交换机工作原理与交换机基本配置.ppt
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1、交换机工作原理与交换机基本配置学习目标:冲突和广播冲突和广播1、冲突及冲突域 在网络中所有节点在任何需要的时候都可以发送数据,而共享式以太网却努力确保任一时刻只有一个节点发送数据。但是,两个节点却有可能同时发送数据,例如图中的节点A和节点C。BAC冲突(collision)冲突是传统以太网中的一种现象。如果2台或者多台设备试图同时发送数据,那么就会发生冲突。一个网络中冲突太多的时候,会导致缓慢的网络响应时间,表示网络变得过于拥塞冲突域 构成冲突的所有节点组成的区域就是冲突域。即一个支持共享介质的网段。集线器不能隔离冲突域,因此集线器所有的端口同在一个冲突域。交换机能隔离冲突域,交换机每个端口一
2、个冲突域。2、广播及广播域 LAN上的所有节点都应该接收和处理送往广播地址的帧,发往广播地址的帧将发送到 LAN 上的所有节点。BACFFFF.FFFF.FFFF DATA目标目标MAC地址地址广播帧广播帧广播(Broadcast)在网络传输中,向所有连通的节点发送消息称为广播。广播域广播帧传输的网络范围称广播域,即网络中能接收任何节点发出的广播报文的所有节点的集合。交换机不能隔离广播域,因此,一个网络中的交换机的所有端口在同一广播域。路由器能隔离广播域,因此,一个路由器的不同端口处于不同的广播域交换式局域网以交换机(switch)构建的星形网络Switch基于MAC地址转发/过滤利用CSMA
3、/CD机制来避免冲突利用缓存机制来解决端口冲突支持全双工例如,图中显示了交换机内数据的流动情况。例如,图中显示了交换机内数据的流动情况。假定节点假定节点 1 向节点向节点 4 发发送数据,节点送数据,节点 2 和节点和节点 3 并不知道上述数据的传输,因为这些数据并并不知道上述数据的传输,因为这些数据并没有传到这两个端口上。没有传到这两个端口上。交换机的分段给网络上每个用户提供了专用带宽,每个用户即刻接交换机的分段给网络上每个用户提供了专用带宽,每个用户即刻接入到全部带宽,且不必和其他用户竞争可用带宽。入到全部带宽,且不必和其他用户竞争可用带宽。交换机功能交换机帧处理过程交换机帧处理过程 交换
4、机对帧处理的5个过程包括:学习(learning)、泛洪(flooding)、转发(forwarding)、过滤(filtering)、老化(aging)学习学习交换机的学习指的是地址学习过程。交换机会记录发送源的源 MAC 地址和源端口,这个过程就是学习过程。交换机只学习单播源地址。假设工作站假设工作站 A 欲传输单播帧到工作站欲传输单播帧到工作站 D,交换机从端口,交换机从端口 E0 收到这个帧收到这个帧并查看帧的源并查看帧的源 MAC 地址,然后把这个地址和对应端口地址,然后把这个地址和对应端口E0 放进放进 MAC 地地址表中。址表中。泛洪泛洪当工作站 A 发送帧给 D 的时候,交换机
5、会查看帧的目标 MAC 地址并看其 MAC 地址表里有没有该条目,但是此时交换机只有 A 的MAC地址,并没有目标 D 的 MAC 地址,即此时交换机收到的是未知单播帧,交换机将把未知单播帧从它的所有端口(除了源端口外)发送,交换机将把未知单播帧从它的所有端口(除了源端口外)发送,这个过程就叫泛洪这个过程就叫泛洪。除了泛洪未知单播帧,交换机还会泛洪另外两种类型的帧:广播帧和组播帧。除了泛洪未知单播帧,交换机还会泛洪另外两种类型的帧:广播帧和组播帧。转发或过滤转发或过滤如果到达交换机的帧目标地址是已知的,交换机则只会将帧转发给连接目标工作站的特定端口,而不是转发给所有端口。即对该特定端口为转发,
6、其他端口称为过滤。如:工作站如:工作站 A 将帧送往工作站将帧送往工作站 B 的过程如下:的过程如下:将发送帧的目标将发送帧的目标MAC地址地址0260.8c01.2222与与MAC表中的表项进行比较;表中的表项进行比较;查到该地址可通过查到该地址可通过E1端口到达端口到达,将帧转发到该端口;将帧转发到该端口;交换机不会再将帧转发到交换机不会再将帧转发到E2、E3端口,即过滤端口,即过滤(frame filtering)以节省链路带宽。以节省链路带宽。老化(或称计时)老化(或称计时)当交换机学习到某个源 MAC 地址之后,它会给这个条目打上时间戳。每当交换机收到来自这个源 MAC 地址的帧之后
