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第6章 交换机及其配置 ​

选择题 17~20题 综合题第2题（配置命令语句） 约占10分

6.1 交换机的基本概念 ​

  1. 基本概念

    • 基于MAC地址识别，工作在数据链路层

    • 根据进入端口数据帧中的MAC地址进行数据帧的过滤、转发

    • 星状网络

  2. 基本功能

    • 建立和维护一个表示MAC地址与交换机端口对应关系的交换表
    • 在发送节点和接受节点之间建立一条虚连接
    • 完成数据帧的转发或过滤

6.2 交换表的内容 ​

交换表主要包括目的MAC地址、与目的MAC地址对应的交换机端口号以及它所属的虚拟子网。其中，虚拟子网用VLAN ID标识。

  • 小型交换机的交换表
    • show mac-address-table
    • 例如 70f3.950c.1e07 Dynamic 100 Fast Ethernet10/3
  • 大型交换机的交换表
    • show cam dynamic
    • 例如 100 f0-de-f120-42cb 2/5[ALL]

6.3 交换机的交换模式 ​

交换方式分类：静态交换、动态交换

动态交换：快速转发、碎片丢弃、存储转发

  • 快速转发（直通）
    • 接收到帧的前14个字节，也就是帧中6个字节的目的地址后便立即转发
    • 优点：交换时间短、时延低、交换速度快
    • 缺点：不能进行检错纠错、速度匹配和流量控制，可靠性较差
    • 适合小型交换机
  • 碎片丢弃
    • 先过滤造成大部分数据包错误的冲突片
    • 检查数据包的长度是否够64字节，小于64视为碎片
    • 优点：过滤了冲突碎片，提供了网络传速的效率和带宽的利用率
  • 存储转发
    • 将接收到的整个数据帧保存在缓冲区，进行循环冗余码校验后再转发
    • 优点：进行链路差错校验、可靠性较高、能有效地改善网络性能
    • 缺点：处理的时延大，交换速度相对较慢

6.4 虚拟局域网技术VLAN ​

  1. 特征
    • 工作在数据链路层
    • 隔离广播信息，每个VLAN为一个广播域
    • 每个VLAN都具有唯一的子网号
    • 不同的VLAN中的主机必须通过路由器或者三层交换机，才能实现相互通信
  2. 标识
    • VLAN ID和VLAN name标识
    • VLAN ID
      • IEEE 802.1Q规定，VLAN ID用12位表示，可以支持4096个VLAN
      • 1~1005标准范围，1006~1024位保留范围，1025~4096是扩展范围
      • 一部分交换机只支持标准范围，能用于以太网的为1~1000，1002~1005为FDDI和令牌环网
    • VLAN name
      • 用32个字符表示，可以是字母和数字
      • 默认为VLAN00XXX（“XXX为VLAN ID”）

6.5 生成树协议STP ​

  1. 基本概念

    • 二层链路管理协议，允许在链路中提供冗余路径
    • IEEE 802.1D是最早的STP的标准，提供了动态冗余切换机制，是目前最为流行、应用最广泛的STP标准
    • 运行在交换机和网桥设备上

  2. 工作原理

    通过交换机之间传递网桥协议数据单元（BPDU），并运行生成树算法（STA)

  3. BPDU相关内容

    包括：Root ID、Root Path Cost、Bridge ID、Port ID、Hello time、Max Age

    • 配置信息的配置BPDU（不超过35个字节）
    • 拓扑变化信息的拓扑变化通知BPDU（不超过4个字节）

  4. Bridge ID

    • 8个字节标识，前2个字节为优先级值，后6个字节为交换机MAC地址

    • 一般Bridge ID值最小的成为根网桥或根交换机

    • 优先级值越小，优先级越高

    • 优先级取值范围为0~61440，增量为4096，默认为32768

    • 优先级设置为8189，优先级高

    • 优先级相同时，MAC的值最小的为根网桥

    • 交换机每2秒定时发送一次BPDU，当拓扑变化或故障时，也会发送

6.6 交换机配置 ​

  1. 配置方式

    • 使用控制Console端口配置交换机（刚出厂 第一次配置）
    • 使用Telnet，常用于远程配置，要求已经连接到网上，已配置了交换机的设备管理地址
    • 使用浏览器IE配置，用于交换机b诶设置成Web服务器

  2. 配置系统信息

    • 基本配置一般通过使用Console配置方式完成，主要配置主机名、超级用户口令、设备管理地址、远程登录口令
    • 常考设置系统时间、配置设备管理IP地址

  3. 设置系统时间

    • Catalyst OS 35系列 clock set hh:mm:ss day month year
    • Catalyst OS 65系列 set time [day of week] [mm/dd/yyyy] [hh:mm:ss]

  4. 配置IP地址

    • Catalyst OS 35系列

      • 配置IP地址：ip address <IP地址> <子网掩码>

    • 配置缺省路由：ip default-gateway<缺省路由IP地址>

      • 备注：VLAN 1是用于设备管理的缺省VLAN

    • Catalyst OS 65系列

      • 配置IP地址：set interface sc0 <IP地址> <子网掩码> <直接广播地址>
      • 配置缺省路由：set ip route 0.0.0.0 <缺省路由IP地址>

