网络技术——交换机及其配置

交换机的基本概念

局域网交换机（switch）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。

交换式局域网具有独占传输通道、独享信道带宽，同时允许多对站点进行通信、系统带宽等于所有端口带宽之和等特性。

局域网交换机的功能

1.建立和维护一个表示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个虚连接。

3.完成数据帧的转发和过滤。

交换机分析每一个进来的数据帧，根据帧中的目的MAC地址，通过查询交换表，确定是丢弃还是转发帧，数据帧应该转发到交换机的哪一个端口。

局域网交换机的工作原理

交换机的工作原理与网桥十分相似，它通过自学习的方式建立起一个记录着MAC与交换机端口的映射关系。

交换表的内容包括：目的MAC地址、该地址所对应的交换机端口号以及所在的虚拟子网。

显示交换表命令的使用方法

1．大中型交换机（cisco-4000及以上型号）

      在交换机的超级用户模式下，输入命令“show cam dynamic”

2．小型交换机（cisco-3XXX及以下型号）

      在交换机的超级用户模式下，输入命令“show mac-address-table”

交换机的交换结构

交换机接收到数据帧后，先将其由串行代码转化为并行代码，暂时存储在交换机的快速缓存RAM中，交换机的CPU开始根据数据帧中的目的MAC地址进行查询交换表。确定了目的端口后，交换机在源端口与目的端口之间建立起虚连接，然后将以并行代码形式存储在RAM中的数据帧转化为串行代码，发送到目的端口。上述的步骤都是由软件控制完成的。

总线交换结构

总线交换结构的交换机拥有一条很高带宽的背部总线。交换机的所有的端口都挂接在这条背部总线上，各个端口都可以往该总线上发送数据帧，这些数据帧都按时隙在总线上传输，设交换机的端口数为M，每个端口的带宽为N，则总线的带宽应为M×N。

交换机的交换模式

静态交换是由人工来完成端口之间传输通道的建立，如果没有人工的更改，这些通道是固定不变的；动态交换是通过对目的MAC地址的查询而得到的输出端口来临时建立传输通道的，这个传输通道在数据帧传送完成后自动断开。

动态交换模式主要有：快速转发、碎片丢弃和存储转发三种模式。

快速转发交换模式

也叫直通转发模式，是指交换机在接收数据帧时，一旦检测到6个字节，目的地址就立即进行转发操作。

存储转发交换模式

它将接收到的整个数据帧保存在缓冲区中。它把数据帧先存储起来，然后进行循环冗余码校验检查，在对错误帧进行处理后，才取出数据帧的目的地址，进行转发操作。

虚拟局域网VLAN技术

VLAN是以交换式网络为基础，把网络上的用户终端被划分为多个逻辑工作组，每一个逻辑工作组即为一个VLAN。 该逻辑组都是一个独立的逻辑网段和广播域。这个逻辑组的设定不受实际交换机区段的限制，也不受用户所在的物理位置和物理网段的限制。逻辑组的设定在交换机中是通过软件完成的。

VLAN的技术特点

1. VLAN 工作在 OSI 参考模型的第 2 层 数据链路层 。

2. 每一个 VLAN 都是一个独立的逻辑网段和广播域，其 广播的信息只发送给该VLAN中的节点 。

3. 每一个 VLAN 都是一个独立的网络，各自有 唯一不同的子网号 ， VLAN 只能 通过第3层路由才能进行通信 而不能直接完成通信。

VLAN的标识

1.VLAN通常用VLAN ID或是VLAN name来标识。

VLAN ID由12位二进制数，则它可以标识4096个VLAN。其中，ID=1~1005是标准范围；其中1~1000用于以太网，1002~1005是FDDI和Token Ring使用，ID=1025~4096是扩展范围。

VLAN name由32位字符表示，可以是字母或数字。如果建立一个VLAN时没有给该VLAN一个名字，则系统会自动为它分配一个名字。如VLAN ID是111，则其缺省VLAN名为VLAN00111。

划分VLAN的方法

基于端口划分VLAN

由网络管理员根据交换机端口进行静态的VALN 分配，每个端口属于一个VLAN。当在交换机上将其某一个端口分配给一个VLAN 时，将一直保持不变直到网络管理员改变这种配置。

基于 MAC 地址。

基于第三层协议类型或地址。

按照网络层协议类型（TCP/IP、IPX、DECNET等）或按网络地址定义VLAN成员。

生成树协议STP

BPDU为STP的根网络确定乃至整个树状结构的生成提供必要的信息。 每2s或是在网络发生故障、网络拓扑变化时，便发送新的BPDU，以维护生成树树状结构。

BPDU中的信息包括Root ID、Root Path Cost、Bridge ID、Port ID、Hello time、Max Age。

Root ID和Bridge ID用8字节表示，2个字节的优先级和6个字节的MAC地址。优先级默认为32768，取值范围0~61440，增量值是4096，以小为优。当优先级相同时，那么就要根据MAC地址决定根网桥，MAC地址小的路由器就是根网桥。

