交換機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和功能

關(guān)于交換機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和功能第1頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二

前言

交換機(jī)和路由器是局域網(wǎng)中使用的最多的連接設(shè)備。要使一個(gè)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)正常、高效的運(yùn)轉(zhuǎn)，就需要對(duì)交換機(jī)和路由器進(jìn)行正確、合理的配置。因此可以說，網(wǎng)絡(luò)工程技術(shù)人員的水平的高低很大程度體現(xiàn)在交換機(jī)和路由器的配置管理上。第2頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二課程定位本課的定位和任務(wù)：掌握交換機(jī)和路由器的配置和使用；掌握廣義網(wǎng)的知識(shí)。第3頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二課程安排授課時(shí)間：10~15周，共35學(xué)時(shí)；授課方式：理論和實(shí)踐的結(jié)合；復(fù)習(xí)與考試：第4頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二考試1、理論考試：60%；

2、實(shí)驗(yàn)與作業(yè)：30%；

3、考勤：10%第5頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二第一章交換機(jī)的結(jié)構(gòu)和基本功能

1.1.1OSI參考模型與數(shù)據(jù)通信設(shè)備層數(shù)名稱協(xié)議數(shù)據(jù)單元名稱相應(yīng)設(shè)備協(xié)議第七層應(yīng)用層DataFTPTelnetSMTP。。第六層表示層Data第五層會(huì)話層Data第四層傳輸層Segment四層交換機(jī)TCP、UDP第三層網(wǎng)絡(luò)層Packet路由器、三層交換機(jī)IP、IPX第二層數(shù)據(jù)鏈路層Frame交換機(jī)、網(wǎng)橋LLC第一層物理層bit網(wǎng)卡、網(wǎng)線等未指定第6頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二1.1.1OSI參考模型與數(shù)據(jù)通信設(shè)備

根據(jù)OSI模型，每一層都有相應(yīng)的協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)特定的功能，完成數(shù)據(jù)交換：邏輯上：各層數(shù)據(jù)的通信，是在源主機(jī)與目的主機(jī)相應(yīng)層之間進(jìn)行的數(shù)據(jù)交換，屏蔽了下層的細(xì)節(jié)。實(shí)際上：各層數(shù)據(jù)的傳送是從高層經(jīng)過下面的各層，依次被各層進(jìn)行封裝，最后通過物理層來(lái)完成比特流的傳送。第7頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二1.1.2交換機(jī)的作用與其外觀和組成

一、交換機(jī)的作用：交換機(jī)在網(wǎng)絡(luò)中是信息中轉(zhuǎn)站，它把從某個(gè)端口接收到的數(shù)據(jù)從交換機(jī)的其他端口發(fā)送出去，完成數(shù)據(jù)的交換。第8頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二二、外觀和組成1、外觀華為3com千兆智能彈性交換機(jī)RMB：30000D-LinkDES-1026G快速以太網(wǎng)交換機(jī)RMB：760CISCO

千兆以太網(wǎng)交換機(jī)RMB：26800第9頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二交換機(jī)組成2、組成：CPU實(shí)現(xiàn)高速的數(shù)據(jù)傳輸；RAM/DRAM主存，存儲(chǔ)運(yùn)行配置；NVRAM存儲(chǔ)備份配置文件等；FlashROM系統(tǒng)軟件映像、啟動(dòng)配置文件等；ROM開機(jī)診斷、引導(dǎo)程序和操作系統(tǒng)；接口電路：連接各端口的內(nèi)部電路。第10頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二1.1.3交換機(jī)的簡(jiǎn)單分類1根據(jù)OSI參考模型來(lái)分：第二層交換機(jī)第三層交換機(jī)：“一次路由，多次交換”。第四層交換機(jī)第11頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二2、根據(jù)交換機(jī)配置是否可變：模塊式固定式第12頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二1.1.4交換機(jī)在網(wǎng)絡(luò)中連接和作用1、交換機(jī)接口的種類：P4以太交換機(jī)的端口RJ45，通常的種類有：10Base-T、10Base-F、100Base-TX、100Base-T4、100Base-T、1000Base-FX、1000Base-T、100Base-FX等。第13頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二Base：采用基帶傳輸技術(shù)；數(shù)值代表速率。T：表示RJ45接口標(biāo)準(zhǔn)；F：代表光纖接口。第14頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二補(bǔ)充1、雙絞線：非屏蔽和屏蔽雙絞線非屏蔽雙絞線UTP：CAT1、CAT2：語(yǔ)音和低速通信CAT3：16Mb/S，TOKENRING，ISDNCAT4：20Mb/S，TOKENRINGCAT5：100Mb/S第15頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二2、光纖分類：?jiǎn)文９饫w和多模光纖定義：

