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1、第3 章 交换机的基本配置,交换机的分类,从网络覆盖范围划分 广域网交换机 应用于电信城域网互联、互联网接入等领域的广域网中，提供通信用的基础平台 局域网交换机 应用于局域网，用于连接终端设备，提供高速独立通信通道 这种交换机就是我们常见的交换机，也是我们学习的重点,局域网交换机的主要分类标准,按传输介质和速度划分：以太网交换机、快速以太网交换机、千兆以太网交换机、10千兆以太网交换机、FDDI交换机、ATM交换机和令牌环交换机等 按应用的规模划分：企业级交换机、部门级交换机和工作组交换机 按结构划分：固定端口交换机和模块化交换机,局域网交换机的主要分类标准,按工作的协议层次划分：第二层交换机
2、、第三层交换机和第四层交换机 第二层交换机：OSI参考模型的第二层，每个端口拥有自己的冲突域；如果具有虚拟局域网的功能，则每个虚拟局域网是一个广播域 第三层交换机：根据目的IP地址转发数据报，必须建立和维护路由表，它能做到“一次路由，多次交换” 第四层交换机：可以解释第四层的传输控制协议和用户数据报协议信息，这样可以“智能化”地处理网络中的数据，最大限度地避免拥塞，提高带宽利用率,第二层交换,第三层交换,第四层交换,交换机的逻辑示意图,交换机可被看成一具有M个输入链路和N个输出链路的设备，链路连接到交换机的端口，用M*N交换机来表示 在大多数情况下，M和N是相等的，比如交换机的链路是全双工时,
3、为什么要使用交换机,共享信道LAN的缺点 冲突域中的多个站点同时发送会造成冲突 网络中站点越多，冲突现象越严重；网络总带宽BW ，由于共享信道使得每个站点的平均拥有带宽为BW/n 解决的方法 提高网络传输速度没有从根本上解决问题 网络分段（微网段化） 减少每个网段中站点的数量, 使冲突的概率减小 增加了网络的总体带宽 实现网络分段的设备：网桥、交换机、路由器 网桥和交换机可以隔离冲突域 路由器不仅可以隔离冲突域，还能隔离广播域,微网段化,交换机通过内部的交换矩阵把网络划分为多个网段（微网段化）每个端口为一个冲突域 交换机能够同时在多对端口间无冲突地交换帧,交换机的网络总带宽,若交换机每个端口带
4、宽为BW，则交换机的 网络总带宽 (BW*n)/2 BW*n*2 n8，BW=10Mb/s时，网络总带宽最高可达160Mb/s 连接到交换机端口上的每台计算机的带宽为10Mb/s 比较： 10Mb/s 的8口集线器构成的网络（连接了8台计算机） 网络总带宽仍为10Mb/s 网络中每台计算机的带宽为1.25Mb/s,网络分段示意,广播域,独立的冲突域,独立的冲突域,交换机,HUB,冲突域/广播域,网段2,网段1,总带宽: BW*2 结点带宽: BW/4,总带宽: BW 结点带宽: BW/8,交换机的背板带宽,也叫交换带宽，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 背板带宽标志了
5、交换机总的数据交换能力，单位为Gbps，一般的交换机的背板带宽从几Gbps到上百Gbps 一台交换机的背板带宽越高，所能处理数据的能力就越强，但成本也会越高 线速的背板带宽 考察交换机上所有端口能提供的总带宽，计算公式为端口数*相应端口速率*2（全双工模式） 如果总带宽标称背板带宽，那么在背板带宽上是线速的,交换机的交换结构,总线交换 所有输入端口和输出端口都连接到高速背板总线上 一个总线控制器或者仲裁单元轮流从输入端口选择分组，保证在某个时刻只有一个分组出现在高速总线上 要求总线的交换速度等于所有输入链路的速度之和，因此支持的端口数目是相对有限的 便于堆叠扩展，易于监 控和管理，易于实现帧