7、,这个时间戳会被更新。当老化计时器(aging timer)超时之后还没有收到来自该源 MAC 地址的帧,那么这个条目就会从桥接地址表里移除。老化计时器的默认时间为5分钟,可以人工对其进行修改。交换机结构1、交换机的组成部件 交换机实际上就是一台特殊用途的计算机,它的内部也有交换机实际上就是一台特殊用途的计算机,它的内部也有CPU、内存和主板,只不过这些部件是专门为数据交换而设计的。内存和主板,只不过这些部件是专门为数据交换而设计的。我们通常所说的交换机的背板带宽有点类似于电脑主板上的总线,我们通常所说的交换机的背板带宽有点类似于电脑主板上的总线,是交换机接口处理器(或接口卡)和数据总线间所能
8、吞吐的最大数据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。一台交换机的背板带宽越高,处理数据的能力就越强,同时价格量。一台交换机的背板带宽越高,处理数据的能力就越强,同时价格也越高。也越高。交换机除了和我们熟知的传统的交换机除了和我们熟知的传统的PC机有类似的体系结构外,它还机有类似的体系结构外,它还和和PC机一样拥有相应的操作系统。机一样拥有相应的操作系统。2、交换机的组成部件 以Cisco交换机为例来了解交换机结构。Cisco交换机是由CPU、RAM、NVRAM、FLASH、ROM和一些相应的接口通过内部总线相连而构成。CPU(中央处理器)(中央处理器)相当于相当于PC
9、的的CPU,是交换机的大脑,负责整个系统的计算和控制。,是交换机的大脑,负责整个系统的计算和控制。ROM(只读存储器)(只读存储器)相当于相当于PC的的BIOS(基本输入输出系统),存放引导程序和(基本输入输出系统),存放引导程序和IOS的一个最小子集。的一个最小子集。它是只读存储器,系统掉电程序不会丢失。它是只读存储器,系统掉电程序不会丢失。Flash(闪存)(闪存)相当于相当于PC的硬盘,它包含操作系统(的硬盘,它包含操作系统(IOS)和其他伪代码。它是一种可擦写、可)和其他伪代码。它是一种可擦写、可编程的存储器,系统掉电程序不会丢失。编程的存储器,系统掉电程序不会丢失。NVRAM(Non
10、volatile RAM,非易失性随机存取存储器)非易失性随机存取存储器)相当于相当于PC的第二块硬盘,专门存放交换机的配置文件。系统掉电程序不会丢失。的第二块硬盘,专门存放交换机的配置文件。系统掉电程序不会丢失。RAM/DRAM(随机存储器(随机存储器/动态存储器)动态存储器)相当于相当于PC的内存,是交换机主要的存储部件,的内存,是交换机主要的存储部件,RAM也叫做工作存储器,它包含动也叫做工作存储器,它包含动态的配置信息。系统掉电态的配置信息。系统掉电RAM的内容会丢失。的内容会丢失。Interfaces(接口(接口/端口)端口)相当于相当于PC的网卡,接口(的网卡,接口(Interfa
11、ce)是数据分组进出交换机的网络连接。)是数据分组进出交换机的网络连接。交换机的启动过程交换机启动时首先对系统各部分的硬件进行检测,交换机启动时首先对系统各部分的硬件进行检测,然后检查启动配置文件,根据配置文件指定的引然后检查启动配置文件,根据配置文件指定的引导路径去寻找操作系统,最后从导路径去寻找操作系统,最后从NVRAMNVRAM中将配置文中将配置文件加载到件加载到RAMRAM,如果没有配置就进入系统的初始配,如果没有配置就进入系统的初始配置状态。置状态。Cisco IOS基础1、Cisco IOS软件的目的 与计算机一样路由器或交换机需要操作系统才能正常工作。Cisco将自己的操作系统称
12、为Cisco互连网络操作系统,或者Cisco IOS软件。它内置于Cisco路由器和Catalyst交换机上。Cisco IOS提供了下列服务:基本的路由选择和交换功能对联网资源可靠和安全的访问网络的可扩展性2 2、Cisco Cisco 设备用户界面设备用户界面Cisco IOS软件使用命令行界面(CLI)作为自己传统的控制台环境。Cisco IOS是一项核心技术,它跨越大多数Cisco产品线,不同设备中Cisco IOS软件的运行细节也有所区别。CLI环境常用下列方式访问:通过控制台会话通过控制台会话 使用低速串行连接,从使用低速串行连接,从PCPC机直接到设备的控制台端口机直接到设备的控