交换机的配置

使用Console端口配置：

Console是一个用来连接配置终端的异步串行口，接口标准为RJ-45。是交换机刚出厂时，第一次对其进行配置所用的方法。

使用超级终端软件对异步串行口进行参数配置：传输速率9600，数据位8位，停止位1位。

交换机的配置

启用交换机的 HTTP Server

CatOS:        Catalyst6500> (enable)  set  ip http server enable

Cisco IOS:   switch-3548(config)#ip http server

配置交换机的主机名

① Cisco IOS:   

switch-3548(config)#hostname switch-PHY-3548

switch-PHY-3548(config) #

② CatOS :  

CatOS6500> (enable) set system name switch-PHY-6500

System name set.  

switch-PHY-6500 > (enable) 

配置超级用户口令：

① Cisco IOS:   

switch-3548(config)# enable password zzz(明文)

switch-3548(config)# enable password 7  zzz(加密)

switch-3548(config)# enable secret 5 zzz(加密)

② CatOS :  

CatOS6500> (enable) set enablepass

3.设置远程登录口令

① Cisco IOS:   

switch-3548 (config)#line vty 0 4
switch-3548 (config-line)# password 0 zzz (明文)
switch-3548 (config-line)# password 7 zzz (加密)
switch-3548 (config-line)#

② CatOS :  

CatOS6500> (enable) set password

4.设置系统时间

① Cisco IOS:   

 switch-3548#clock set 08:30:00 23 Nov 2010

② CatOS :  

Catalyst 6500> (enable) set time Mon 06/15/98 12:30:00

    Mon Jun 15 1998,12:30:00

Catalyst 6500> (enable)

5.配置设置管理地址（IP地址）和默认路由

① Cisco IOS:   

switch-3548(config)#int vlan 1
switch-3548 (config-if)#ip address 10.10.10.2 255.255.255.0
switch-3548 (config-if)#

switch-3548(config)#ip default-gateway 203.105.1.1

端口描述信息；

端口通信方式：数据通信通常有单工、半双工、全双工三种通信方式，交换机一般都是半双工或全双工通信方式。直接相通的两台交换机双方端口通信方式必须一致，否则将产生严重丢包，影响网络正常运行。有时需要强制将交换机端口设置为某种通信方式。

1. 配置交换机的端口描述

①Cisco IOS:

switch-3548 (config)#interface fastEthernet 0/24
switch-3548 (config-if)#description To-lib

②CatOS:

CatOS6500> (enable) set port name 1/2 Server Link

2.配置交换机端口的关闭与开启

① Cisco IOS:   

switch-3548(config)#int fastEthernet 0/24
switch-3548(config-if)#shutdown

switch-3548(config-if)#no shutdown

② CatOS :  　

CatOS6500> (enable) set port enable 4/5

CatOS6500> (enable) set port disable 4/5

3. 配置交换机端口的通信方式

① Cisco IOS:   

switch-3548(config)#int fastEthernet 0/24
switch-3548 (config-if)# duplex  full

switch-3548(config-if)# duplex  half

switch-3548(config-if)# duplex  auto

② CatOS :  　

CatOS6500> (enable) set port duplex 5/1 full

CatOS6500> (enable) set port duplex 5/1-24 full

CatOS6500> (enable) set port duplex 5/1 half

CatOS6500> (enable) set port duplex 5/1-24 half

4. 配置交换机端口的传输速率

① Cisco IOS:   

switch-3548(config)#int fastEthernet 0/24
3548(config-if)# speed 10   （单位Mbps）

3548(config-if)# speed 100

3548(config-if)# speed auto

② CatOS :  　

CatOS6500> (enable) set port speed 5/1 auto

CatOS6500> (enable) set port speed 5/1-24 auto

CatOS6500> (enable) set port speed 5/1-24 10

CatOS6500> (enable) set port speed 5/1-24 100

CatOS6500> (enable) set port speed 5/1-24 1000

交换机VLAN的配置

VTP是VLAN中继协议，它是OSI参考模型第二层协议，主要用于管理在同一个域的网络范围内VLAN的建立、删除和重命名。

VTP有三种工作模式

①VTP Server

        维护该VTP域内的所有VLAN信息列表，可以建立、删除和修改VLAN。一般，一个VTP域内只设定一个VTP Server。

②VTP Client

       同步学习VTP Server的VLAN信息列表，不可以建立、删除和修改VLAN。

③VTP Transparent

       不参与VTP工作，不同步学习VTP Server的VLAN信息列表，可以建立、删除和修改VLAN。

1. 交换机VTP的配置

①Cisco IOS:   

switch-3548(config)# vtp mode transparent

switch-3548(config)# vtp mode server（缺省值）

switch-3548(config)# vtp mode client

switch-3548(config)# vtp domain pku

②CatOS:  　

