1、计算机网络技术及应用第6章交换机配置基础交换机一般是工作在交换机一般是工作在OSI参考模型第二层的网参考模型第二层的网络连接设备，它可以识别设备的硬件（第二层络连接设备，它可以识别设备的硬件（第二层）地址。其组成与路由器类似，包含背板、）地址。其组成与路由器类似，包含背板、CPU、内存、闪存和网络接口等。、内存、闪存和网络接口等。作为局域网的主要连接设备，以太网交换机成作为局域网的主要连接设备，以太网交换机成为应用普及最快的网络设备之一。交换机主要为应用普及最快的网络设备之一。交换机主要用于连接多台计算机等终端设备，通过交换机用于连接多台计算机等终端设备，通过交换机可以将网络分为多个冲突域。可
2、以将网络分为多个冲突域。直通式（直通式（Cut ThroughCut Through）直通式的以太网交换机可以理解为在各直通式的以太网交换机可以理解为在各端口间是纵横交叉的线路矩阵电话交换端口间是纵横交叉的线路矩阵电话交换机。它在输入端口检测到一个数据包时机。它在输入端口检测到一个数据包时，检查该包的包头，获取包的目的地址，检查该包的包头，获取包的目的地址，启动内部的动态查找表转换成相应的，启动内部的动态查找表转换成相应的输出端口，在输入与输出交叉处接通，输出端口，在输入与输出交叉处接通，把数据包直通到相应的端口，实现交换把数据包直通到相应的端口，实现交换功能功能 存储转发（存储转发（Stor
3、e StoreForwardForward）存储转发方式是计算机网络领域应用最存储转发方式是计算机网络领域应用最为广泛的方式。它把输入端口的数据包为广泛的方式。它把输入端口的数据包先存储起来，然后进行先存储起来，然后进行CRC（循环冗余（循环冗余码校验）检查，在对错误包处理后才取码校验）检查，在对错误包处理后才取出数据包的目的地址，通过查找表转换出数据包的目的地址，通过查找表转换成输出端口送出包。成输出端口送出包。这是介于前两者之间的一种解决方案。这是介于前两者之间的一种解决方案。它检查数据包的长度是否够它检查数据包的长度是否够64个字节，个字节，如果小于如果小于64字节，说明是假包，则丢弃字
4、节，说明是假包，则丢弃该包；如果大于该包；如果大于64字节，则发送该包。字节，则发送该包。VLAN（Virtual Local Area Network）即虚拟局域网，是一种通过将局域网内即虚拟局域网，是一种通过将局域网内的设备逻辑地而不是物理地划分成一个的设备逻辑地而不是物理地划分成一个个网段从而实现虚拟工作组的新兴技术个网段从而实现虚拟工作组的新兴技术。虚拟网是交换机的重要功能，通常虚拟虚拟网是交换机的重要功能，通常虚拟网的实现形式有网的实现形式有2种：种：1 1静态端口分配静态端口分配静态虚拟网的划分通常是网管人员使用静态虚拟网的划分通常是网管人员使用网管软件或直接设置交换机的端口，使网
5、管软件或直接设置交换机的端口，使其直接从属某个虚拟网。这些端口一直其直接从属某个虚拟网。这些端口一直保持这些从属性，除非网管人员重新设保持这些从属性，除非网管人员重新设置；这种方法虽然比较麻烦，但比较安置；这种方法虽然比较麻烦，但比较安全，容易配置和维护。全，容易配置和维护。2 2动态虚拟网动态虚拟网支持动态虚拟网的端口，可以借助智能支持动态虚拟网的端口，可以借助智能管理软件自动确定它们的从属。当一网管理软件自动确定它们的从属。当一网络结点刚连接入网时，交换机端口还未络结点刚连接入网时，交换机端口还未分配，于是交换机通过读取网络结点的分配，于是交换机通过读取网络结点的MAC地址动态地将该端口划
6、入某个虚拟地址动态地将该端口划入某个虚拟网。网。生成树协议生成树协议STP（Spanning Tree Protocol）是交换式以太网中的重要概念）是交换式以太网中的重要概念和技术，该协议的目的是在实现交换机和技术，该协议的目的是在实现交换机之间的冗余连接的同时，在网络中避免之间的冗余连接的同时，在网络中避免环路的出现，提高网络的可靠性。环路的出现，提高网络的可靠性。6.2.1 6.2.1 生成树协议的帧格式及选举过程生成树协议的帧格式及选举过程IEEE802.ld是关于交换机，网桥的基本是关于交换机，网桥的基本生成树协议，生成树协议，IEEE802.lw/802.ls是当前是当前最新生成树
