計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工程實(shí)用教程第02章.ppt

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1、交換機(jī)的定義 交換機(jī)的英文名稱為Switch，在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中用圖標(biāo)表示為 在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，交換機(jī)是一種基于MAC地址識(shí)別，能夠完成數(shù)據(jù)幀封裝、轉(zhuǎn)發(fā)功能的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。以太網(wǎng)交換機(jī)類似于一臺(tái)專用的計(jì)算機(jī)，它由中央處理器（CPU）、隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM）和接口組成工作在OSI模型中的第二層，用于連接工作站、服務(wù)器、路由器、集線器和其他交換機(jī)。其主要作用是快速高效、準(zhǔn)確無(wú)誤地轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀。 2、交換機(jī)的體系結(jié)構(gòu) 以太網(wǎng)交換體系結(jié)構(gòu)基本可以分為三類，總線結(jié)構(gòu)、共享存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)以及交換矩陣結(jié)構(gòu)。,,2.1 交換機(jī)概述,1. 總線結(jié)構(gòu) 總線交換結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是：各個(gè)模塊共享同一背板總線結(jié)構(gòu)，每個(gè)輸入端通過(guò)輸入處理部件（輸入邏輯）連接到總線上，每個(gè)輸出端通過(guò)輸出處理部件（輸出邏輯）連接到總線上。如下圖所示，數(shù)據(jù)利用時(shí)分多工傳輸（TDM）方式在總線上傳輸。各路輸入交換數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)輸入處理部件，再經(jīng)過(guò)總線由輸出處理部件取出，形成各路輸出信號(hào)?？偩€采用時(shí)分方式劃分時(shí)隙分配給每個(gè)輸入部件。,2.交換機(jī)的體系結(jié)構(gòu),,2.共享存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu) 共享存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)是總線結(jié)構(gòu)的變形，使用大量的高速RAM來(lái)存儲(chǔ)輸入數(shù)據(jù)。各路輸入數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)輸入處理部件進(jìn)入存儲(chǔ)器，輸出處理部件從存儲(chǔ)器中取出數(shù)據(jù)，形成各路輸出信號(hào)。存儲(chǔ)器相當(dāng)于數(shù)據(jù)緩沖池。如下圖所示。,,,2.交換機(jī)的體系結(jié)構(gòu),3. 矩陣結(jié)構(gòu) 矩陣結(jié)構(gòu)交換機(jī)又稱為縱橫制交換機(jī)。目前絕大多數(shù)高端交換機(jī)都使用這種交換方式。 交換機(jī)的矩陣結(jié)構(gòu)如下圖，由于高速集成電路的發(fā)展，這種結(jié)構(gòu)易于構(gòu)建高速的交換模塊。結(jié)構(gòu)的可擴(kuò)展性與其實(shí)現(xiàn)方法有關(guān)，己知背板交換容量可以擴(kuò)展到100Gbps成本和復(fù)雜性高是這種交換機(jī)容量增加的主要限制因素。,,,2.交換機(jī)的體系結(jié)構(gòu),在網(wǎng)絡(luò)通信中，交換機(jī)執(zhí)行兩個(gè)基本操作：一是交換數(shù)據(jù)幀，將從某一端口收到的數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)發(fā)到該幀的目的地端口；二是維護(hù)交換操作，構(gòu)造和維護(hù)動(dòng)態(tài)MAC地址表。 1. 交換數(shù)據(jù)幀 當(dāng)交換機(jī)接收到從端口來(lái)的一個(gè)數(shù)據(jù)幀時(shí)，首先檢查該幀的源和目的MAC地址，然后與系統(tǒng)內(nèi)部的動(dòng)態(tài)MAC地址表進(jìn)行比較，若數(shù)據(jù)幀的源MAC地址不在該表中，則將該源MAC地址及其對(duì)應(yīng)的端口號(hào)加入MAC地址表中；如果目的MAC地址在該表中，則將數(shù)據(jù)幀發(fā)送到相應(yīng)的目的端口，反之，則將目的MAC地址加入到MAC地址表中，并將該數(shù)據(jù)幀發(fā)送到所有其他端口。,3.交換機(jī)的工作原理,交換數(shù)據(jù)幀的例子,從交換操作過(guò)程中，可以看到數(shù)據(jù)幀的轉(zhuǎn)發(fā)都是基于交換機(jī)內(nèi)的MAC地址表。由此表明建立和維護(hù)MAC地址表是交換機(jī)隔離沖突域的重要功能，也是交換機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)幀通信的基礎(chǔ)。,構(gòu)造維護(hù)MAC地址表,交換機(jī)內(nèi)有一張MAC地址表，表的每一條表項(xiàng)存放著一個(gè)連接在交換機(jī)端口上的設(shè)備的MAC地址及其相應(yīng)端口號(hào)。MAC地址表的建立和維護(hù)過(guò)程如下： 在交換機(jī)加電啟動(dòng)進(jìn)行初始化時(shí)，其MAC地址表為空的。