第4章局域网交换

安徽新华电脑专修学院1安徽新华电脑专修学院课堂教学教案（电脑应用课使用）课程名称网络组建、维护与设计教学对象网络技术专业教材〈〈网络组建、维护与设计〉〉授课内容第4章局域网交换课时3课时教学目的与要求通过本节课的学习，您应该学会以下知识和技能1．掌握交换机的功能2．掌握交换机学习MAC地址方法3．掌握交换机如何过滤帧4．掌握交换网络环路的危害5．熟悉冗余作用6.熟悉学习MAC地址的特点7．了解广播和组播重点、难点本章是该书的重要一章，要求学生一定要掌握，在该章中重点部分就是交换机MAC表的学习过程，以及交换机如何进行交换和过滤。难点就是交换环路是如何产生的、以及给我们带来的危害。关键词：冲突冲突域广播广播域组播泛洪收敛时间课型新授课教学方法讲授法、互动法、演示法、讨论法教学过程设计（包括讲授知识、演示内容及案例、提问及学生演示内容）设计思想:该章的设计思想主要是根据网络组建来进一步认识计算机网络，先根据网络拓扑图进行分析数据流量过程，同时把所有的设备进行比较。最后通过实际操作来构件网络，让学生真正了解有交换机构成的交换式以太网。一．导入课题（***10分钟***）本节课采用典型案例方式来导入课题，以提高学员对本节课学习兴趣案例：下面是一个网络的逻辑拓扑图，根据下面的拓扑图请回答下面的问题？安徽新华电脑专修学院2教学过程设计（续表）讨论（7分钟）（利用典型案例，结合学员分组讨论，并回答案例中的问题，培养学员分析问题，勤于动脑，综合运用知识解决实际问题的能力）（—）请你根据上述例案，利用你所学过的知识，分析上面的拓扑图是什么类型的网络？（一）请你根据上述例案，利用你所学过的知识，描述该拓扑图中用的网络设备类型，以及冲突域和广播域的个数？（讨论）（二）区别在交换机和集线器组网之间的区别？（讨论）教师小结：（***3分钟***）该网络是有集线器和交换机以及终端构成的网络。是一个交换式的以太网，里面共有5个冲突域和一个广播域。关于集线器是一层的，交换机是二层的，集线器对发来的数据流不产生影响，而交换机有个MAC表并且可以隔离冲突。一、知识剖析(***120分钟***)一．交换机的功能：1.1交换机和网桥一样，工作在第二层。可以将交换机看作是多端口的网桥1.2交换机工作的三个功能：⑴学习:学习连接到它的端口的每一个设备的MAC地址并保存到一个MAC地址库中（每个MAC地址库约8K容量）学习是动态的，每次存储地址时，地址被打上时间标志。这使得地址能存储一定时间。每次地址被引用或在CAM中找到，它将收到一个新的时间标志。那些过时的还没有被引用的地址从列表中移走。通过移走过时的地址，CAM维护了一个精确的有用的转发数据库。STEP1：100MbpsCat5交叉线10MbpsCat3,4,5交叉线100MbpsCat5直连线10MbpsCat3,4,5直连线安徽新华电脑专修学院3MACaddresstable0260.8c01.11110260.8c01.22220260.8c01.33330260.8c01.4444E0E1E2E3ABCD交换机初始时的MAC地址表是空的STEP2：•主机A向主机C发送一个帧•交换机的缓存中将从E0端口学习到主机A的物理地址•从主机A除了端口E0外将向其他所有端口泛洪(不知道的单播将泛洪)物理地址表0260.8c01.11110260.8c01.22220260.8c01.33330260.8c01.4444E0:0260.8c01.1111E0E1E2E3DCBA⑵过滤：交换机接收到一个帧时，它会参考MAC地址库，对此帧进行转发或过滤安徽新华电脑专修学院4E0:0260.8c01.1111E2:0260.8c01.2222E1:0260.8c01.3333E3:0260.8c01.44440260.8c01.11110260.8c01.22220260.8c01.33330260.8c01.4444E0E1E2E3XXXXDCAB物理地址表主机A向C发送帧，因为目的已知，将不再进行泛洪0260.8c01.11110260.8c01.22220260.8c01.33