7、协议规范。一个最新生成树协议规范。一个IEEE802.ld帧的格式如下：帧的格式如下：BPDUBPDU格式格式 BPDU格式如下：格式如下：协议标识符（协议标识符（Protocol ID）：指示这是一个）：指示这是一个BPDU帧，当前取值为帧，当前取值为0 x0000。版本（版本（Version）：）：BPDU使用的版本，当前使用的版本为使用的版本，当前使用的版本为0 x00。信息类型（信息类型（Message Type）：有两种类型，分别为配置）：有两种类型，分别为配置BPDU（0 x00）和拓扑改变通告（）和拓扑改变通告（TCN）BPDU。标志（标志（Flags）：）：IEEE 802.1
8、d中使用中使用2bit，指示拓扑改变通告和拓，指示拓扑改变通告和拓扑改变确认。扑改变确认。根根ID（Root ID）：拓扑中具有最小网桥）：拓扑中具有最小网桥ID的网桥为根网桥，其网桥的网桥为根网桥，其网桥ID为根网桥为根网桥ID。根路径开销（根路径开销（Root cost）：从网桥到达根路径开销的总和。）：从网桥到达根路径开销的总和。网桥网桥ID（Bridge ID）：由）：由2字节的优先级和字节的优先级和6字节的字节的MAC地址构成；地址构成；网桥网桥ID值越小，越优先成为根。值越小，越优先成为根。端口端口ID（Port ID）:标识发送配置信息的端口。标识发送配置信息的端口。报文生命期（
9、报文生命期（Message Age）：指出自根网桥发送）：指出自根网桥发送配置消息到现在的时间总量。配置消息到现在的时间总量。最大生命期（最大生命期（Max Age）：标识当前的配置消息应）：标识当前的配置消息应在何时被删除，默认为在何时被删除，默认为20秽。秽。呼叫时间（呼叫时间（Hello time）：）：BPDU配置报文发送间隔，配置报文发送间隔，默认为默认为2秒。秒。转发延迟（转发延迟（Forward delay）：给出当拓扑结构发）：给出当拓扑结构发生更改后，网桥转换到一个新状态之前，应等待的时生更改后，网桥转换到一个新状态之前，应等待的时间长度。间长度。802,ld定义了，以下定义
10、了，以下5种端口状态：种端口状态：n监听：没有数据帧转发，正在监听数据帧。监听：没有数据帧转发，正在监听数据帧。n学习：没有数据帧转发，正在学习学习：没有数据帧转发，正在学习MAC地地址。址。n转发：数据帧被转发，正在学习转发：数据帧被转发，正在学习MAC地址。地址。n阻塞：没有数据帧转发，听到了阻塞：没有数据帧转发，听到了BPDU。n无效：没有数据帧转发，没有听到无效：没有数据帧转发，没有听到BPDU。IEEE 802.1d生成树需要生成树需要50秒的时间才能把一秒的时间才能把一个处于阻塞状态的端口打开使其工作，这大大个处于阻塞状态的端口打开使其工作，这大大影响了用户的通信，为此而开发的快速
11、生成树影响了用户的通信，为此而开发的快速生成树协议（协议（RSTP-Rapid STP）对这种情况做了改）对这种情况做了改善。快速生成树协议标准是善。快速生成树协议标准是IEEE802.1w，是，是对对IEFE802.1d的一个扩展，所以的一个扩展，所以802.1d中的主中的主要术语和参数在要术语和参数在802.1w中都保留不变，使得熟中都保留不变，使得熟悉悉IEEE802.1d的用户能够很快学会使用快速生的用户能够很快学会使用快速生成树。成树。1 1端口状态端口状态802.1d定义了定义了5种端口状态：无效、监听、学习、转发种端口状态：无效、监听、学习、转发、阻塞。从运行的观点来看，处于阻塞
