计算机网络技术第13章 交换概述

1第13章交换概述222主要内容•13.1LAN交换原理•13.2交换机的操作原理•13.3配置交换机•13.4配置交换机的实验33313.1LAN交换原理•13.1.1网桥及桥接地址表•13.1.2路由器在网络中的角色•13.1.3网桥与交换机的比较•13.1.4以太交换机的反应时间•13.1.5二层、三层、多层交换机•13.1.6对称交换和不对称交换•13.1.7存储缓冲44413.2交换机的操作原理•13.2.1以太交换机的基本功能•13.2.2MAC地址表•13.2.3交换机对数据帧的转发/过滤决策•13.2.4交换机转发数据帧的三种模式55513.3配置交换机•13.3.1交换机的默认配置•13.3.2Catalyst交换机的配置•13.3.3管理MAC地址表•13.3.4配置端口安全66613.1.1网桥及桥接地址表77713.1.1网桥及桥接地址表•根据MAC地址传递（转发/过滤）数据帧的二层设备。•桥接地址表：MAC地址与接口的映射。•使用存储转发（store-and-forward）机制。88813.1.2路由器在网络中的角色•分割广播域，每个接口为一个广播域。•路由器带来20%-30%网络延时。•可以连接不同的IP网段或IP子网，提供路由服务。99913.1.3网桥与交换机的比较•网桥是基于软件的；交换机是基于硬件的（延时小）。•网桥只能有一个生成树实体；交换机可以有多个生成树实体。•网桥最多有16个端口，交换机可以有很多，固化的/模块化的。10101013.1.4以太交换机的反应时间•从一个数据帧进入交换机开始到它离开交换机为止的时间。•时间取决于在交换机上配置的交换操作的类型。•十亿分之一秒的延迟，都会影响交换机的整体性能。11111113.1.5二层、三层、多层交换机•二层：MAC地址；在表中没有，则广播（泛洪Flooding）基于硬件的交换线速转发的能力高速的可扩展性低反应时间低开销12121213.1.5二层、三层、多层交换机•三层：MAC、IP地址；在表中没有，则丢弃；能分隔广播域。基于硬件的路由；路由器是基于软件的（易升级，延迟大）高性能的包交换能力高速的可扩展性低反应时间更低的端口开销流量统计提供网络的安全性，可在路由模块上使用ACL提供QOS•多层交换机:端口号，基于传输层以上层的信息做安全过滤。13131313.1.6对称交换和不对称交换•LAN基于交换机端口上的带宽可以分成对称交换和不对称交换。•对称交换：在交换机的每个端口上，都连接了相同带宽的网段。即交换机在各相同带宽的端口之间提供交换连接。•不对称交换：使用存储缓冲来存储交换过程中不能被及时转发的数据帧。14141415151516161613.1.7存储缓冲•交换机使用缓冲技术存储和转发数据帧。•存储缓冲区：基于端口的；共享的；•共享的：数据帧与端口之间有映射关系。171717AddresslearningForward/filterdecisionLoopavoidance13.2.1以太交换机的基本功能18181813.2.2MAC地址表•CAM=ContentAddressMemory内容可寻址存储器•InitialMACaddresstableisempty.191919LearningAddresses•StationAsendsaframetostationC.•SwitchcachestheMACaddressofstationAtoportE0bylearningthesourceaddressofdataframes.•TheframefromstationAtostationCisfloodedouttoallportsexceptportE0(unknownunicastsareflooded).202020LearningAddresses(Cont.)•StationDsendsaframetostationC.•SwitchcachestheMACaddressofstationDtoportE3bylearningthesourceaddressofdataframes.•TheframefromstationDtostationCisfloodedouttoallportsexceptportE3(unknownunicastsareflooded).212121FilteringFrames•StationAsendsaframetostationC.•Destinationisknown;frameisnotflooded.222222FilteringFrames(Cont.)•StationAsendsaframetostationB.•TheswitchhastheaddressforstationBintheMACaddresstable.232323•StationDsendsabroadcastormulticastframe.•Broadcastandmulticastframesarefloodedtoallportsotherthantheoriginatingport.BroadcastandMulticastFrames24242413.2.3交换机对数据帧的转发/过滤决策•转发•过滤25252513.2.4交换机转发数据帧的三种模式•1存储转发模式（storeandforward）•2快速转发模式（fastforward）•3无碎片模式（fragmentfree）•直通模式（cutthrough）2626261存储转发模式（storeandforward）•转发数据帧前，完整地接收整个数据帧。•进行循环冗余校验，丢弃出错帧。•保证了数据的正确性。•网络延迟长。272727快速转发模式（fastforward）•不等数据帧完全进入交换机，读取帧头的目的MAC后转发。