第17讲局域网技术.ppt

第17讲 局域网技术,本章内容,掌握交换机的原理 掌握三种交换模式、多层交换的原理和应用 掌握Catalyst 交换机的基本配置命令 能熟练配置Catalyst 交换机及管理。,交换机基础,交换机概述 1993年，局域网交换设备出现 1994年，国内掀起了交换网络技术的热潮 1999年， 交换机的销售量已经大于集线器。作为一种高效率的网连设备，交换机已经取代了传统的网络设备：集线器,交换机与集线器的区别,交换机与集线器的相同点 交换器和集线器都遵循IEEE8023或IEEE8023u 其介质存取方式均为CSMACD 区别 集线器为共享方式，即同一网段的计算机共享固有的带宽，传输通过碰撞检测进行，同一网段计算机越多，传输碰撞也越多，传输速率会变慢。 交换机采用交换方式进行数据转发，每一节点独点交换机的带宽,交换模式,直通转发模式 在接收完整帧之前，帧就被转发。 最快的是只要读到目的地址就转发 这种模式降低了延迟，但是不进行检错 存储转发模式 在转发之前整个帧被接收 由于交换开始之前要接收完整帧，较大的数据帧延迟较大 准直通转发模式 智能交换模式,交换机的三个功能,地址学习 帧的转发/过滤 回路防止,交换机如何学习主机的位置,最初开机时MAC地址表是空的,交换机如何学习主机的位置,主机A发送数据帧给主机C 交换机通过学习数据帧的源MAC地址，记录下主机A的MAC地址 对应端口E0 该数据帧转发到除端口E0以外的其它所有端口 (不清楚目标主机的单点传送用泛洪方式),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,交换机如何学习主机的位置,主机D发送数据帧给主机C 交换机通过学习数据帧的源MAC地址，记录下主机D的MAC地址对应端口E3 该数据帧转发到除端口E3以外的其它所有端口 (不清楚目标主机的单点传送用泛洪方式),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,交换机如何过滤帧,交换机A发送数据帧给主机C 在地址表中有目标主机，数据帧不会泛洪而直接转发,E0: 0260.8c01.1111,E2: 0260.8c01.2222,E1: 0260.8c01.3333,E3: 0260.8c01.4444,0260.8c01.1111,0260.8c01.2222,0260.8c01.3333,0260.8c01.4444,E0,E1,E2,E3,X,X,D,C,A,B,MAC地址表,主机D发送广播帧或多点帧 广播帧或多点帧泛洪到除源端口外的所有端口,0260.8c01.1111,0260.8c01.2222,0260.8c01.3333,0260.8c01.4444,E0,E1,E2,E3,D,C,A,B,E0: 0260.8c01.1111,E2: 0260.8c01.2222,E1: 0260.8c01.3333,E3: 0260.8c01.4444,广播帧和多点传送帧,MAC地址表,冗余网络拓扑,冗余拓扑消除了由于单点故障所引致的网络不通问题 所有的网络需要冗余来提高可靠性 冗余拓扑却带来了广播风暴、重复帧和MAC地址表不稳定的问题,网段 1,网段 2,服务器/主机 X,路由器 Y,冗余拓扑的特点,冗余拓扑消除了单点故障 交换机对不知道地址的帧进行泛洪 交换机对广播和组播也进行泛洪。 冗余交换拓扑或许会带来广播风暴、多帧拷贝以及MAC地址表不稳定的问题,广播,广播风暴,交换机 A,交换机 B,主机 X 发送一广播信息,网段 1,网段 2,服务器/主机 X,路由器 Y,广播,交换机不停地发出广播信息,广播风暴,交换机 A,交换机 B,网段 1,网段 2,服务器/主机 X,路由器 Y,更复杂的拓扑结构可能导致多重回路 在第2层没有能够防止这种回路的机制,服务器/主机,工作站,回路,回路,回路,多重回路问题,回路的解决办法:生成树协议 Spanning-Tree Protocol,生成树协议的目的：维护一个无回路的网络 将某些端口置于阻塞状态就能防止冗余结构的网络拓扑中产生回路 无环路拓扑称为树，并且是可扩展的树 创建无环路拓扑的算法称为生成树算法。,阻塞,x,STP术语,桥ID (Bridge ID)（优先级+端口MAC地址) BID用来识别每一个交换机/网桥。 BID用来确定网络的中心，在STP中称为根桥。 优先级默认为32768 开销（Cost） 最短路径是cost累加，而cost是基于链路的速率的。 