12、状态的端口和、阻塞。从运行的观点来看，处于阻塞状态的端口和处于倾听状态的端口没什么区别，它们都不转发数据处于倾听状态的端口没什么区别，它们都不转发数据，也不学习地址，不同之处在于，也不学习地址，不同之处在于802.1d给它们指派的给它们指派的角色（角色（role）不同。一旦一个端口处于转发状态，也无）不同。一旦一个端口处于转发状态，也无法区分它是根端口还是指定端口。法区分它是根端口还是指定端口。RSTP把端口状态和把端口状态和端口角色区分开，解决了这些问题。端口角色区分开，解决了这些问题。802.1w定义了定义了3种端口状态，对应于种端口状态，对应于3种可能的运行状种可能的运行状态。态。802
13、.1w把把802.1d定义的无效、阻塞、监听状态合定义的无效、阻塞、监听状态合并为并为disearding状态，另外两种状态是学习和转发。状态，另外两种状态是学习和转发。2 2端口角色端口角色802.lw定义了定义了4种端口角色，根端口角色和指定种端口角色，根端口角色和指定端口角色保持不变，和端口角色保持不变，和802.1d中定义的含义相中定义的含义相同。同。RSTP为了快速收敛，在拓扑变化中一旦为了快速收敛，在拓扑变化中一旦端口被选举为新的根端口，该端口立即进入转端口被选举为新的根端口，该端口立即进入转发状态，不再经由发状态，不再经由listening、learning阶段。阶段。802.1
14、d中定义的中定义的hiocking角色在角色在802.1w中被分中被分为两种角色，分别是替代端口角色（为两种角色，分别是替代端口角色（alternate port role）和备份端口角色（）和备份端口角色（backup port role）。）。3 3边缘端口和链路类型边缘端口和链路类型为了达到端口快速收敛的目的，为了达到端口快速收敛的目的，802.1w定义了定义了边缘端口（边缘端口（Edge Port）和链路类型（）和链路类型（Link Type）。）。边缘端口：直接与终端主机（边缘端口：直接与终端主机（End Station）相连的端口称为边缘端口。相连的端口称为边缘端口。链路类型：运行
15、在全双工模式下的端口被认链路类型：运行在全双工模式下的端口被认为是点到点端口，它们所形成的链路称为点到为是点到点端口，它们所形成的链路称为点到点链路（点链路（Point-to-Point Link）。）。4 4802.1w802.1w特性特性在拓扑发生变化时，在拓扑发生变化时，802.1d生成树协议生成树协议计算出一个新拓扑是非常快的，但当一计算出一个新拓扑是非常快的，但当一个端口被选为指定端口并能工作时，需个端口被选为指定端口并能工作时，需要经历要经历30秒的转发延迟，这意味着有秒的转发延迟，这意味着有30秒的数据中断。秒的数据中断。802.1w采纳了反馈机制采纳了反馈机制及其他一些特性使端
16、口快速转换到转发及其他一些特性使端口快速转换到转发状态，拓扑变化的信息被每个交换机向状态，拓扑变化的信息被每个交换机向网络中传播，而不是像网络中传播，而不是像802.1d那样单单那样单单依靠根桥。依靠根桥。6.3.1 VLAN中继数据帧的格式中继数据帧的格式6.3.2 VLAN数据帧跨交换机的传输数据帧跨交换机的传输 VLAN中继（中继（VLAN Trunk）也称为）也称为VLAN主干。中继概念的起源可以追溯主干。中继概念的起源可以追溯到电话和无线电交换技术。在交换机与到电话和无线电交换技术。在交换机与交换机之间或交换机与路由器之间连接交换机之间或交换机与路由器之间连接的情况下，在相互连接的端
17、口上配置中的情况下，在相互连接的端口上配置中继模式，使得属于不同继模式，使得属于不同VLAN的数据帧的数据帧都可以通过这条中继链路进行传输。都可以通过这条中继链路进行传输。VLAN中继的国际标准帧格式是中继的国际标准帧格式是IEEE802.1Q标准。标准。VLAN中继（中继（Trunk）能够在单条物理链路上）能够在单条物理链路上承载多个承载多个VLAN的流量，的流量，VLAN中继用于将中继用于将VLAN扩展到多个交换机之间。扩展到多个交换机之间。IEEE802.1Q是是交换机所使用的标准中继协议，它能够为帧标交换机所使用的标准中继协议，它能够为帧标记各自的记各自的VLAN，进而使其能够跨越中继