•不检查错误•延迟小282828无碎片模式（fragmentfree）•等待数据帧进入交换机64字节时，读取帧头中的目的MAC转发该数据帧。•避免了小于64字节的冲突碎片被转发。•没有作循环冗余校验。•速度介于上两种之间。29292913.3.1交换机的默认配置•Showrunning-config•Showvlan•Showflash•Dirflash303030Catalyst1900and2950DefaultConfiguration•IPaddress:0.0.0.0•CDP:enabled•100baseTport:autonegotiateduplexmode•Spanningtree:enabled•Consolepassword:none313131wg_sw_2950#showrunBuildingconfiguration...Currentconfiguration:!!interfaceFastEthernet0/1!interfaceFastEthernet0/2wg_sw_2950#showspantreeInterfaceFa0/1(port7)inSpanningtree1isFORWARDINGPortpathcost19,Portpriority128Designatedroothaspriority32768,address0008.a445.c980Designatedbridgehaspriority32768,address0008.a445.c980Designatedportis7,pathcost0Timers:messageage0,forwarddelay0,hold0BPDU:sent8316,received4wg_sw_2950#showvlanVLANNameStatusPorts----------------------------------------------------------------------------1defaultactiveFa0/1,Fa0/2,Fa0/3,Fa0/4,Fa0/5,Fa0/6,Fa0/7,Fa0/8,Fa0/9,Fa0/10,Fa0/11,Fa0/12,Fa0/13,Fa0/14,Fa0/15,Fa0/16,Fa0/17,Fa0/18,Fa0/19,Fa0/20,Fa0/21,Fa0/22,Fa0/23,Fa0/24PortNamesonCatalyst2950Switches32323213.3.2Catalyst交换机的配置•在2950上删除配置：Deleteflash:vlan.datErasestartup-configReload•在1900上删除配置：deletenvram可以清除startup-config333333wg_sw_1900(config)#ipaddress10.5.5.11255.255.255.0wg_sw_1900(config)#ipaddress{ip_address}{mask}ConfiguringtheSwitchIPAddress•ConfiguresanIPaddressandsubnetmaskontheswitchCatalyst1900wg_sw_2950(config)#interfacevlan1wg_sw_2950(config-if)#ipaddress10.5.5.11255.255.255.0wg_sw_2950(config-if)#ipaddress{ip_address}{mask}•ConfiguresanIPaddressandsubnetmaskfortheswitchVLAN1interfaceCatalyst2950343434wg_sw_a(config)#ipdefault-gateway{ipaddress}•ConfigurestheswitchdefaultgatewayfortheCatalyst1900and2950switchesConfiguringtheSwitchDefaultGatewaywg_sw_a(config)#ipdefault-gateway10.5.5.3353535ShowingtheSwitchIPAddressCatalyst1900Catalyst2950wg_sw_1900#showipIPaddress:10.5.5.11Subnetmask:255.255.255.0Defaultgateway:10.5.5.3ManagementVLAN:1…wg_sw_a#wg_sw_2950#showinterfacevlan1Vlan1isup,lineprotocolisupHardwareisCat5kVirtualEthernet,addressis0010.f6a9.9800(bia0010.f6a9.9800)Internetaddressis172.16.80.79/24Broadcastaddressis255.255.255.255...wg_sw_2950#36363613.3.3管理MAC地址表•showmac-address-table•clearmac-address-table•如果一台主机300秒没有发送数据帧到达交换机，交换机就会把它的MAC地址清除。373737wg_sw_1900#showmac-address-tableNumberofpermanentaddresses:0Numberofrestrictedstaticaddresses:0Numberofdynamicaddresses:6AddressDestInterfaceTypeSourceInterfaceList------------------------------------------------------------------00E0.1E5D.AE2FEthernet0/2DynamicAll00D0.588F.B604FastEth