當(dāng)自檢成功后，交換機(jī)開始偵測(cè)各端口連接的設(shè)備，如圖所示，一旦A、B、C互相訪問(wèn)，以及A、B、C訪問(wèn)F，期間的數(shù)據(jù)流必然會(huì)以廣播的形式被交換機(jī)接收到，當(dāng)交換機(jī)接收到數(shù)據(jù)后，首先把數(shù)據(jù)幀的源MAC地址給拆下來(lái)，如果在交換機(jī)內(nèi)部的存儲(chǔ)器中沒(méi)有A、B、C、F的MAC地址，交換機(jī)會(huì)自動(dòng)把這些地址記錄并存儲(chǔ)下來(lái)，同時(shí)，把這些MAC地址所表示的設(shè)備和交換機(jī)的端口對(duì)照起來(lái)。保存下來(lái)的這些信息被稱為MAC地址表。,,構(gòu)造維護(hù)MAC地址表,當(dāng)計(jì)算機(jī)和交換機(jī)加電、斷電或遷移時(shí)，網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)會(huì)隨之改變。為了處理動(dòng)態(tài)拓?fù)鋯?wèn)題，每當(dāng)增加MAC地址表項(xiàng)時(shí)，均在該項(xiàng)中注明幀的到達(dá)時(shí)間。每當(dāng)目的地已在表中的幀到達(dá)時(shí)，將以當(dāng)前時(shí)間更新該項(xiàng)。這樣，從表中每項(xiàng)的時(shí)間即可知道該機(jī)器最后幀到來(lái)的時(shí)間。交換機(jī)中有一個(gè)進(jìn)程定期地掃描MAC地址表，清除時(shí)間早于當(dāng)前時(shí)間若干分鐘的全部表項(xiàng)。于是，如果從一個(gè)物理網(wǎng)段上卸下一臺(tái)計(jì)算機(jī)，連到另一個(gè)物理網(wǎng)段上，則在幾分鐘內(nèi)，它即可重新開始正常工作而無(wú)需人工干預(yù)。這個(gè)算法同時(shí)也意味著，如果機(jī)器在幾分鐘內(nèi)無(wú)動(dòng)作，那么發(fā)給它的幀將不得不散發(fā)，一直到它自己發(fā)送出一幀為止。 交換機(jī)中的內(nèi)存有限，能夠記憶的MAC地址數(shù)也有限，交換機(jī)設(shè)定一個(gè)自動(dòng)老化時(shí)間，若某個(gè)MAC地址在設(shè)定時(shí)間內(nèi)不再出現(xiàn)，交換機(jī)將自動(dòng)把該MAC地址從地址表中清除。當(dāng)下一次該MAC地址出現(xiàn)時(shí)，將被當(dāng)做新地址處理。交換機(jī)可以進(jìn)行全雙工傳輸，可以同時(shí)在多對(duì)節(jié)點(diǎn)之間建立臨時(shí)專用通道，形成立體交叉的數(shù)據(jù)傳輸通道結(jié)構(gòu)。,,1. 地址學(xué)習(xí)（Address Learning） 2. 轉(zhuǎn)發(fā)/過(guò)濾決定( forward/filter decisions) 交換機(jī)在進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)/過(guò)濾操作時(shí)，遵循以下規(guī)則： ①如果數(shù)據(jù)幀的目的MAC地址是廣播地址或者組播地址，則向交換機(jī)所有端口轉(zhuǎn)發(fā)（數(shù)據(jù)幀來(lái)的端口除外）； ②如果數(shù)據(jù)幀的目的地址是單播地址，但這個(gè)地址并不在MAC地址表中，那么也向所有的端口轉(zhuǎn)發(fā)（數(shù)據(jù)幀來(lái)的端口除外）； ③如果數(shù)據(jù)幀的目的地址在MAC地址表中，那么就根據(jù)地址表轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)的端口； ④如果數(shù)據(jù)幀的目的地址與數(shù)據(jù)幀的源地址在同一個(gè)物理網(wǎng)段上，它就會(huì)丟棄這個(gè)數(shù)據(jù)幀，不會(huì)發(fā)生交換。 3. 避免環(huán)環(huán)路（(loop avoidance) 交換機(jī)通過(guò)使用生成樹協(xié)議，避免環(huán)路。,4. 交換機(jī)的基本功能,1. 直通方式 在輸入端口檢測(cè)到一個(gè)數(shù)據(jù)幀時(shí)，就立刻按數(shù)據(jù)幀的目的MAC地址，從MAC地址表中查找相應(yīng)的輸出端口，并在輸入與輸出交叉處接通，把數(shù)據(jù)幀直通到相應(yīng)的端口，實(shí)現(xiàn)交換功能。 優(yōu)點(diǎn)：由于不需要存儲(chǔ)，延遲非常小、交換非?？臁?缺點(diǎn)：因?yàn)閿?shù)據(jù)幀內(nèi)容沒(méi)有被交換機(jī)保存下來(lái)，所以無(wú)法檢查所傳送的數(shù)據(jù)幀是否有誤，不能提供錯(cuò)誤檢測(cè)能力。由于沒(méi)有緩存，不能將具有不同速率的輸入/輸出端口直接接通，而且容易丟幀。 2. 存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā) （Store & forward） 存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的方式。交換機(jī)將收到的一個(gè)完整的數(shù)據(jù)幀先放入緩存，然后進(jìn)行CRC（循環(huán)冗余碼校驗(yàn)）檢查，在對(duì)錯(cuò)誤幀處理后才取出數(shù)據(jù)幀的目的MAC地址，通過(guò)MAC地址表轉(zhuǎn)換成輸出端口送出幀。,5. 交換機(jī)的交換方式,存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式的優(yōu)缺點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)：所有的正常幀都可以通過(guò)，而殘幀和超常幀都被交換機(jī)隔離?？梢詫?duì)進(jìn)入交換機(jī)的數(shù)據(jù)幀進(jìn)行錯(cuò)誤檢測(cè)，有效地改善網(wǎng)絡(luò)性能。