18、接口，进而使其能够跨越中继接口进行传输。当数据包在中继链路上传输之前，进行传输。当数据包在中继链路上传输之前，交换机将增加标记，当数据包到达接收端时，交换机将增加标记，当数据包到达接收端时，中继链路对端接口将清除标记，并且将数据包中继链路对端接口将清除标记，并且将数据包转发到各自的转发到各自的VLAN正确的目标。正确的目标。IEEE 802.1QIEEE 802.1Q的帧结构的帧结构 原始帧：原始帧：标记帧标记帧:标记字段（标记字段（tag）内容）内容:1交换机端口的分类交换机端口的分类根据交换机处理根据交换机处理VLAN数据帧方式的不数据帧方式的不同，可以将交换机的端口分为两类：一同，可以将
19、交换机的端口分为两类：一类是只能识别和传送标准以太网的端口类是只能识别和传送标准以太网的端口，称为访问端口（，称为访问端口（Acc,ess Port）；另一）；另一类是能同时识别和传送有类是能同时识别和传送有VLAN标签的标签的数据或标准以太网数据帧的端口，称为数据或标准以太网数据帧的端口，称为Trunk端口。端口。访问端口一般用于连接那些不支持访问端口一般用于连接那些不支持VLAN技术的终端设备，如技术的终端设备，如PC和大多数和大多数服务器等。服务器等。Trunk端口通常是交换机互连的端口，或端口通常是交换机互连的端口，或者交换机和路由器互连的端口，同时路者交换机和路由器互连的端口，同时路
20、由器的连接接口需要创建多个逻辑子接由器的连接接口需要创建多个逻辑子接口。口。2 2VLANVLAN数据帧跨交换机的传输数据帧跨交换机的传输 目前任何主机都不支持带有目前任何主机都不支持带有VLAN标记标记的数据帧，即主机只能发送和接收标准的数据帧，即主机只能发送和接收标准以太网数据帧，如果接收到带以太网数据帧，如果接收到带VLAN标标记的数据帧，将认为数据帧非法而丢弃记的数据帧，将认为数据帧非法而丢弃。交换机的每个端口属于一个特定的交换机的每个端口属于一个特定的VLAN，该，该VLAN被称为端口虚拟网标识（被称为端口虚拟网标识（Port Vlan ID，PVID）在默认情况下，交换机的所有端）
21、在默认情况下，交换机的所有端口属于口属于VLAN 1。当交换机的个访问端口收。当交换机的个访问端口收到一个标记数据帧时，它将该数据帧丢弃，当到一个标记数据帧时，它将该数据帧丢弃，当访问端口收到一个未标记的帧时，就把该帧打访问端口收到一个未标记的帧时，就把该帧打上上VLAN ID，这个这个ID值等于端口的值等于端口的PVID的值的值，然后转发到帧中，然后转发到帧中VID值和端口值和端口PVID相等的相等的VLAN中。中。帧从端口出去时，如果帧头中的帧从端口出去时，如果帧头中的VID和端口的和端口的PVID值值相同，就把这个标识去掉，再送出去。交换机的相同，就把这个标识去掉，再送出去。交换机的Tr
22、unk端口，当接收到一个来标记数据帧时，就将该端口，当接收到一个来标记数据帧时，就将该端口端口PVID值插入到帧的值插入到帧的VID部分，构成标记帧，然后部分，构成标记帧，然后将帧在端口将帧在端口PVID与帧中与帧中VID相同的端口转发；当接收相同的端口转发；当接收到一个标记帧时，如果帧中到一个标记帧时，如果帧中VID与接收端口的与接收端口的PVID值值一致，就将帧在端口一致，就将帧在端口PVID与帧中与帧中VID相同的端口转发相同的端口转发；如果帧中；如果帧中VID与接收端口的与接收端口的PVID值不一致，那么数值不一致，那么数据帧中的据帧中的VID值将被改为端口的值将被改为端口的PVID值