桥协议数据单元（BPDU） 交换机发送的创建逻辑无环路的数据包称为BPDU BPDU在阻塞的接口上也可以接收，这确保如果链路或设备出现问题，新的生成树会被计算 默认，BPDU 2秒发送一次,开销（Cost）值,每个网络只能有一个根桥 所有端口都处于转发状态，可以发送、接收通信量 称为标志端口 每个非根桥只能有一个根端口 一个根端口，转发状态并连接到根端口 从一个非根桥到根桥，根部端口是成本最低的路径 每段只能有一个指派端口 非指派端口一般处于阻塞状态，以打破回路 非指定端口不被使用,生成树要求,生成树操作,生成树操作步骤,选举根桥，BID最小即是 计算自己到根桥距离 选择根端口，距离根桥最近的接口 选指定端口和非指定端口，非指定端口被阻塞,交换机 Y 缺省的优先级 32768 (8000 十六进制) MAC 0c0022222222,交接机 X 缺省的优先级 32768 (8000 十六进制) MAC 0c0011111111,BPDU,BPDU = Bridge protocol data unit (缺省地每2秒发送BPDU数据) 根桥 = 有最低桥识别码的桥 桥识别码（ID） = 桥优先级 + 桥MAC地址 例中， 哪个交换机的桥识别码最低?,Root Bridge的选择,交接机 Y 缺省的优先级 32768 MAC 0c0022222222,交换机 X 缺省的优先级 32768 MAC 0c0011111111,Root bridge,x,端口 0,端口1,端口0,端口1,100baseT,10baseT,指派端口(F),根端口 (F),非指派端口(B),指派端口(F),端口状态,连接速率 开销(修订的 IEEE 规范) 开销(旧IEEE 规范) - 10 Gbps 2 1 1 Gbps 4 1 100 Mbps 19 10 10 Mbps 100 100,路径代价,生成树路径开销是以路径中所有链路带宽为基础计算的整个路径开销的总和,交换机Y MAC 0c0022222222 缺省的优先级 32768,交换机X MAC 0c0011111111 缺省的优先级 32768,端口0,端口1,端口 0,端口1,交换机 Z Mac 0c0011110000 缺省的优先级 32768,端口 0,请指出: 根桥 指派端口、非指派端口和根端口? 各端口分别是转发还是阻塞状态?,100baseT,100baseT,生成树,端口 0,100baseT,100baseT,指派端口(F),根端口 (F),非指派端口 (阻塞),指派端口 (F),根端口 (F),请指出: 根桥 指派端口、非指派端口和根端口? 各端口分别是转发还是阻塞状态?,生成树,交换机Y MAC 0c0022222222 缺省的优先级 32768,交换机X MAC 0c0011111111 缺省的优先级 32768,端口0,端口1,端口 0,端口1,交换机 Z Mac 0c0011110000 缺省的优先级 32768,阻 塞 侦 听 学 习 转 发,生成树会将每个端口的状态作以下变换:,生成树端口状态,交换机Y MAC 0c0022222222 缺省的优先级 32768,交换机 X MAC 0c0011111111 缺省的优先级 32768,端口 0,端口 1,端口0,端口1,10baseT,x,100baseT,Root Bridge,指派端口,根端口 (F),非指派端口 (阻塞),指派端口,生成树重新生成,基于软件实现 每个桥只能有一个生成树 每个桥通常最多到16个端口,桥,基于硬件实现(ASIC) 每个交换机可以有多个生成树 每个交换机有更多的端口,交换机,桥与交换机的比较,全双工 只能用于点对点 连接到特定的端口 两端均须支持全双工 无冲突 冲突检测电路关闭,双工综述,半双工 (CSMA/CD) 单向数据传送 冲突可能性高 用集线器连接,交换机,集线器,交换机的分类,根据交换机的结构分类 插拔式机箱交换机和固定配置交换机 根据交换机工作的协议层分类 第二层交换机 第三层交换机 第四层等交换机,交换机的参数与选购,转发方式 延时 转发速率 管理功能 MAC地址数 扩展树 背板带宽 端口 堆叠方式 外型尺寸,多层交换技术,三层交换技术就是： 二层交换技术三层转发技术。 它解决了局域网中网段划分之后，网段中子网必须依赖路由器进行管理的局面，解决了传统路由器低速、复杂所造成的网络瓶颈问题。 四层交换技术 通过使用基于第3层地址和第4层应用信息的硬件交换对分组进行转发（本质上使用了第2层的地址）。 坚持分组头中包含的第4层协议类型（例如UDP或TCP） 对第4层分段头进行坚持以确定应用端口号,三层交换技术特点,线速路由 路由功能 路由协议支持 自动发现功能 过滤服务功能 VLAN功能,交换机接口类型,交换机接口分为Ethernet（10M），Fast Ethernet（10/100M），GigabitEthernet接口（10/100/100M）几种类型。 配置命令为interface Ethernet/ Fast Ethernet/GigabitEthernet 例如要配置吉比特以太网口第一个模块的第一个接口的命令为： switch(config)#interface gig1/1,配置交换机接口描述,可为交换机的每个端口设置一个名字，方便记忆。可使用description命令来描述各个接口。 