它支持不同速度的端口間的轉(zhuǎn)換，保持高速端口與低速端口間的協(xié)同工作。 缺點(diǎn)：存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式在數(shù)據(jù)處理時(shí)延時(shí)大。 3. 碎片隔離（Fragment free） 碎片隔離是一種介于前兩者之間的解決方案。它檢查數(shù)據(jù)幀的長(zhǎng)度是否夠64個(gè)字節(jié)，如果小于64字節(jié)，說(shuō)明是假幀，則丟棄該幀；如果大于64字節(jié)，則發(fā)送該幀。這種方式也不提供數(shù)據(jù)校驗(yàn)。它的數(shù)據(jù)處理速度比存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式快，但比直通式慢。采用這種方式，所有的正常幀和超常幀都可以通過(guò)，而殘幀將被隔離。,5. 交換機(jī)的交換方式,1．按網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍劃分 可以分為廣域網(wǎng)交換機(jī)和局域網(wǎng)交換機(jī)。 2．按傳輸介質(zhì)和傳輸速度劃分 分為以太網(wǎng)交換機(jī)、快速以太網(wǎng)交換機(jī)、千兆（G比特）以太網(wǎng)交換機(jī)、10千兆（10G比特）以太網(wǎng)交換機(jī)和ATM交換機(jī)等。 3．按交換機(jī)工作的協(xié)議層次劃分 分為第二層交換機(jī)、第三層交換機(jī)、第四層交換機(jī)和第七層交換機(jī)。 4．按交換機(jī)的結(jié)構(gòu)劃分 可分為固定端口交換機(jī)、模塊化交換機(jī)。 5．按網(wǎng)絡(luò)互連三層模型劃分 可分為核心層交換機(jī)、匯聚層交換機(jī)、接入層交換機(jī)。 6. 按外觀進(jìn)行劃分 可分為機(jī)箱式交換機(jī)機(jī)架式交換機(jī)桌面型交換機(jī)。 交換機(jī)的分類形式還有一些，例如：按交換機(jī)的應(yīng)用規(guī)模層次劃分；按是否支持網(wǎng)管功能劃分；按是否可以進(jìn)行堆疊劃分等等。,6.交換機(jī)的分類,,2.2 交換機(jī)的接口與連接線纜,1、交換機(jī)的接口類型,2.交換機(jī)的端口配置線纜,2. 3 交換機(jī)配置基礎(chǔ),1 交換機(jī)的管理方式 交換機(jī)為用戶提供了四種管理方式（又稱訪問(wèn)方式）： 通過(guò)帶外對(duì)交換機(jī)進(jìn)行管理； 通過(guò)Telnet對(duì)交換機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程管理； 通過(guò)Web對(duì)交換機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程管理； 通過(guò)SNMP工作站對(duì)交換機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程管理。 第一種方式需要通過(guò)交換機(jī)的Console端口與計(jì)算機(jī)的串口直接相連后才能實(shí)現(xiàn)。首次配置交換機(jī)或者無(wú)法進(jìn)行帶內(nèi)管理時(shí)，只能采用第一種方式。,帶外管理,帶外管理（out-band management）方式一般采用Windows98/2000/XP自帶的超級(jí)終端程序來(lái)完成。 ① 用連接線纜將交換機(jī)與計(jì)算機(jī)連接。 ② 打開與交換機(jī)相連的計(jì)算機(jī)電源，進(jìn)入Windows 98/2000/XP操作系統(tǒng)。 ③ 單擊“開始”按鈕，在“程序”菜單的“附件”選項(xiàng)中單擊“超級(jí)終端”，對(duì)超級(jí)終端進(jìn)行初始設(shè)置。 ④ 在“名稱”欄中輸入一個(gè)名稱（可以任意輸入），可以在圖標(biāo)欄中選擇一個(gè)圖標(biāo)，然后單擊“確定”按鈕。 ⑤ 在“連接時(shí)使用”下拉列表框中根據(jù)具體情況選擇恰當(dāng)?shù)姆绞?，如選擇與交換機(jī)相連的計(jì)算機(jī)的串口COM1。單擊 “確定”按鈕。 ⑥ 設(shè)置波特率（每秒位數(shù)）為9600，數(shù)據(jù)位為8，奇偶校驗(yàn)為“無(wú)”，停止位為1，數(shù)據(jù)流控制為“無(wú)”。單擊“確定”按鈕，如果正常的話，就可以開始配置交換機(jī)了。,帶內(nèi)管理,提供帶內(nèi)管理方式可以使連接在交換機(jī)上的某些設(shè)備具備管理交換機(jī)的功能，其物理連接是用雙絞線將交換機(jī)與管理計(jì)算機(jī)相連。由于每個(gè)廠商的交換機(jī)的配置不完全一樣。有以下幾種方式： （1）通過(guò)Telnet管理交換機(jī) 采用Telnet方式應(yīng)具備如下條件： ①交換機(jī)配置管理VLAN的IP地址； ②作為Telnet客戶端的主機(jī)IP地址與其所管理交換機(jī)的管理VLAN的IP地址在相同網(wǎng)段。否則可以通過(guò)路由器等設(shè)備到達(dá)交換機(jī)管理VLAN的IP地址。 （2）通過(guò)HTTP管理交換機(jī) 采用HTTP方式（即Web方式）應(yīng)具備如下條件：,帶內(nèi)管理,①交換機(jī)支持HTTP方式。 ②交換機(jī)配置管理VLAN IP地址。 ③交換機(jī)有IP地址。 ④作為Web訪問(wèn)的主機(jī)IP地址與交換機(jī)IP地址在相同的網(wǎng)段，且具有可連通性。 ⑤ 作為Web訪問(wèn)的主機(jī)所在的VLAN屬于管理VLAN。 （3）通過(guò)網(wǎng)管軟件管理交換機(jī) 采用網(wǎng)管軟件管理交換機(jī)應(yīng)具備如下條件： ①交換機(jī)支持SNMP或RMON管理協(xié)議，支持網(wǎng)管軟件。 ②交換機(jī)配置管理VLAN IP地址。 ③安裝有網(wǎng)管軟件的主機(jī)IP地址與交換機(jī)IP地址在相同的網(wǎng)段。 ④安裝有網(wǎng)管軟件的主機(jī)所在的VLAN屬于管理VLAN。,交換機(jī)的配置和管理可以通過(guò)多種方式實(shí)現(xiàn)，可以使用命令行形式或菜單形式，也可以使用Web瀏覽器形式或?qū)ｉT的網(wǎng)管軟件（如CiscoWorks 2000等）來(lái)實(shí)現(xiàn)。 1．命令模式 （1）用戶模式 （2）特權(quán)模式 （3）全局配置模式 （4）接口配置模式 （5）VLAN配置模式,交換機(jī)的命令簡(jiǎn)介,交換機(jī)命令模式列表,1．配置超級(jí)終端程序 2．新出廠交換機(jī)的基本配置 3．交換機(jī)的基本配置命令 （1）給交換機(jī)命名。 （2）限制到交換機(jī)的訪問(wèn)。 （3）設(shè)置訪問(wèn)交換機(jī)的口令和劃分特權(quán)級(jí)別。 （4）定義交換機(jī)的IP地址、子網(wǎng)掩碼及默認(rèn)網(wǎng)關(guān)。 （5）設(shè)置系統(tǒng)的日期和時(shí)間 （6）顯示交換機(jī)的系統(tǒng)信息 （7）驗(yàn)證連通性。 （8）保存配置,交換機(jī)基本配置,交換機(jī)的接口介紹 銳捷交換機(jī)的接口類型還有一種劃分的方法，將交換機(jī)的接口類型可分為：2 層接口(L2 interface)和3 層接口(L3 interface)。 2 層接口又可分為：Switch Port和L2 Aggregate Port。 Switch Port由交換機(jī)上的單個(gè)物理端口構(gòu)成，只有2 層交換功能。分為Access Port 和Trunk Port。通過(guò)接口配置命令可對(duì)Access Port和Trunk Port 進(jìn)行配置。每個(gè)access port 只能屬于一個(gè)VLAN，Access port 只傳輸屬于這個(gè)VLAN 的幀。Trunk port 傳輸屬于多個(gè)VLAN 的幀，缺省情況下Trunk port 將傳輸所有VLAN 的幀，可通過(guò)設(shè)置VLAN 許可列表來(lái)限制trunk port 傳輸哪些VLAN 的幀。 3層接口(L3 interface)，用得最多的是SVI(Switch virtual interface)，SVI 是本機(jī)的管理接口，通過(guò)該管理接口管理員可管理交換機(jī)。SVI 是和某個(gè)VLAN 關(guān)聯(lián)的IP 接口。每個(gè)SVI 只能和一個(gè)VLAN 關(guān)聯(lián)?？赏ㄟ^(guò)interface vlan 接口配置命令來(lái)創(chuàng)建SVI，然后給SVI 分配IP 地址。一般交換機(jī)可以支持多個(gè)SVI，但只允許一個(gè)SVI處于UP 狀態(tài)。,交換機(jī)接口管理與配置,進(jìn)入接口配置模式 給接口定義一個(gè)名稱 開啟和關(guān)閉接口 接口的管理狀態(tài)有兩種：up和down，當(dāng)端口被關(guān)閉時(shí)，端口的管理狀態(tài)為down，否則為up。 配置接口的速度，雙工，流控 配置Switch Port接口 顯示接口狀態(tài),交換機(jī)的接口管理,交換機(jī)的互連技術(shù):多臺(tái)交換機(jī)的連接有兩種：堆疊(Stack)和級(jí)聯(lián)(Uplink)。 1．交換機(jī)級(jí)聯(lián) 它通過(guò)交換機(jī)上的級(jí)聯(lián)口（UpLink）進(jìn)行連接。交換機(jī)不能無(wú)限制級(jí)聯(lián)，超過(guò)一定數(shù)量的交換機(jī)進(jìn)行級(jí)聯(lián)，最終會(huì)引起廣播風(fēng)暴，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)性能嚴(yán)重下降。 級(jí)聯(lián)可分為以下三種：用普通端口級(jí)聯(lián)、用Uplink端口級(jí)聯(lián)和光纖端口的級(jí)聯(lián)。,2.4 交換機(jī)的堆疊技術(shù),1.交換機(jī)的級(jí)聯(lián),級(jí)聯(lián)的優(yōu)點(diǎn)；級(jí)聯(lián)式結(jié)構(gòu)化網(wǎng)絡(luò)有利于綜合布線，它是目前主流的連接技術(shù)之一，易理解，安裝，不用考慮交換機(jī)的性能和端口屬性，可以方便的實(shí)現(xiàn)大量端口的接入，通過(guò)統(tǒng)一的網(wǎng)管平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)全網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的統(tǒng)一管理。 級(jí)聯(lián)的缺點(diǎn)：即連層數(shù)較多的時(shí)候，同時(shí)層次之間存在較大的收斂比時(shí)，將出現(xiàn)一定的延時(shí)，解決方法是提高設(shè)備性能或是減少級(jí)聯(lián)的層次.,交換機(jī)的堆疊就是交換機(jī)用堆疊線通過(guò)堆疊模塊把兩臺(tái)或多臺(tái)交換機(jī)連接起來(lái)。 交換機(jī)上的堆疊模塊有兩個(gè)口：一個(gè)進(jìn)口（UP向上線），一個(gè)出口（DOWN向下線），用廠商提供的專用連接電纜（堆疊線），從一臺(tái)交換機(jī)的UP堆疊端口直接連接到另一臺(tái)交換機(jī)的DOWN堆疊端口，如下圖所示。,2.交換機(jī)的堆疊,堆疊的優(yōu)點(diǎn)： （1）通過(guò)堆疊，可以擴(kuò)展端口密度，因?yàn)槎询B的端口數(shù)是由堆疊所有成員設(shè)備的端口相加得到，所有的端口可以當(dāng)作一個(gè)設(shè)備的端口。 （2）方便用戶的管理操作。通過(guò)堆疊，用戶可以將一組交換機(jī)作為一個(gè)邏輯對(duì)象，通過(guò)一個(gè)IP來(lái)管理，減少IP地址的占用并方便管理。 （3）擴(kuò)展上鏈帶寬。如8臺(tái)S2126G/S2150G交換機(jī)堆疊，上鏈可以有8個(gè)千兆端口，8個(gè)千兆口形成聚合端口，帶寬可以達(dá)到8Gbps。 