23、，将帧在端口值，将帧在端口PVID与帧中与帧中VID相同的端口转发。相同的端口转发。6.4 6.4 交换机的基本配置交换机的基本配置 通常交换机支持动态学习通常交换机支持动态学习MAC地址的功能，地址的功能，每个端口可以动态学习多个每个端口可以动态学习多个MAC地址，从而地址，从而实现端口之间已知实现端口之间已知MAC地址数据流的转发。地址数据流的转发。当当MAC地址老化后，进行广播处理。地址老化后，进行广播处理。为了安全和便于管理，需要将为了安全和便于管理，需要将MAC地址与端地址与端口进行绑定，通过配置口进行绑定，通过配置MAC地址表的方式进地址表的方式进行绑定。行绑定。在交换机上配置在交
24、换机上配置VLAM首先要创建首先要创建VLAN，然后将，然后将相应的端口划分到相应的端口划分到VLAN中去，如果这些端口只连中去，如果这些端口只连接接PC或路由器等设备将端口配置为访问模式。每或路由器等设备将端口配置为访问模式。每个个VLAN都有一个唯一的都有一个唯一的ID。为了添加一个。为了添加一个VLAN到到VLAN数据库，需要给数据库，需要给VLAN分配一个分配一个ID号和一号和一个名字。为了配置一个以太网个名字。为了配置一个以太网VLAN，必须指定一，必须指定一个个VLAN号码。如果不为号码。如果不为VLAN输入输入VLAN名字，名字，默认配置会在默认配置会在VLAN字母串后自动添加字
25、母串后自动添加VLAN号码号码作为作为VLAN的名字。的名字。例子例子Switch1配置如下，交换机配置如下，交换机Switch2配置类似。配置类似。Switch#conf t Switch（config）#hostname SW1 SW1（config）#vlan 100 创建创建VLAL100 SW1（config-vlan）#exit SW1（config）#int range fa 0/l-8 同时指定端口同时指定端口18，此处为思科命令，神州，此处为思科命令，神州数码交换机命令不同。数码交换机命令不同。SW1（config-if-range）#switchport mode acce
26、ss 将端口配置为访问模式，将端口配置为访问模式，当端口连接计算机、路由器设备时，适合将端口配置为访问模式。当端口连接计算机、路由器设备时，适合将端口配置为访问模式。SW1（config-if-range）#switchport access vlan 100 将端口划分到将端口划分到VLAN100中中 SW1（config-if-range）#exit SW1（config）#vlan 200 SW1（config-vlan）#int range fa 0/9-16 SW1（config-if-range）#switchport mode access SW1（config-if-rancj
27、o）#switchport access vlan 200 SW1（config-if-range）#exit SW1（config）#int fa 0/24 SW1（config-if）#switchport mode trunk 将端口将端口24配置为配置为Trunk端口端口 SW1（config-if）#Z SW1#VLAN间路由要求为第三层协议启用路间路由要求为第三层协议启用路由选择，另外，必须配置静态或动态路由选择，另外，必须配置静态或动态路由协议。每当在一个三层交换机创建了由协议。每当在一个三层交换机创建了VLAN后，在交换机上就会产生一个三后，在交换机上就会产生一个三层逻辑端口，
28、接口号为层逻辑端口，接口号为VLAN vlan-id,就像一个物理接口一样，可以为其分配就像一个物理接口一样，可以为其分配lP地址。地址。左侧交换机配置左侧交换机配置 SW1（config）#int vlan 100 进入逻辑接进入逻辑接口口VLAN100 SW1（config-if）#ip add 192.168.10.1 255.255.255.0 配置配置IP地址及子网掩码地址及子网掩码 SW1（config-if）#no shut SW1（config）#int vlan 200 进入逻辑进入逻辑接口接口VLAN100 SW1（config-if）#ip add 192.168.20.
