN分配端口分配端口 以太网交换

17、机通过把某些端口分配给一个特定的VLAN来建立静态虚拟网。将某一端口（例如端口1）分配给某一个VLAN的过程如下。（1）configure terminal命令进入配置终端模式。（2）利用interface Fa0/1通知交换机配置的端口号为1。（3）使用switchport mode access和switchport access vlan 0001命令把交换机的端口1分配给VLAN1。（4）执行exit命令退出配置终端模式。 同样，将端口2分配给VLAN1，将端口9分配给VLAN2。 5.5 组建虚拟局域网组建虚拟局域网 5.5.2 在在Cisco2950交换机上划分交换机上划分VLAN

18、6验证验证VLAN的通信性能的通信性能 利用show vlan命令显示交换机的VLAN配置信息，端口1、端口2和端口9将分别出现在VLAN1和VLAN2中。 5.5 组建虚拟局域网组建虚拟局域网 5.5.2 在在Cisco2950交换机上划分交换机上划分VLAN7删除删除VLAN 当一个VLAN的存在没有任何意义时，可以将它删除，删除VLAN的步骤如下：（1）利用vlan database命令进入VLAN数据库管理模式。（2）执行no vlan 0001命令将VLAN1从数据库中删除。（3）使用exit命令退出VLAN数据管理模式。 注意，在一个VLAN删除后，原来分配给这个VLAN的端口将处

19、于非激活状态，它们不会自动分配给其他VLAN。只有把它们再次分配给另一个VLAN，才能激活它们。 5.6 练习题练习题 一、填空题一、填空题1以太网交换机的数据转发方式可以分为 、 和 3类。2交换式局域网的核心设备是 。3交换机是一种智能设备，交换机工作在 和 。4交换机的组成主要包括 、 和 。 5三层交换机把路由模块与交换模块放在同一个交换总线上，使之结合的更加紧密，同时对实现路由功能的软件进行优化，通过第 层交换实现了第 层的路由功能。6VLAN的组网方法包括 和 两种。5.6 练习题练习题 二、选择题二、选择题（1）以太网交换机中的端口/MAC地址映射表（ ）。A是由交换机的生产商建

20、立的B是交换机在数据转发过程中通过学习动态建立的C是由网络管理员建立的D是由网络用户利用特殊的命令建立的（2）下面哪种说法是错误的？A以太网交换机可以对通过的信息进行过滤B在交换式以太网中可以划分VLANC以太网交换机中端口的速率可能不同 D利用多个以太网交换机组成的局域网不能出现环路5.6 练习题练习题 三、简答题三、简答题1简述以太网交换机的工作过程。2简述虚拟局域网的优点。5.7 拓展训练拓展训练 交换机的了解与基本配置交换机的了解与基本配置 一一. 实训目的实训目的 熟悉Cisco Catalyst 2950交换机的开机界面和软硬件情况。 掌握对2950交换机进行基本的设置。 了解2950交换机的端口及其编号。二二. 实训内容实训内容 通过Console口连接到交换机上，观察交换机的启动过程和默认配置。 了解交换机启动过程所提供的软硬件信息。 对交换机进行一些简单的基本配置。5.7 拓展训练拓展训练 交换机的了解与基本配置交换机的了解与基本配置四四. 实训步骤实训步骤 12950交换机的启动 22950交换机的基本配置 3配置2950交换机的端口属性