交换机的安装与配置
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• 假设交换机的管理IP地址为192.168.168.3，利用 网线将交换机接入网络，然后在DOS命令行输入 并执行“Telnet 192.168.168.3”此时要求用户输 入Telnet登录密码，密码输入成功不会回显，校 验成功后，即可登录交换机，并出现交换机的命 令提示行。
• 若要退出交换机的登陆链接，执行exist命令。
项目：交换机的安装与配置
➢项目描述：要求设计一个结构清晰、易于 扩展的交换机互联方案，满足校园网的规 模的扩大及功能的增加，并一段时间内保 持先进性。还要防止因单点失效造成全网 瘫痪，即使出现单点失效也要将影响减到 最小，可通过交换机的配置实现以上的目 标。
• 项目分析
为了实现网络系统建设目标，使骨干网络系 统具有良好的扩展性和灵活的接入能力， 并且易于管理、易于维护，在组网设计上 采用3层结构化设计方案：接入层、汇聚层 和核心层。
• 三层交换原理 假设两个使用IP协议的站点A、B通过第三层
交换机进行通信，发送站点A在开始发送时，把 自己的IP地址与B站的IP地址比较，判断B站是 否与自己在同一子网内。若目的站B与发送站A 在同一子网内，则进行二层的转发。若两个站 点不在同一子网内，如发送站A要与目的站B通 信，发送站A要向“缺省网关”发出ARP(地址 解析)封包，而“缺省网关”的IP地址其实是三 层交换机的三层交换模块。当发送站A对“缺省 网关”的IP地址广播出一个ARP请求时，如果 三层交换模块在以前的通信过程中已经知道B站 的MAC地址，则向发送站A回复B的MAC地址。
制台Console端口进行初始配置，将控制台电缆 一端连接到交换机的控制台端口，另一端连接 到计算机的串行接口，正确连接好线缆之后， 在工作站启动超级终端应用程序，并为此链接 输入一个名称，设置好后，点击确定按钮，就 可以连接登陆交换机了，第一次配置的交换机 没有密码，直接进入交换机的命令行状态 （Switch>）,即可以通过命令来操纵和配置交换 机了。
核心层 汇聚层 接入层
网络规划图
• 接入层的设计
接入层位于网络拓扑结构的最底层，接入层 交换机用于连接终端用户，端口密度一般 比较高，并且应配备高速上连端口。一般 可采用二层交换机。
• 汇聚层的设计
汇聚层交换机用于汇聚接入层交换机 的流量，并上连至核心层交换机，一般采 用三层交换机。这类交换机一般具有一定 数量的高速端口，以提供较高的数据吞吐 能力
地址信息。 (2)在被管理的交换机上已经配置好IP地址信息。如果尚
未配置IP地址信息，则必须通过Console端口进行设置。 (3)在交换机上建立了具有管理权限的用户账户。如果没
有建立新的账户，则Cisco交换机默认的管理员账户为 admin。
配置交换机的方式
• 进入windows的MS-DOS方式，然后在MS-DOS 方式下执行“Telnet 交换机IP地址”命令来登陆 连接交换机。
• 集线器 集线器的英文称为“Hub”。“Hub”是“中心”
的意思，集线器的主要功能是对接收到的信号进 行再生整形放大，以扩大网络的传输距离，同时 把所有节点集中在以它为中心的节点上。它工作 于OSI(开放系统互联参考模型)参考模型第一层， 即“物理层”。集线器与网卡、网线等传输介质一 样，属于局域网中的基础设备，采用CSMA/CD (一种检测协议)访问方式。
• 核心层设计
核心层交换机是整个网络的中心交换机， 具有较高的交换性，用于连接和汇聚各汇 聚层交换机的流量。核心层交换机一般采 用高档的三层交换机，这类交换机具有很 高的交换背板宽带、较高的高速以太网端 口和光纤端口。
• 二层交换机与三层交换机的区别 简单的讲二层交换机工作在数据链路层
(第二层)，三层交换机工作在网络层(第 三层)
• 三层交换机是带有第三层路由功能的第二层交换 机，但它是二者的有机结合，并不是简单地把路 由器设备的硬件及软件叠加在局域网交换机上， 三层交换机的最重要目的是加快大型局域网内部 的数据交换，所具有的路由功能也是为这目的服 务的，能够做到一次路由，多次转发。对于数据 包转发等规律性的过程由硬件高速实现，而象路 由信息更新、路由表维护、路由计算、路由确定 等功能，由软件实现。
Cisco IOS提供了用户模式与特权模式两种基本的命 令执行级别，同时还提供了全局配置、接口配置、Line配 置、VLAN数据库配置等多种类型的配置模式，以允许用 户对交换机进行全面的配置与管理。
1．用户模式 用户模式的提示符是： Switch>
其中Switch是主机名，在该模式下直接输入“？”并 回 车，可获得该模式下可允许执行的命令清单及相关说明。 如：Switch>
• 二层交换机的工作原理：
（1） 由于交换机对多数端口的数据进行同时交换，这就要 求具有很宽的交换总线带宽，如果二层交换机有N个端口， 每个端口的带宽是M，交换机总线带宽超过N×M，那么这 交换机就可以实现线速交换；