模：是指以一定的角度進(jìn)入光纖的一束光。

單模光纖：纖心很小，在給定的工作波長(zhǎng)上只能以單一模式傳輸，其傳輸?shù)念l帶寬、容量大。

多模光纖：在給定的工作波長(zhǎng)上能以多個(gè)模式同時(shí)傳輸?shù)墓饫w。第16頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二常見的光纖8.3微米的芯，125微米的外層，單模62.5微米的芯，125微米的外層，多模50微米的芯，125微米的外層，多模100微米的芯，140微米的外層，多模第17頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二1.1.5共享式和交換式網(wǎng)絡(luò)1、集線器與共享式網(wǎng)絡(luò)定義：以共享式集線器為中心的網(wǎng)絡(luò)，稱為共享式網(wǎng)絡(luò)在共享式網(wǎng)絡(luò)中，一臺(tái)100Mb/S的16端口的共享式集線器，其端口全部使用，每個(gè)端口的帶寬為100Mb/S的1/16。第18頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二

缺點(diǎn)：共享式集線器的所有端口都屬于同一個(gè)廣播域，這樣易產(chǎn)生廣播風(fēng)暴。第19頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二2、交換機(jī)與交換式網(wǎng)絡(luò)定義：以交換機(jī)為網(wǎng)絡(luò)中心的網(wǎng)絡(luò)，叫交換式網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)：端口帶寬獨(dú)享，但所有端口仍然屬于同一個(gè)廣播域，易產(chǎn)生廣播風(fēng)暴。第20頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二防止廣播風(fēng)暴的技術(shù)：VLAN、STP等第21頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二主要內(nèi)容交換機(jī)的工作原理：MAC地址表的建立交換機(jī)的命令模式第22頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二1.2交換技術(shù)基礎(chǔ)

1.2.1MAC地址數(shù)據(jù)庫(kù)的建立和路由過濾概念：MAC地址是固化在網(wǎng)卡內(nèi)部用于唯一標(biāo)識(shí)網(wǎng)卡身份的，是網(wǎng)卡在生產(chǎn)時(shí)被永久寫入芯片的固定值。表示方法：MAC地址通常用6B的十六進(jìn)制來(lái)表示，每個(gè)數(shù)之間用“-”或空格分開，如：00-F4-00-09-D1-C1或00F40009D1C1第23頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二A、MAC地址表的建立1、源主機(jī)向目的主機(jī)發(fā)送查詢信息；2、交換機(jī)記錄下源MAC地址，然后向其他的端口發(fā)送查詢信息；3、目的主機(jī)接收到查詢信息，通過交換機(jī)直接與源主機(jī)進(jìn)行對(duì)話，交換機(jī)記錄下目的主機(jī)的MAC地址。4、兩臺(tái)主機(jī)實(shí)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信；5、定時(shí)刷新。第24頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二E0:0260.8c01.1111E2:0260.8c01.2222E1:0260.8c01.3333E3:0260.8c01.44440260.8c01.11110260.8c01.22220260.8c01.33330260.8c01.4444E0E1E2E3XXDCABMAC地址表

交換機(jī)工作原理第25頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二MAC地址表0260.8c01.11110260.8c01.22220260.8c01.33330260.8c01.4444E0E1E2E3ABCD