堆疊的缺點(diǎn)：堆疊交換機(jī)的數(shù)目有限制；要求堆疊成員離自己的位置足夠近，一般在同一機(jī)柜中。,2.交換機(jī)的堆疊,（1）實(shí)現(xiàn)的方式不同 級(jí)聯(lián)是通過(guò)一根雙絞線在任何廠家的交換機(jī)之間或集線器之間實(shí)現(xiàn)；堆疊技術(shù)只能在自家的設(shè)備之間，且設(shè)備必須具有堆疊功能才可實(shí)現(xiàn)。 （2）設(shè)備數(shù)目限制不同 交換機(jī)級(jí)聯(lián)在理論上沒(méi)有級(jí)聯(lián)數(shù)限制(注意：集線器級(jí)聯(lián)有個(gè)數(shù)限制且10M和100M的要求不同)，而堆疊設(shè)備會(huì)標(biāo)明最大堆疊個(gè)數(shù)。 （3）連接后性能不同 級(jí)聯(lián)有上下級(jí)關(guān)系，多個(gè)設(shè)備級(jí)聯(lián)會(huì)產(chǎn)生級(jí)聯(lián)瓶頸。每層的性能不同，最后的性能最差；堆疊是通過(guò)交換機(jī)的背板連接起來(lái)的，是建立在芯片級(jí)上的連接，任意兩端口之間的延時(shí)是相等的。 （4）連接后邏輯屬性不同 多臺(tái)交換機(jī)堆疊在一起，從邏輯上來(lái)說(shuō)，它們屬于同一個(gè)設(shè)備。而級(jí)聯(lián)的設(shè)備邏輯上是獨(dú)立的。 （5）連接距離限制不同 一般級(jí)聯(lián)可以增加連接距離，堆疊線纜最長(zhǎng)只有幾米，一般堆疊的交換機(jī)處于同一個(gè)機(jī)柜中。,3．堆疊和級(jí)聯(lián)的區(qū)別,1．交換機(jī)堆疊的過(guò)程 先把交換機(jī)的電源線拔掉，分別將堆疊模塊安裝在兩臺(tái)交換機(jī)上，模塊上面有兩個(gè)口，一個(gè)進(jìn)口UP向上線一個(gè)出口DOWN向下線，通過(guò)一條專用連接電纜，從一臺(tái)交換機(jī)的UP堆疊端口直接連接到另一臺(tái)交換機(jī)的DOWN堆疊端口，最后再插上電源。把兩臺(tái)計(jì)算機(jī)分別插在兩臺(tái)交換機(jī)上面，看兩臺(tái)計(jì)算機(jī)能否ping通，能的話就表示堆疊成功。 注意： （1）要從一臺(tái)交換機(jī)的UP堆疊端口連接到另一臺(tái)交換機(jī)的DOWN堆疊端口。 （2）使用堆疊后就不要再使用級(jí)聯(lián)了，不然會(huì)產(chǎn)生環(huán)路，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴。 （3）某些交換機(jī)是具有自動(dòng)堆疊功能的，例如銳捷的產(chǎn)品中S2126G/S2150G系列交換機(jī)，當(dāng)用戶將多臺(tái)設(shè)備通過(guò)堆疊模塊和堆疊線連接起來(lái)后啟動(dòng)交換機(jī)，交換機(jī)會(huì)自動(dòng)切換到堆疊管理模式下。,交換機(jī)堆疊的管理,2．堆疊中的成員及優(yōu)先級(jí) 當(dāng)堆疊建立之后，只有通過(guò)主機(jī)串口才能執(zhí)行管理，所以要在建立堆疊之前先選擇一臺(tái)主機(jī)，當(dāng)確認(rèn)主機(jī)之后，可以根據(jù)堆疊線連接確定堆疊中的設(shè)備和排列順序。主機(jī)堆疊模塊的DOWN口連接的設(shè)備為設(shè)備２……以此類推。一般情況下，將需要堆疊的設(shè)備從設(shè)備１到設(shè)備N依序擺好后再連接堆疊線以方便管理。 如果系統(tǒng)中有多臺(tái)設(shè)備的優(yōu)先級(jí)相同，且沒(méi)有更高優(yōu)先級(jí)的設(shè)備存在，則系統(tǒng)根據(jù)設(shè)備的MAC地址確定堆疊的主機(jī)。 3．交換機(jī)堆疊的啟動(dòng)和停止 在啟動(dòng)階段如果交換機(jī)的插槽內(nèi)未插堆疊模塊，則工作在單交換機(jī)模式下；如果交換機(jī)的插槽內(nèi)插有堆疊模塊，它將會(huì)檢測(cè)堆疊鏈路是否連通，若堆疊鏈路能夠正常連通，則工作在堆疊模式下，若交換機(jī)在經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的檢測(cè)發(fā)現(xiàn)堆疊鏈路仍無(wú)法正常連通，則工作在單交換機(jī)模式下。,交換機(jī)堆疊的管理,1．給設(shè)備設(shè)置別名 2．接口相關(guān)配置 3．對(duì)指定設(shè)備進(jìn)行配置 4．查看堆疊信息 5．設(shè)備優(yōu)先級(jí)的配置 6．文件同步,交換機(jī)堆疊模式下的配置,1．傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的問(wèn)題 （1）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。 （2）安全性。 （3）冗余路徑。 傳統(tǒng)的基于共享媒體的局域網(wǎng)絡(luò)已不能滿足人們對(duì)帶寬的要求，其固有的弱點(diǎn)造成網(wǎng)絡(luò)的瓶頸現(xiàn)象日趨明顯。 2．VLAN的基本概念 VLAN（Virtual Local Area Network）即虛擬局域網(wǎng)，是一種通過(guò)將局域網(wǎng)內(nèi)的設(shè)備邏輯地而不是物理地劃分成一個(gè)個(gè)網(wǎng)段從而實(shí)現(xiàn)虛擬工作組的技術(shù)。它可以很好地解決傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的許多問(wèn)題。利用交換機(jī)可以實(shí)現(xiàn)VLAN。要說(shuō)明的是，并不是所有的交換機(jī)都具有VLAN功能。