6、的广播，易于实现多个 输入对一个输出的传送,交换机的交换结构,共享内存交换 共享缓冲区是一个由许多缓冲区组成的缓冲区池，缓冲区通过多个链表连接起来，每个链表对应着一个输出端口，同时有一个空闲链表，包括那些还没有使用的缓冲区 每个时槽时刻： 输出端口对应的那些链表的头部所指的分组交换到对应的输出端口，并且将对应的缓冲区移到空闲链表中； 如果输入端口有分组到来，从空闲链表中取一个缓冲区，然后放到相应目的端口对应的链表中 能够有效地提高缓冲区 的利用率，但交换逻辑 的速度必须等于所有输 入链路的速度之和,交换机的交换结构,矩阵交换结构 帧自输入端输入后，根据地址表找到输出端口号，然后在交换矩阵中找到
7、一条路径 但输入端口大于输出端口时，会产生拥塞现象，必须增加缓冲区 结构紧凑，交换速度快，延迟时间短 但不便于简单堆叠而扩展端口数和带宽 NN CROSSBAR交换机中，每个输入端口和输出端口之间通过一个交换点（纵横点）连接 纵横点合上时，对应的输入链路和输出链路是连通的 如果纵横点被打开，则对应的输入链路和输出链路是断开的,交换机的堆叠和级联,当单一交换机提供的端口数量不能满足需求时，就必须有两个以上的交换机，这也就要涉及到交换机之间的连接问题 交换机之间的连接有两种方式：堆叠和级联,交换机的级联,级联的设备在逻辑上是独立的，如果想要网管这些设备，就必须依次连接到每个设备 使用Uplink端
8、口和普通端口级联；光纤端口没有堆叠的能力，只能用于级联 多个设备级联会产生级联瓶颈 级联还有一个堆叠达不到的目 的，是增加连接距离,交换机的堆叠,提供堆叠接口的交换机之间可以通过专用的堆叠线连接 多台交换机的堆叠是靠一个提供背板总线带宽的多口堆叠母模块与单口的堆叠子模块相联实现的，并插入不同的交换机实现交换机的堆叠 不是所有的交换机都支持堆叠，这取决于交换机的品牌和型号 同一叠堆中的交换机必须是同一品牌，否则没有办法堆叠 堆叠的带宽是交换机端口速率的几十倍 一个叠堆的若干台交换机可视为一台交换机进行管理，只需赋予1个IP地址，就可以通过该IP地址对所有的交换机进行管理,交换机的堆叠,菊花链式堆
9、叠 星型堆叠,交换机的堆叠,厢体模块式架构是堆叠集成架构的进一步发展 每一个单独的交换机以模块形式插入厢体中的模板上,交换机的前面板图,Catalyst WS 2924-XL交换机的前面板图,MAC地址表,交换机内的MAC地址表描述了到达每个站点的途径 MAC地址表主要由端口号和站点MAC地址组成 工作原理 对于从端口收到的每个帧，查看其目的MAC地址，并与MAC地址表对照： 若目的MAC地址在接收端口的表项中，则丢弃报文过滤 若目的MAC地址在某一端口的表项中，则把帧转发到与该端口连接的网段交换（转发） 若目的MAC地址不在表中，则向接收端口外的其它所有端口广播该帧广播,建立MAC地址表,M
10、AC地址表,0260.8c01.1111,0260.8c01.2222,0260.8c01.3333,0260.8c01.4444,E0,E1,E2,E3,A,B,C,D,初始MAC地址表为空,0260.8c01.1111,0260.8c01.2222,0260.8c01.3333,0260.8c01.4444,E0: 0260.8c01.1111,E0,E1,E2,E3,D,C,B,A,MAC地址表,A发送消息给C A的MAC地址（源地址）和交换机的E0端口进行映射,建立MAC地址表,0260.8c01.1111,0260.8c01.2222,0260.8c01.3333,0260.8c01
11、.4444,E0: 0260.8c01.1111,E3: 0260.8c01.4444,E0,E1,E2,E3,D,C,A,B,MAC地址表,建立MAC地址表,D发送消息给C D的MAC地址（源地址）和交换机的E3端口进行映射,0260.8c01.1111,0260.8c01.2222,0260.8c01.3333,0260.8c01.4444,E0: 0260.8c01.1111,E3: 0260.8c01.4444,E0,E1,E2,E3,D,C,A,B,MAC地址表,建立MAC地址表,D发送消息给A,可寻址的内容存储器,MAC地址表中的MAC地址和端口的映射是动态的，并存储在可寻址的内容