交換機(jī)工作原理第26頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二MAC地址表0260.8c01.11110260.8c01.22220260.8c01.33330260.8c01.4444E0:0260.8c01.1111E0E1E2E3DCBA

交換機(jī)工作原理第27頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二廣播地址在數(shù)據(jù)鏈路層表示為FFFF.FFFF.FFFF該地址不會(huì)被交換機(jī)學(xué)習(xí)到目的地址為該地址的數(shù)據(jù)幀將被交換機(jī)擴(kuò)散0260.8c01.11110260.8c01.22220260.8c01.33330260.8c01.4444E0E1E2E3DCABE0:0260.8c01.1111E2:0260.8c01.2222E1:0260.8c01.3333E3:0260.8c01.4444MAC地址表

交換機(jī)工作原理第28頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二B、MAC地址表的路由過濾

交換機(jī)接受到信息，先將Frame里的MAC地址進(jìn)行檢查，如果存在MAC地址表中，就按MAC地址表中地址進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，沒有則有交換機(jī)向其它所有的端口發(fā)送查詢信息，這就稱為MAC地址表的路由過濾第29頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二1.2.2局域網(wǎng)的三種幀交換技術(shù)1、存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)：完全接收后轉(zhuǎn)發(fā)，期間進(jìn)行錯(cuò)誤檢查和MAC地址表的路由過濾缺點(diǎn)：數(shù)據(jù)幀時(shí)延較大第30頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二2、直通（伺機(jī)通過）在接受數(shù)據(jù)幀讀取數(shù)據(jù)幀的目的地址到緩沖器中，進(jìn)行MAC地址表的路由過濾，然后轉(zhuǎn)發(fā)。缺點(diǎn)：削減了檢錯(cuò)能力第31頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二3、自由分段（伺機(jī)通過+錯(cuò)誤檢測(cè)）在伺機(jī)通過的基礎(chǔ)上做了調(diào)整，即在轉(zhuǎn)發(fā)前過濾有包錯(cuò)誤的分段（64B）第32頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二本節(jié)內(nèi)容交換機(jī)冗余備份及環(huán)路管理交換機(jī)基本配置（1）第33頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二1.2.3冗余備份與環(huán)路冗余備份與環(huán)路:冗余備份與環(huán)路易產(chǎn)生：1、廣播風(fēng)暴2、多個(gè)廣播幀副本第34頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二概念1、廣播2、廣播風(fēng)暴以及引起的主要原因

第35頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二一、廣播風(fēng)暴的形成二、多個(gè)廣播幀副本第36頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二

1.2.3冗余備份與環(huán)路Switch1Port1Port2PC1PC2Switch2Port4Switch3Port5Port6冗余備份與環(huán)路圖例第37頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二1.2.4生成樹協(xié)議（STP）STP（生成樹協(xié)議）最初有美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC）開發(fā)的，后經(jīng)過電氣電子工程協(xié)會(huì)（IEEE）修改，制定了相應(yīng)的IEEE802。1d標(biāo)準(zhǔn)。

其主要功能：解決備份鏈路所產(chǎn)生的環(huán)路問題第38頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二2、主要思想和原理主要思想：當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中存在備份鏈路的時(shí)候，只允許主鏈路激活，如果主鏈路斷開，才啟動(dòng)備份鏈路。STP的基本做法：就是生成“一棵樹”，樹只有主干和分支，而不存在有環(huán)路。樹的根就是一個(gè)被稱為根橋的交換機(jī)。第39頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二3、STP的生成