  5. 配置端口

    • Catalyst OS 35系列

      1. 描述信息

        • 进入配置模式 interface f0/1

        • 配置描述信息 description To-Webserver

      2. 关闭与开启

        • 进入配置模式 interface f0/1
        • 关闭 shutdown
        • 开启 no shutdown

      3. 通信方式

        • 自适应 duplex auto
        • 全双工 duplex full
        • 半双工 duplex half

      4. 传输速率

        • 自适应 auto
        • 10Mbit/s速率 speed 10
        • 100Mbit/s速率 speed 100
        • 1000Mbit/s速率 speed 1000

    • Catalyst OS 65系列

      1. 描述信息

        set port name <mod/port> <name> name为端口描述

      2. 关闭与开启

        • 关闭 set port disable <mod/port>
        • 开启 set port enable <mod/port>

      3. 通信方式

        • 全双工 set port duplex <mod/port> full
        • 半双工 set port duplex <mod/port> half

      4. 传输速率

        • 自适应 set port speed <mod/port> auto
        • 10Mbit/s速率 set port speed <mod/port> 10
        • 100Mbit/s速率 set port speed <mod/port> 100
        • 1000Mbit/s速率 set port speed <mod/port> 1000

6.7 交换机VLAN的配置 ​

  1. VLAN的建立和删除

    • Catalyst OS 35系列
      • vlan data
      • 建立 vlan <vlan ID> name <vlan name>
      • 删除 no vlan <vlan ID>
      • 修改同建立
    • Catalyst OS 65系列
      • 建立 set vlan <vlan ID> name <vlan name>
      • 删除 clear vlan <vlan ID>
      • 修改同建立

  2. VLAN Trunk的配置

    • Catalyst OS 35系列

      1. 进入端口配置模式 configure terminal || int f0/24

      2. 配置VLAN Trunk 模式 switchport mode trunk

      3. 封装VLAN协议

        • 802.1Q模式 switchport trunk encapsulation dot1q
        • ISL协议 switchport trunk encapsulation isl
        • 自动协商 switchport trunk encapsulation negotiate P

      4. 设置允许中继的VLAN

        • 允许 switchport trunk allowed vlan <vlan ID>
        • 不允许 switchport trunk allowed vlan except <vlan ID>

    • Catalyst OS 65系列

      1. 配置VLAN Trunk模式，封装VLAN协议

        set trunk <mod/port> <mode> <type>

        例如 set trunk 1/24 on dot1q

      2. 设置允许中继的VLAN

        • 允许 set trunk <mod/port> vlan <vlan ID>
        • 不允许 clear trunk <mod/port> <vlan ID>

  3. VTP的配置

    VTP主要用于管理在同一个域的网络范围内VLANs的建立、删除和重命名

    配置VTP的任务主要有两个：建立VTP域、设置VTP的工作模式

    • VTP Server：只设一个，维护该VTP域中所有VLAN信息列表，可以建立、删除或修改VLAN

    • VTP Client：也维护VLAN列表，VLAN信息是从VTP Server学习到的，并且不具有建立、删除或修改VLAN的功能

    • VTP Transparent：相当于一个独立的交换机，只能建立、删除和修改本机上的VLAN信息

    • Catalyst OS 35系列

      1. 配置VTP域名
        • 进入工作模式 configure terminal
        • vtp domain TEST（TEST为域名）
      2. 配置工作模式
        • vtp mode server
        • vtp mode client
        • vtp mode transparent

    • Catalyst OS 65系列

      1. 配置VTP域名 set vtp domain TEST（TEST为域名）
      2. 配置工作模式
        • set vtp mode server
        • set vtp mode client
        • set vtp mode transparent

  4. 为交换机端口分配VLAN

    • Catalyst OS 35系列

      1. 进入端口配置模式 configure terminal || int f0/24

      2. 为端口分配VLAN switchport access vlan <vlan ID>

    • Catalyst OS 65系列

      set vlan <vlan ID> <mod/port>

6.8 交换机STP的配置 ​

  1. 配置生成树优先

    • Catalyst OS 35系列

      spanning-tree vlan <vlans> priority <0~61440>

    • Catalyst OS 65系列

      set spantree priority <0~61440>

  2. 配置生成树可选功能

    • 快速解题
  • BackboneFast：网中链路失效时
    • UplinkFast：直连链路失效时
  • PortFast：只适用于端口连接单个主机时

    • BPDU Filter：强行要求端口转为转发状态

    • BackboneFast 阻塞端口不再等待这段时间，而是直接将端口由侦听和学习状态转换为转发状态

      • Catalyst OS 35系列

        spanning-tree BackboneFast

      • Catalyst OS 65系列

        开启 set spantree backbonefast enable

        关闭 set spantree backbonefast disable

    • UplinkFast 拓扑结构发生变化和完成负载均衡的时候，提供快速收敛

      • Catalyst OS 35系列

        spanning-tree UplinkFast

      • Catalyst OS 65系列

        set spantree UplinkFast enable

    • PortFast 跳过正常生成树操作，加快终端工作站接入到网络中的速度，直接从阻塞状态进入到转发状态

      • Catalyst OS 35系列

        spanning-tree portfast default

      • Catalyst OS 65系列

        set spantree portfast <mod/port> enable

        set spantree portfast <mod/port> disable

        set spantree portfast <mod/port> default

    • BPDU Filtering 停止发送BPDUs，立刻将端口状态转换为转发状态

      • Catalyst OS 35系列

        spanning-tree portfast bpdufilter default

      • Catalyst OS 65系列

        set spantree portfast bpdufilter <mod/port> enable

        set spantree portfast bpdufilter <mod/port> disable

        set spantree portfast bpdufilter <mod/port> default

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