330260.8c01.4444E0E1E2E3DCABE0:0260.8c01.1111E2:0260.8c01.2222E1:0260.8c01.3333E3:0260.8c01.4444物理地址表•主机D发送一个广播或者组播帧•广播和组播帧将泛洪到除了原始端口外的所有端口⑶环路避免：当一个交换式网络为了冗余而有回路时，可以配置生成树，可以避免环路安徽新华电脑专修学院5网段1服务器/主机X路由器Y冗余的拓扑排除了单点故障冗余拓扑造成了广播风暴，多帧拷贝，物理地址表不稳定的问题二、网络环路的危害：2.1广播风暴：网段1网段2服务器/主机X路由器Y广播交换机A交换机B⑴交换机不学习广播地址⑵主机X发送一个广播帧，该帧将被交换机A收到。交换机A检查该帧的目的地址，决定转发。⑶发往网段2上，当该帧的拷贝到达交换机B后，这一处理过程将被重复，该帧的拷贝又被重复到上方的以太网，即网段1上。⑷由于原始拷贝同时也通过上方的网段到达交换机B，因而即使在目的站点已经收到该帧拷贝后，这些帧仍沿着两个方向在这个回路中不断传送。2.2多帧复制安徽新华电脑专修学院6网段1路由器Y单播交换机A交换机B单播单播⑴当主机X向路由器Y发出一个单播帧时，它的一个拷贝通过直接的以太网链路网段1到达：几乎同时交换机A也收到了一个拷贝而将它放入缓冲区中。⑵交换机A检查该帧的目的地址后在其MAC地址中找不到路由器Y的相应条目，它将该帧扩散到其它所有端口。⑶交换机B由网段2收到来自交换机A的该帧拷贝时，它将这一拷贝发到网段1。⑷路由器Y第二次收到同一帧的同一拷贝。3.3MAC地址库的不稳定网段1Segment2服务器/主机X路由器Y单播单播交换机A交换机BPort0Port1Port0Port1当主机X发送一个单播给路由器Y时，该帧从网段1到达交换机A，B。交换机A，B会将该帧拷贝入缓冲区，并建立PORT0与主机X的MAC地址对应一条条目ENTRY。当交换机A查看MAC地址表，未发现路由器Y的MAC地址项，交换机A将该帧转发。帧经网段2到达交换机BPORT1口，此时交换机B建立PORT1与主机XMAC地址对应一条条目。交换机A也同样建立PORT1与主机X的对应条目。当一个帧的多个拷贝从交换机的不同端口到达时，就引发了MAC地址库的不稳定。安徽新华电脑专修学院7实例：讨论（10分钟）（利用以上学的知识，学员进行分组讨论，并回答其中的问题，培养学员分析问题，勤于动脑，综合运用知识解决实际问题的能力）（一）请你根据自己的理解简单的分析交换环路的产生原因？（讨论）（二）分析交换网络产生后给我们网络带来那些弊端？（讨论）（三）请你根据自己的理解简单的分析交换环路的产生后的解决方案有那些？你学会了吗？（课程讲完后，可以做一个的调查报告，以反应学员对新知识的掌握情况）安徽新华电脑专修学院8复习思考题作业上机任务实验安排（15分钟）：（布置详细的实验内容，便于学员在实验课中解决问题）一、实验设备：二台1900准备3-6台PC机准备若干直通线和交叉线二、实验要求：1、在实验室中按给定的网络拓朴图连接网络2、观察两个交换机之间的连线LED的变化。3、查看交换机的MAC地址表。4、写出完整的实验报告三、实验内容演练找一名学员先来做这个实验，如果有困难可在教师的指导下逐步完成，这样能给学员理清思路，又能重温课堂讲述内容，达到了以学员动手为主的教学目的。参考文献RichardDeal著.CiscoCertifiedNetworkAssociateCCNA学习指南（Exam640-801）.北京:人民邮电出版社,2004CiscoSystem著.思科网络技术学院（第三、四学期）.北京:人民邮电出版社,2004清华万博网络技术有限公司著.网络设备.北京:清华万博网络技术有限公司,2004张国清王娅著CCNA考试与学习辅导——北京：银河网络教育中心Cisco教研组课后记（或归纳小结）通过本章的学习，学员能够：（5分钟）掌握交换机的功能掌握交换机学习MAC地址方法掌握交换机如何过滤帧掌握交换网络环路的危害熟悉冗余作用熟悉学习MAC地址的特点了解广播和组播PC1PC2PC3PC4