13、制台端口通过通过telnettelnet作为虚拟终端连接到设备作为虚拟终端连接到设备3 3、Cisco Cisco 各种用户界面模式各种用户界面模式Cisco CLI使用了一种分级的结构。这种结构要求进入不同的模式以完成各种特定的任务。Cisco IOS软件提供了一种称为命令执行者(command executive,EXEC)的命令解释器服务,每个命令输入后,EXEC都会验证并执行该命令。Cisco IOS软件将EXEC会话分成了两个访问级别:用户用户EXECEXEC模式模式(使用提示符“”)只查看模式,不允许对配置进行修改只查看模式,不允许对配置进行修改特权特权EXECEXEC模式模式(使
14、用提示符“#”)所有要进行的配置都从特权模式进入所有要进行的配置都从特权模式进入enable4 4、Cisco IOSCisco IOS命令状态命令状态 (1 1)帮助命令)帮助命令“?”字词帮助:紧跟命令字符的后面输入?,系统将显示以 输入字符开始的一系列命令。命令行格式帮助:当你对要输入的关键词或参数没有把 握时,可以用?来代替,记住在?的前面需要插入空格,网络设备就会显示一系列可选的命令选项。在键入命令过程中可以使用“TabTab”键帮助键入未输入完的 命令。5 5、Cisco IOSCisco IOS常用命令常用命令 (2 2)改变状态命令)改变状态命令 (3 3)显示命令)显示命令
15、(4 4)IOSIOS文件管理命令文件管理命令RAMNVRAMconfig terminal控制台或终端控制台或终端TFTP服务器服务器copy run startcopy start runcopy run tftpcopy tftp runcopy tftp startcopy start tftpFLASHcopy tftp flashcopy flash tftperase start垃圾桶垃圾桶IOSIOS文件管理示意图:文件管理示意图:交换机的配置方式交换机的配置方式 控制台:控制台:ConsoleConsole口接终端或运行终端仿真软件(如超级终端)的口接终端或运行终端仿真软件(
16、如超级终端)的PCPC机机 Telnet:Telnet:可以通过可以通过TelnetTelnet配置配置 TFTP TFTP:可以通过:可以通过TFTPTFTP服务器下载配置信息服务器下载配置信息 SNMP SNMP:可以通过一个运行网管软件的工作站来管理配置:可以通过一个运行网管软件的工作站来管理配置除了以上介绍的几种方法外,有些交换机还支持通过除了以上介绍的几种方法外,有些交换机还支持通过Web方式进行配置方式进行配置TelnetTFTPSNMPConsole口接口接口计算机计算机Console端口RJ-45COM端口DB-9RJ-45DB-9连接电缆第一次配置必须通过第一次配置必须通过
17、Console Console 端口进行,只有当通过端口进行,只有当通过 Console Console 端口端口对交换机进行了相应的配置后,我们才可以通过其他的几种方式对它对交换机进行了相应的配置后,我们才可以通过其他的几种方式对它进行配置和管理。进行配置和管理。交换机基础配置 1 1)设主机名和密码)设主机名和密码 hostname switch enable password cisco (注:使用show run可查看到该密码)OR enable secret hngy (注:使用show run查看不到该密码)若设置了enable密码后,交换机要求用户输入完enable命令后,在密码
18、提示符后输入使能(enable)密码来访问特权模式,所以特权模式也叫做使能模式。enable secret密码是非常安全的,因为它使用“MD5”加密,而enable password很容易破解。若同时配置了enable password 和 enable secret,则交换机要求输入enable secret命令所定义的密码,交换机将不接收enable password命令所定义的密码。User模式模式特权特权模式模式使用模式使用模式使能口令使能口令VTY口令口令IP网络网络控制台控制台控制台口令控制台口令线路配线路配置模式置模式IOS对于控制台及Telnet的配置使用术语线路(line)。