switch(config)#interface gig1/1 switch(config-if)#description test switch(config-if)#end switch#show int gig1/1 GigabitEthernet1/1 is down, line protocol is down (notconnect) Hardware is Gigabit Ethernet Port, address is 000d.bc78.2d00 (bia 000d.bc78.2) Description: test,配置端口的速度和双工模式,以太网交换机（10M/100M）的双工模式可以设定为全双工（full duplex）或半双工（half duplex）（缺省为半双工），端口的速度和双工模式一般设置为自适应（autonegotiation） 配置命令为 speed 10 | 100 | 1000 | auto | nonegotiate duplex auto | full | half,具体配置如下,switch(config)#int gig2/1 switch(config-if)#speed 100 switch(config-if)#duplex full switch(config-if)#int gig2/2 switch(config-if)#speed auto switch(config-if)#interface GigabitEthernet3/5 switch(config-if)# speed nonegotiate switch#show int gig2/1,激活端口,交换机端口缺省配置为关闭（shut down）状态，需输入命令来激活。 配置命令为no shut down 具体配置命令如下： Switch(config)# interface gigabitethernet0/2 Switch(config-if)# no shutdown,switch(config)#ip default-gateway 10.5.5.3,switch(config)# ip default-gateway ip address,配置交换机缺省网关,设置双工模式,switch(config)#interface e0/1 switchconfig-if)# duplex auto | full | full-flow-control | half,switch#sh mac-address-table Number of permanent addresses : 0 Number of restricted static addresses : 0 Number of dynamic addresses : 6 Address Dest Interface Type Source Interface List - 00E0.1E5D.AE2F Ethernet 0/2 Dynamic All 00D0.588F.B604 FastEthernet 0/26 Dynamic All 00E0.1E5D.AE2B FastEthernet 0/26 Dynamic All 0090.273B.87A4 FastEthernet 0/26 Dynamic All 00D0.588F.B600 FastEthernet 0/26 Dynamic All 00D0.5892.38C4 FastEthernet 0/27 Dynamic All,switch#show mac-address-table,管理MAC地址表,copy tftp:/host/src_file nvram,switch#copy nvram tftp:/10.1.1.1/wgswd.cfg Configuration upload is successfully completed switch#copy tftp:/10.1.1.1/wgswd.cfg nvram TFTP successfully downloaded configuration file,copy nvram tftp:/host/dst_file,switch#,switch#,将配置文件发送到一个TFTP服务器:,从一个TFTP服务器下载配置文件:,管理配置文件,设置空闲超时时间,空闲超时时间是指一个定时器。用于指定在无键盘敲动作发生时，连接能保持多长时间。默认时间为30秒，如果时间设为0秒指的是无限长。 配置如下： switch(config)#line vty 0 5 switch(config-line)#exec-timeout 0 0 switch(config-line)#,小 结,本章对交换机的原理和多层交换进行了详细的介绍，并且通过实例讲述了cisco catalys 交换机的基本配置,