12、存储器中（CAM，content-addressable memory) 每次存储都加上时间标记，对于过时的地址将被删除，从而维护一个精确的MAC地址表,对称和非对称交换机,根据交换机端口的带宽来划定 对称交换机 所有端口带宽相同 非对称交换机 端口带宽不相同,提问,采用非对称交换机连网会带来什么问题？,存储器缓冲区,为解决非对称交换机带来的传输问题，交换机可以使用存储器缓冲区来存储数据 两种方式 基于端口存储器缓冲区: 享存储器缓冲区,三种转发方式,是指交换机传输数据的方式，有三种 存储转发（Store and forward） 整个帧完整接收后，对帧进行差错检验，然后再进行转发操作 优点：
13、进行差错校验，错误不会扩散到目的网段 缺点：延迟比较大 直通转发（Cut-through） 只要收到帧的前6个字节（目的MAC地址），就开始进行转发操作 优点：交换延迟小 缺点：无法进行差错校验，帧错误会扩散到目的网段 无碎片直通转发（Fragment free cut-through） 接收到一帧的前64字节后，再进行转发操作。小于64字节的帧不转发 帧出错的主要原因是冲突，而以太网的帧至少为64B；64字节的帧必然是冲突造成的帧碎片（错误帧） 优点：交换速度较快，并且降低了错误帧转发的概率 缺点：长度大于64字节的错误帧仍会转发，转发延时大于直通转发,三种转发方式,如下冗余拓扑结构会产生什
14、么后果？,网段 1,网段 2,主机 X,路由器 Y,提问,冗余拓扑,各公司和组织越来越依赖计算机网络进行工作，如果网络瘫痪了，就会蒙受巨大损失，解决的办法是冗余拓扑 冗余拓扑使网络具有容错能力，可靠性大大提高 但基于交换机的冗余拓扑，容易受到广播风暴、帧的反复重传和MAC地址表不稳定的影响,广播风暴,网段 1,网段 2,主机 X,路由器 Y,广播,交换机 A,交换机 B,主机X发送了一个广播,网段 1,网段 2,主机 X,路由器 Y,交换机 A,交换机 B,广播,主机X发送了一个广播,广播风暴,广播,两个交换机一次又一次地转发广播，最后导致广播风暴,网段 1,网段 2,主机 X,路由器 Y,交
15、换机 A,交换机 B,广播风暴,MAC地址表不稳定,多环路问题,多环路问题,多环路问题,解决办法：采用生成树协议,配置信息来源,配置信息来源,配置信息来源,超级终端,配置信息来源,查看有限的交换机信息 命令提示符 交换机名 如：hostname,用户执行模式（User EXEC mode)简称用户模式,用户模式,支持调试和测试命令，支持对交换机的详细检查 由此模式进入全局配置模式 命令提示符 交换机名# 如：hostname#,特许执行模式（Privileged EXEC mode)简称特许模式，有时又叫使能模式（Enabled EXEC mode),特许模式,特许模式,提供了强大的单行命令，
16、配置交换机的全局属性 由此模式进入其它的配置模式 命令提示符 交换机名（config)# 如：hostname(config)#,全局配置模式（Global configuration mode),全局配置模式,按 Tab 键,全局配置模式,配置接口的相关属性 命令提示符 交换机名（config-if)# 如：hostname(config-if)# 例如： Switch(config)# interface e0/1 (int fa0/1) Swicht(config-if)#,接口配置模式（Interface configuration mode),接口配置模式,接口配置模式,Switch#show interfaces,Switch#show version,Show命令,Switc