,2.5 交換機(jī)的VLAN技術(shù),① VLAN不受網(wǎng)絡(luò)物理位置的限制，可跨越多個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)、多臺(tái)交換機(jī)，可將網(wǎng)絡(luò)用戶按功能劃分成多個(gè)邏輯工作組，每一組為一個(gè)VLAN。 ② VLAN可隔離廣播信息，每個(gè)VLAN為一個(gè)廣播域，可以通過(guò)劃分VLAN的方法來(lái)限制廣播域，以防止廣播風(fēng)暴的發(fā)生。如果要實(shí)現(xiàn)不同VLAN之間的主機(jī)通訊，則必須通過(guò)一個(gè)路由器或者三層交換機(jī)。 ③ 劃分VLAN可有效提升帶寬，可以將網(wǎng)絡(luò)上的用戶按業(yè)務(wù)功能劃分成多個(gè)邏輯工作組，每一組為一個(gè)VLAN，這樣，日常的通信交流信息絕大部分被限制在一個(gè)VLAN內(nèi)部，使帶寬得到有效利用。 ④ VLAN均由軟件實(shí)現(xiàn)定義與劃分，建立與重組VLAN十分靈活，當(dāng)一個(gè)VLAN中增加、刪除和修改用戶的時(shí)候不必從物理位置上調(diào)整網(wǎng)絡(luò)。,VLAN的特征,VLAN在交換機(jī)上的實(shí)現(xiàn)方法，大致劃分為4類。 ① 基于端口劃分的VLAN。該方法的優(yōu)點(diǎn)是定義VLAN成員時(shí)非常簡(jiǎn)單，只要將所有的端口都定義為相應(yīng)的VLAN組即可，適于任何大小的網(wǎng)絡(luò)。缺點(diǎn)是如果用戶離開了原來(lái)的端口，到了一個(gè)新的交換機(jī)的某個(gè)端口，必須重新定義。 ② 基于MAC地址劃分VLAN。該方法的優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)用戶物理位置移動(dòng)時(shí)，VLAN不用重新配置。缺點(diǎn)是初始化時(shí)，所有的用戶都必須進(jìn)行配置，如果用戶多的話，配置是非常繁瑣的，通常適用于小型局域網(wǎng)。 ③ 基于網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議劃分VLAN?？煞譃镮P、IPX、AppleTalk等VLAN。該方法的優(yōu)點(diǎn)是用戶的物理位置改變了，不需重新配置所屬的VLAN，不需要附加的幀標(biāo)簽來(lái)識(shí)別VLAN，可以減少網(wǎng)絡(luò)的通信量。缺點(diǎn)是效率低，因?yàn)橐獧z查IP幀頭，要費(fèi)很多的時(shí)間。 ④ 根據(jù)IP組播劃分VLAN。這種劃分方法認(rèn)為一個(gè)IP組播組就是一個(gè)VLAN。主要適合于不在同一地理范圍的局域網(wǎng)用戶組成一個(gè)VLAN。 這些劃分方法中①是靜態(tài)VLAN，②，③，④是動(dòng)態(tài)VLAN。,VLAN的分類,VLAN幀的標(biāo)識(shí)方法有ISL、IEEE802.1Q、LANE等，最具有代表性的是IEEE802.1Q和ISL。銳捷交換機(jī)采用IEEE802.1Q 標(biāo)準(zhǔn)封裝。,VLAN數(shù)據(jù)幀的標(biāo)識(shí),一個(gè)VLAN是以VLAN ID來(lái)標(biāo)識(shí)的，最多支持250個(gè)VLAN（VLAN ID為1～4094），其中，VLAN 1是出廠默認(rèn)設(shè)置的VLAN，不配置的話，所有與交換機(jī)連接的設(shè)備若沒(méi)有設(shè)置，則都屬于VLAN1，VLAN1是不可刪除的VLAN。 VLAN端口有兩種類型：一種是Access端口，它只能屬于一個(gè)VLAN，并且是通過(guò)手工設(shè)置指定VLAN的，這個(gè)端口不能直接從另一個(gè)VLAN接收信息，也不能向其他VLAN發(fā)送信息；另一種是Trunk端口，在缺省情況下是屬于本交換機(jī)所有VLAN的，它能夠轉(zhuǎn)發(fā)所有VLAN的幀。也可以通過(guò)設(shè)置許可VLAN列表（allowed-vlans）來(lái)加以限制。 一個(gè)接口缺省工作在第二層模式，一個(gè)二層接口的缺省模式是Access端口。,VLAN中的端口,顯示VLAN信息 可以用命令show vlan[id vlan-id] 顯示所有或指定VLAN 的信息。 創(chuàng)建、修改一個(gè)VLAN 可以通過(guò)vlan vlan-id命令創(chuàng)建或者修改一個(gè)VLAN，其中，vlan-id是輸入的VLAN ID號(hào)，范圍為1-4094。如輸入的是一個(gè)新的VLANID，則會(huì)創(chuàng)建一個(gè)VLAN，如果輸入的是已經(jīng)存在的VLANID，則修改VLAN。 刪除一個(gè)VLAN 可以通過(guò)no vlan vlan-id 命令刪除一個(gè)VLAN，要注意的是，缺省VLAN即VLAN 1是不能被刪除的。 把Access 端口分配給指定VLAN 可以通過(guò)switchport access vlan vlan-id 命令將某個(gè)指定的接口分配給一個(gè)VLAN，如果把一個(gè)接口分配給一個(gè)不存在的VLAN，那么這個(gè)VLAN 將自動(dòng)被創(chuàng)建。,VLAN的基本配置,跨交換機(jī)實(shí)現(xiàn)相同VLAN之間的通信要將端口設(shè)置為Trunk模式，跨交換機(jī)實(shí)現(xiàn)不同VLAN之間的通信要借助路由器或三層交換機(jī)。 配置VLAN Trunks 可以通過(guò)switchport mode trunk命令把一個(gè)普通的以太網(wǎng)端口，或者一個(gè)Aggregate Port設(shè)為一個(gè)Trunk 口。一個(gè)接口用switchport mode access/ trunk命令在ACCESS模式和TRUNK模式之間轉(zhuǎn)換。 定義Trunk 口的許可VLAN 列表 可以通過(guò)switchport trunk allowed vlan { all | [add| remove |except]}vlan-list命令來(lái)設(shè)置或修改一個(gè)Trunk 口的許可VLAN 列表。 