19、所以,控制台、Telnet口令要使用线路配置模式进行配置。一旦进入到各自的线路配置模式,就需要配置两个命令:password text 命令定义了在交换机询问口令时必须要输入的字符串;login 命令告诉IOS口令是必须的。2 2)设置)设置ConsoleConsole口、口、TelnetTelnet登录参数登录参数 line con 0 password cisco login line vty 0 4 password cisco login交换机端口配置 1 1、进入端口、进入端口 switch#conf terminal switch(config)#int f0/1 (指定一个端口指
20、定一个端口)switch(config)#int range f0/2 -5 (指定连续的一组端口指定连续的一组端口)switch(config)#int range f0/6,f0/9 (指定不连接的端口指定不连接的端口)激活端口激活端口 switch(config-if)#no shutdown 2 2、配置二层端口、配置二层端口交换机端口默认都是二层端口,在支持三层交换的交换机上,我们可以将每一个端口都配置成路由端口(在进入端口配置状态下,输入“no switchport”命令),如果一个端口已经配置为三层端口,我们可以在其端口状态下,输入“switchport”命令使其恢复为交换端口。
21、示例示例:(若:(若SW3550SW3550中中F0/2F0/2口已配成三层端口,现要恢复口已配成三层端口,现要恢复为二层端口)为二层端口)sw3550#config terminal sw3550(config)#int f0/2 switch(config-if)#switchport 2 2)配置端口描述)配置端口描述 switch(config)#int f0/6 switch(config-if)#description link to vlan2 switch(config)#int f0/7 switch(config-if)#description link to sw3560
22、 f0/24 1 1)配置端口速率及双工模式)配置端口速率及双工模式 switch(config)#int f0/1 (配置一个端口配置一个端口)或或switch(config)#int range f0/2 -5 (配置一组端口配置一组端口)switch(config-if)#speed 100 switch(config-if)#duplex fullfull:全双工:全双工half:半双工:半双工auto:自动:自动 3 3、配置三层端口、配置三层端口在交换机上所说的三层端口,往往指的是在交换机上所说的三层端口,往往指的是VLAN的虚拟接口或三层交换中使的虚拟接口或三层交换中使用了用了“
23、no switchport”命令后的普通物理端口。命令后的普通物理端口。1 1)配置三层交换机端口)配置三层交换机端口IPIP地址地址 示例:示例:sw3560(config)#int f0/1 sw3560(config-if)#ip add sw3560(config-if)#no shut 2 2)配置二层交换机)配置二层交换机VLANVLAN地址地址 示例:示例:sw2950(config)#int vlan 2 sw2950(config-if)#ip add sw2950(config-if)#no shut switch(config)#interface f0/1 switch
24、(config-if)#switchport mode access switch(config-if)#switchport port-security switch(config-if)#switchport port-security mac-address 5 5、端口安全配置、端口安全配置 4 4、监控及维护端口、监控及维护端口交换机基本管理交换机基本管理2)2)保存配置保存配置 现做的配置都记入在现做的配置都记入在RAMRAM中中(running-config(running-config文件文件)若需要保若需要保存所作的配置,需写入启动配置文件存所作的配置,需写入启动配置文件(s
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