CatOS6500> (enable) set vtp mode transparent

CatOS6500> (enable) set vtp mode server （缺省值）

CatOS6500> (enable) set vtp mode client

CatOS6500> (enable) set vtp mode off （VTP关闭）

CatOS6500> (enable) set vtp domain pku

2. VLAN 的创建、删除、修改

        VLAN通常用VLAN ID(VLAN号：由12位组成，可以支持4096个VLAN,1~1005是标准范围，1025~4096是扩展范围，可用于以太网的是2~1000，FDDI和Token Ring的是1002~1005）和VLAN name (VLAN名：32位标识符组成，可以是字母和数字)来标识,1是缺省VLAN,只能使用但不能删除它。

① Cisco IOS:   

建立 Vlan

switch-3548 # vlan data      /进入 vlan配置模式

switch-3548（vlan）# vlan 1000 name vlan1000
switch-3548（vlan）# exit  

删除 vlan

switch-3548 (vlan）# no vlan 1000

修改 vlan

switch-3548(vlan）#  vlan 1000 name v1000

② CatOS :  　

建立 Vlan

CatOS6500> (enable) set vlan 999 name vlan999

删除 vlan

CatOS6500> (enable) clear vlan 999

修改 vlan

CatOS6500> (enable) set vlan 999 name v 999

3.为交换机端口分配VLAN

①Cisco IOS:   

switch-3548# configure terminal

switch-3548(config)# int f0/24  

switch-3548 (config-if)# switchport  access vlan 248

②CatOS:  　

CatOS6500> (enable) set vlan 42 5/20

VLAN trunk的配置

目前具有代表性的VLAN协议有：

Cisco ISL：思科私有协议。

IEEE 802.1Q：俗称“Dot One Q”(dot1q),国际标准。

IEEE 802.1Q可用于不同厂家的交换设备互连，且双方交换机端口上都要封装dot1q协议，保证协议的一致性，否则不能正确的传输多个VLAN信息。

①Cisco IOS:    

switch-3548# configure terminal

switch-3548#(config)# interface f0/24

switch-3548#(config-if)# switchport mode trunk    

switch-3548# (config-if)# switchport trunk encapsulation dot1Q

switch-3548# (config-if)# switchport trunk encapsulation isl

switch-3548# (config-if)# switchport trunk encapsulation negotiate

switch-3548#(config-if)# switchport trunk allowed vlan 10,14        //10和14

switch-3548#(config-if)# switchport trunk allowed vlan 10-14        //10到14

switch-3548#(config-if)# switchport trunk allowed vlan except 100-1000        //除了100-1000

② CatOS :  　

CatOS6500> (enable) set trunk 5/1 on dot1Q

CatOS6500> (enable) set trunk 5/1 vlan 37-42

CatOS6500> (enable) clear trunk 5/24  3-36      （无vlan）        //删除

交换机STP配置 

一、打开或关闭STP

① Cisco IOS:   

switch-3548# configure terminal

switch-3548 (config)# spanning-tree vlan 3    

switch-3548 (config)# no spanning-tree vlan 3

② CatOS :  　

CatOS6500> (enable) set spanning-tree enable 3 CatOS6500> (enable) set spanning-tree disable 3

二、配置根网桥和备份根网桥

① Cisco IOS:   

switch-3548 (config)# spanning-tree vlan 3 root primary

switch-3548 (config)# spanning-tree vlan 3 root secondary

② CatOS :  　

CatOS6500> (enable) set spanning-tree root 1,200-204

CatOS6500> (enable) set spanning-tree secondary 1,200-204

配置生成树优先级：生成树优先级的取值范围是0~61440，增量是4096。优先级的值越小优先级越高

① Cisco IOS:   

switch-3548 (config)# spanning-tree vlan 3 root priority 8192

② CatOS :  　

CatOS6500> (enable) set spanning-tree priority 8192

配置PostFast生成树可选功能

       PostFast用于在接入层交换机端口上跳过正常的生成树操作，加快终端工作站接入到网络中的速度。

       该端口一般只能用于连接单个主机（如PC）或服务器，不能连接集线器、中继器、交换机、网桥等网络设备。否则，将可能造成暂时的生成树循环。