配置Native VLAN 在接口配置模式下用switchport trunk native vlan vlan-id命令可以為一個(gè)Trunk 口設(shè)置Native VLAN。,VLAN之間的通信,2.6 交換機(jī)的生成樹技術(shù),,在沒(méi)有冗余鏈路的簡(jiǎn)單橋接環(huán)境中，工作會(huì)很正常，一旦將冗余鏈路添加到網(wǎng)絡(luò)中時(shí)，就可能會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，導(dǎo)致環(huán)路的產(chǎn)生。 例如，在下圖中，A站點(diǎn)往B站點(diǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，而交換機(jī)A和交換機(jī)B的地址表中都沒(méi)有B站點(diǎn)的MAC地址。首先，數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)段A會(huì)傳到交換機(jī)A的1/1端口和交換機(jī)B的2/1端口，因?yàn)榻粨Q機(jī)A和交換機(jī)B的地址表中都沒(méi)有B站點(diǎn)的MAC地址，所以交換機(jī)會(huì)將數(shù)據(jù)以廣播的形式向所有其他端口轉(zhuǎn)發(fā)，數(shù)據(jù)會(huì)傳到網(wǎng)段B。因?yàn)榻粨Q機(jī)中還沒(méi)有站點(diǎn)B的地址，所以數(shù)據(jù)又會(huì)往其他端口轉(zhuǎn)發(fā)。數(shù)據(jù)又會(huì)回到網(wǎng)段A，再通過(guò)網(wǎng)段A轉(zhuǎn)發(fā)……這樣就產(chǎn)生了一個(gè)環(huán)路。在廣播密集型的網(wǎng)絡(luò)中，環(huán)路會(huì)形成廣播風(fēng)暴，而將網(wǎng)絡(luò)全部堵塞。,對(duì)二層以太網(wǎng)來(lái)說(shuō)，兩個(gè)LAN 間只能有一條活動(dòng)著的通路，否則就會(huì)產(chǎn)生廣播風(fēng)暴。但是為了加強(qiáng)一個(gè)局域網(wǎng)的可靠性，建立冗余鏈路又是必要的，其中的一些通路必須處于備份狀態(tài)。若網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障，另一條鏈路失效時(shí)，冗余鏈路就必須被提升為活動(dòng)狀態(tài)。手工控制這樣的過(guò)程是一項(xiàng)非常麻煩的，生成樹協(xié)議（Spanning Tree Protocol，STP）就會(huì)自動(dòng)完成這項(xiàng)工作。 STP協(xié)議的作用是避免網(wǎng)絡(luò)中存在交換環(huán)路的時(shí)候產(chǎn)生廣播風(fēng)暴,確保在網(wǎng)絡(luò)中有環(huán)路時(shí)自動(dòng)切斷環(huán)路；當(dāng)環(huán)路消失時(shí),自動(dòng)開啟原來(lái)切斷的網(wǎng)絡(luò)端口,確保網(wǎng)絡(luò)的可靠。,生成樹的重要性,,交換機(jī)或網(wǎng)橋中的端口按照在網(wǎng)絡(luò)拓樸中的不同作用分為下面幾種類型： 根端口（Root port）：提供最短路徑到根橋的端口。 指派端口（Designated port）：每個(gè)LAN 通過(guò)該口連接到根橋。 替換端口（Alternate port）：根口的替換口，一旦根口失效，該口就立該變?yōu)楦凇?備份端口（Backup port）：指派端口的備份口，當(dāng)一個(gè)網(wǎng)橋有兩個(gè)端口都連在一個(gè)LAN 上，那么高優(yōu)先級(jí)的端口為指派端口，低優(yōu)先級(jí)的端口為備份端口。 非活動(dòng)端口（Disable port）：當(dāng)前不處于活動(dòng)狀態(tài)的端口，即operation state 為down 的端口。在沒(méi)有特別說(shuō)明情況下，端口優(yōu)先級(jí)為：Root port、Designated port、Alternate port、Backup port。 每個(gè)端口有三個(gè)狀態(tài)（port state）來(lái)表示是否轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。Discarding既不對(duì)收到的幀進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，也不進(jìn)行源Mac 地址學(xué)習(xí)；Learning：不對(duì)收到的幀進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，但進(jìn)行源Mac 地址學(xué)習(xí)；Forwarding：既對(duì)收到的幀進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，也進(jìn)行源Mac 地址的學(xué)習(xí)。,生成樹協(xié)議中的基本概念,（1）決定根橋（或根交換機(jī)） （2）決定根端口 （3）認(rèn)定LAN的指派交換機(jī) （4）決定指派端口 除了根端口和指派端口外，其他端口都將置為阻塞狀態(tài)。這樣，在決定了根交換機(jī)、交換機(jī)的根端口、以及每個(gè)LAN的指派交換機(jī)和指派端口后，一個(gè)生成樹的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也就決定了。 當(dāng)某個(gè)交換機(jī)檢測(cè)到拓?fù)渥兓鼘⑾蚋粨Q機(jī)方向的指派交換機(jī)定時(shí)發(fā)送拓?fù)渥兓ㄖ狟PDU，直到收到了指派交換機(jī)發(fā)來(lái)的確認(rèn)拓?fù)渥兓畔ⅲ瑫r(shí)指派交換機(jī)重復(fù)以上過(guò)程，這樣，拓?fù)渥兓耐ㄖ罱K傳到根交換機(jī)。