根據(jù)設(shè)置不同，不同的交換機(jī)會(huì)被選為根橋，但任一時(shí)刻只能有一個(gè)根橋。由跟橋開始，逐級(jí)形成一棵樹。形成過程：根橋定時(shí)發(fā)送配置數(shù)據(jù)包，非根橋接收到配置數(shù)據(jù)包并轉(zhuǎn)發(fā)，如果某臺(tái)交換機(jī)能夠從兩個(gè)以上的端口接收到配置數(shù)據(jù)包，則說明交換機(jī)到根橋的路徑不止一條，這樣便會(huì)構(gòu)成環(huán)路。此時(shí)交換機(jī)根據(jù)端口的配置，選出一個(gè)端口并阻塞其它的端口以消除環(huán)路。如果某個(gè)端口長(zhǎng)時(shí)間接收不到配置數(shù)據(jù)包，交換機(jī)認(rèn)為該端口配置超時(shí)，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇赡芨淖儭４藭r(shí)從新計(jì)算網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，重新生成一棵樹?/p>

第40頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二4、STP修剪與BPDUSTP修剪：STP協(xié)議可以通過STP算法來(lái)動(dòng)態(tài)的探測(cè)網(wǎng)絡(luò)中存在的環(huán)路，自動(dòng)的調(diào)整網(wǎng)絡(luò)的路徑，并及時(shí)的控制備份鏈路進(jìn)入備份狀態(tài)，此外STP協(xié)議還可以迅速的調(diào)整或改變網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并最終將網(wǎng)絡(luò)修剪成‘一棵樹’，不存在環(huán)路，叫STP修剪。第41頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二STP修剪STP修剪Switch1Port1Port2PC1PC2Switch2Port4Switch3Port5Port6╳第42頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二BPDUBPDU（BridgeProtocolDataUnit）橋協(xié)議數(shù)據(jù)單元。

STP就是通過它來(lái)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)調(diào)整的，BPDU的配置信息是以組播的方式來(lái)進(jìn)行的。第43頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二4、根橋的選舉STP協(xié)議是以根橋?yàn)楹诵幕A(chǔ)來(lái)構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)的主干和其它分支結(jié)構(gòu)的。根橋是由STP協(xié)議自動(dòng)選舉產(chǎn)生的，STP協(xié)議產(chǎn)生根橋的原則為：根橋必須具有最低的優(yōu)先權(quán)ID與MAC地址；在運(yùn)行STP協(xié)議的交換機(jī)上，端口分為：已分配端口和未分配端口；第44頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二5、STP的端口的狀態(tài)STP的端口的狀態(tài)：禁用

不能接收BPDU信息，不能轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)；阻塞能接收BPDU信息，不能轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)；偵聽可監(jiān)聽和接收BPDU信息，不能轉(zhuǎn)發(fā)；學(xué)習(xí)可接收和發(fā)送BPDU信息，建立MAC地址表，不能轉(zhuǎn)發(fā)；轉(zhuǎn)發(fā)可與其它交換機(jī)交換BPDU信息，可以轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)第45頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二6、備份鏈路的啟用過程

（假如）故障網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的改變端口由阻塞變?yōu)閭陕爩W(xué)習(xí)（完成MAC地址表）轉(zhuǎn)發(fā)正常運(yùn)行經(jīng)歷時(shí)間：50S。第46頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二主要內(nèi)容Trunk交換機(jī)的設(shè)置第47頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期二2.3.4trunk介紹以太鏈路聚合:STAR使用了一種Trunk技術(shù),使用該技術(shù)可以在兩個(gè)交換機(jī)之間存在多個(gè)鏈路。Trunk：是使得多個(gè)物理鏈路合并到一個(gè)邏輯鏈路當(dāng)中的技術(shù)。通過該種技術(shù)可以將交換機(jī)和路由器的多個(gè)端口當(dāng)作一個(gè)端口來(lái)使用。輕而易舉的獲得高的傳輸鏈路。對(duì)于STP，一個(gè)Trunk，看起來(lái)象一個(gè)鏈路。這樣要獲得Gbps的傳送速率，其端口代價(jià)要比單獨(dú)鏈路的端口代價(jià)要少。作用：1，用于與服務(wù)器連接

2，用于交換機(jī)之間的級(jí)連

3，提供負(fù)載均衡和系統(tǒng)冗錯(cuò)的功能配置時(shí)注意:1,使用