29、1 255.255.255.0 配置配置IP地址及子网掩码地址及子网掩码 SW1（config-if）#no shut1 1在换机上显示在换机上显示VLANVLAN表表可以通过可以通过show vlan显示显示VLAN配置信息：配置信息：SW1#show vlan vlan name status port-1 default active Fa0/17,Fa0/18,Fa0/19,Fa0/20 Fa0/21,Fa0/22,Fa0/23,Gig0/1 Gig0/2 100 VLAN0100 active Fa0/1,Fa0/2,Fa0/3,Fa0/4,Fa0/5,Fa0/6,Fa0/7,Fa0
30、/8 200 VLAN0200 active Fa0/9,Fa0/10,Fa0/11,Fa0/12 Fa0/13,Fa0/14,Fa0/15,Fa0/16 1002 fddi-default active 1003 token-ring-default active 1004 fddinet-dsfault active 1005 trnet-default active VLAN Type SAID MTU Parent RingNo BridgeNo Stp BrdgMode Trans1 Trans2 1 enet 100001 1500 一一 一一 一一 一一 一一 0 0 100 e
31、net 100100 1500 一一 一一 一一 一一 一一 0 0 200 enet 100200 1500 一一 一一 一一 一一 一一 0 0 1002 enet 101002 1500 一一 一一 一一 一一 一一 0 0 1003 enet 101003 1500 一一 一一 一一 一一 一一 0 0 SW1#2 2在在PCPC上配置上配置IPIP并测试连通性并测试连通性在计算机上配置在计算机上配置IP地址、子网掩码及网地址、子网掩码及网关地址，网关通常是三层交换机关地址，网关通常是三层交换机VLAN接口接口IP地址地址，配置好以后可以使用，配置好以后可以使用ping命令进行测试命令
32、进行测试3 3在三层交换机上配置在三层交换机上配置OSPFOSPF在三层交换机上配置路由协议，与在路由器上配置类似，只是将在三层交换机上配置路由协议，与在路由器上配置类似，只是将VLAN接口作为三层接口看待。有些厂家三层交换机还需要在接接口作为三层接口看待。有些厂家三层交换机还需要在接口上激活路由协议。口上激活路由协议。SW1（config）#int vlan 100 SW1（config-if）#ip add 192.168.10.1 255.255.255.0 sW1（config-if）#exit SW1（config）#int vlan 200 SW1（config-if）#ip ad
33、d 192.168.20.1 255.255.255.0 SW1（config-if）#exit SW1（config）#router ospf 100 SW1（config-router）#network 192.168.10.0 0.0.0.255 area 0 SW1（config-router）#network 192.168.20.0 0.0.0.255 area 0 SW1（config-router）#exit4 4将默认路由注入到将默认路由注入到OSPFOSPF域域将默认路由注入到将默认路由注入到OSPF域的方法对于域的方法对于OSPF来来说有些特别，对于说有些特别，对于RIP
34、.EICRP等协议使用在分等协议使用在分发就可以把默认路由分发到路由域中，但对于发就可以把默认路由分发到路由域中，但对于OSPF协议需要特别配置，如下所示：协议需要特别配置，如下所示：SW1（config）#ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 192.168.10.254 SW1（config）#router ospf 100 SW1（config-router）#default-information originate SW1（config-router）#5 5在三层交换机上配置静态路由在三层交换机上配置静态路由在三层交换机上配置静态路由与在路由在三层交换机上配置静态路由与在路由器上配置类似，如果要配置一条到网络器上配置类似，如果要配置一条到网络202.112.80.0/24的静态路由，则配置如下的静态路由，则配置如下SW1（config）#ip route 202.112.80.0 255.255.255.0 192.168.10.254