根交換機(jī)將發(fā)送一段時(shí)間的配置BPDU，所有的交換機(jī)將會(huì)收到一個(gè)或多個(gè)配置消息，所有的交換機(jī)將重新決定根交換機(jī)、交換機(jī)的根端口、以及每個(gè)LAN的指派交換機(jī)和指派端口，這樣生成樹的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也就重新決定了。,形成一個(gè)生成樹的過(guò)程,如下圖所示，假設(shè)Switch A、B、C 的bridge ID是遞增的，即Switch A 的優(yōu)先級(jí)最高。A和B 間是千兆鏈路，A 和C 間為百兆鏈路，B 和C 間為十兆鏈路。Switch A 做為該網(wǎng)絡(luò)的骨干交換機(jī)，對(duì)Switch B 和Switch C 都做了鏈路冗余，顯然，如果讓這些鏈路都生效時(shí)是會(huì)產(chǎn)生廣播風(fēng)暴的。,網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁涞纳杉白兓纠?如果三臺(tái)Switch 都打開了STP，它們通過(guò)交換BPDU選出根橋?yàn)镾witch A。Switch B 發(fā)現(xiàn)有兩個(gè)端口都連在Switch A上，它就選出優(yōu)先級(jí)最高的端口為root port，另一個(gè)端口就被選為Alternate port。而Switch C 發(fā)現(xiàn)它既可以通過(guò)B 到A，也可以直接到A，通過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)：通過(guò)B到A的鏈路花費(fèi)比直接到A的低（各種鏈路對(duì)應(yīng)的鏈路花費(fèi)可查內(nèi)部的鏈路花費(fèi)表）于是SwitchC就選擇了與B相連的端口為Root port，與A相連的端口為Alternate port。于是就生成了相應(yīng)的圖,網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁涞纳杉白兓纠?網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁涞纳杉白兓纠?（1）查看生成樹的配置 使用show spanning-tree命令查看Spanning Tree的配置 （2）打開、關(guān)閉STP協(xié)議 在全局配置模式下使用spanning-tree命令打開STP協(xié)議。如果要關(guān)閉STP協(xié)議，使用no spanning-tree命令。 （3）設(shè)置生成樹模式 在全局配置模式下使用spanning-tree mode [ stp | rstp | mstp ]來(lái)指定成樹協(xié)議的模式類型。使用no spanning-tree mode命令將生成樹版本恢復(fù)至缺省值。 （4）配置交換機(jī)優(yōu)先級(jí)（Switch Priority） 在全局配置模式下使用spanning-tree mst instance-id priority priority命令，配置交換機(jī)的優(yōu)先級(jí)，其中instance-id，范圍為0－64,priority取值范圍為0到61440，按4096的倍數(shù)遞增，缺省值為32768.如果要恢復(fù)到缺省值，可用no spanning-tree mst instance-id priority命令,生成樹的配置,（5）配置端口優(yōu)先級(jí)（Port Priority） 在接口配置模式下使用spanning-tree mst instance-id port-priority priority命令配置端口的優(yōu)先級(jí)。其中instance-id，范圍為0－64，priority取值范圍為0到240，按16的倍數(shù)遞增，缺省值為128。如果要恢復(fù)到缺省值，使用no spanning-tree mst instance-id port-priority命令。 （6）配置端口的路徑花費(fèi)（Path Cost） 可以在接口配置模式下使用spanning-tree mst instance-id cost cost命令來(lái)配置該端口上的路徑花費(fèi)。其中instance-id的范圍為0－64,cost取值范圍為1到200,000,000。缺省值為根據(jù)端口的鏈路速率自動(dòng)計(jì)算。 （7）配置Hello Time、Forward-Delay Time和Max-Age Time,生成樹的配置,（1）端口數(shù)量 （2）背板帶寬 （3）延時(shí)（Latency） （4）擴(kuò)展性 （5）機(jī)架插槽數(shù)與擴(kuò)展槽數(shù) （6）三層交換技術(shù) （7）芯片 （8）管理功能 （9）單/多MAC地址類型 （10）光纖解決方案,交換機(jī)的主要性能指標(biāo),1．交換機(jī)的類型選擇 2．端口數(shù)目的選擇 3．外型尺寸的選擇 4．光纖接入方案 5．其它幾個(gè)重要的參數(shù) 在選購(gòu)交換器時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)參數(shù)：背板帶寬、端口線速率、包轉(zhuǎn)率、延時(shí)、管理功能等。 6．最后一點(diǎn)就是要盡量同一個(gè)廠商、同一個(gè)型號(hào)的交換機(jī)，這樣做有助于網(wǎng)絡(luò)的管理，產(chǎn)品的維護(hù)等。,交換機(jī)的選購(gòu),交換機(jī)的選購(gòu),1．交換機(jī)的類型選擇 2．端口數(shù)目的選擇 3．外型尺寸的選擇 4．光纖接入方案 5．其它幾個(gè)重要的參數(shù) 在選購(gòu)交換器時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)參數(shù)：背板帶寬、端口線速率、包轉(zhuǎn)率、延時(shí)、管理功能等。 6．最后一點(diǎn)就是要盡量同一個(gè)廠商、同一個(gè)型號(hào)的交換機(jī)，這樣做有助于網(wǎng)絡(luò)的管理，產(chǎn)品的維護(hù)等。,交換機(jī)的選購(gòu),