（2） 学习端口连接的机器的MAC地址，写入地址表，地 址表的大小（一般两种表示方式：一为BEFFER RAM， 一为MAC表项数值），地址表大小影响交换机的接入容量； （3） 二层交换机一般都含有专门用于处理数据包转发的 ASIC （Application specific Integrated Circuit）芯片， 因此转发速度可以做到非常快。由于各个厂家采用ASIC不 同，直接影响产品性能。
交换机的组成及加电启动
• 组成 交换机相当于一台计算机，也是有硬件和软
件两部分组成，软件部分主要是IOS操作系统， 硬件主要包含CPU、存储介质和端口。 • 加电启动
交换机加电启动时，将首先运行ROM中的程 序，以实现对交换机硬件的自检并引导启动IOS。 该存储系统中的程序在系统断电时不会丢失
交换机的命令模式
否则三层交换模块根据路由信息向B站广播一个 ARP请求，B站得到此ARP请求后向三层交换模 块回复其MAC地址，三层交换模块保存此地址并 回复给发送站A,同时将B站的MAC地址发送到二 层交换引擎的MAC地址表中。从这以后，当A向 B发送的数据包便全部交给二层交换处理，信息 得以高速交换。由于仅仅在路由过程中才需要三
相关知识ຫໍສະໝຸດ Baidu 中继器 集线器 网桥 交换机
• 中继器 中继器(REPEATER) 是对信号进行再生
和还原的网络设备，是 OSI 参考模型的物 理层连接设备。适用于完全相同的两类网 络的互连，主要功能是通过对数据信号的重 新发送或者转发，来扩大网络传输的距离。
中继器是最简单的网络互联设备，主要完成物理层的功能， 负责在两个节点的物理层上按位传递信息，完成信号的复 制、调整和放大功能，以此来延长网络的长度。由于存在损 耗，在线路上传输的信号功率会逐渐衰减，衰减到一定程度 时将造成信号失真，因此会导致接收错误。中继器就是为解 决这一问题而设计的。它完成物理线路的连接，对衰减的信 号进行放大，保持与原数据相同。一般情况下，中继器的两 端连接的是相同的媒体，但有的中继器也可以完成不同媒体 的转接工作。从理论上讲中继器的使用是无限的，网络也因 此可以无限延长。事实上这是不可能的，因为网络标准中都 对信号的延迟范围作了具体的规定，中继器只能在此规定范 围内进行有效的工作，否则会引起网络故障。
• 二层交换机属数据链路层设备，可以识别数据包中的MAC 地址(链路地址)信息，根据MAC地址进行转发，并将这些 MAC地址与对应的端口记录在自己内部的一个地址表中。
• 具体的工作流程如下： （1） 当交换机从某个端口收到一个数据包，它先读取包头 中的源MAC地址，这样它就知道源MAC地址的机器是连在 哪个端口上的； （2） 再去读取包头中的目的MAC地址，并在地址表中查 找相应的端口； （3） 如表中有与这目的MAC地址对应的端口，把数据包 直接复制到这端口上； （4） 如表中找不到相应的端口则把数据包广播到所有端口 上，当目的机器对源机器回应时，交换机又可以学习一目 的MAC地址与哪个端口对应，在下次传送数据时就不再需 要对所有端口进行广播了。
集线器属于纯硬件网络底层设备，基本上不
具有类似于交换机的“智能记忆”能力和 “学
习"能力。它也不具备交换机所具有的MAC 地址表，所以它发送数据时都是没有针对性 的，而是采用广播方式发送。也就是说当它 要向某节点发送数据时，不是直接把数据发 送到目的节点，而是把数据包发送到与集线 器相连的所有节点，如图所示。
集线器
• 这种广播发送数据方式有两方面不足：
（1）用户数据包向所有节点发送，很可能带来数 据通信的不安全因素，一些别有用心的人很容易 就能非法截获他人的数据包；
（2）由于所有数据包都是向所有节点同时发送， 加上以上所介绍的共享带宽方式，就更加可能造 成网络塞车现象，更加降低了网络执行效
（3）非双工传输，网络通信效率低。集线器的同 一时刻每一个端口只能进行一个方向的数据通信， 而不能像交换机那样进行双向双工传输，网络执 行效率低，不能满足较大型网络通信需求。
交换机配置 ----- 配置交换机的方式
• 对交换机进行配置有以下2种常见方式： 本地控制台登录方式 远程配置方式
• 其中，远程配置方式又包括以下三种： • Telnet远程登录方式 • Web浏览器访问方式 • SNMP远程管理方式
配置交换机的方式
一、本地控制台登录方式 对于第一次安装的交换机来说，只能通过控
层处理，绝大部分数据都通过二层交换转发，因
此三层交换机的速度很快，接近二层交换机的速
度，同时比相同路由器的价格低很多。
基于上述的设计方案，我们将交换机的 安装与调试的实施分为3个任务：
➢任务一：接入层交换机的实现—配置 ➢任务二：汇聚层交换机的实现—配置 ➢任务三：核心层交换机的实现—配置
• 任务1：接入层交换机的实现--配置接入层交换机 ➢ 任务描述：接入层为所有的终端用户提供一个接入点。 ➢ 配置要求： • 交换机名称 • 加密口令 • 虚拟终端口令 • 控制台终端和虚拟终端超时时间 • 禁用IP地址解析特性 • 管理IP地址 • 默认网关
配置交换机的方式
二、通过Telnet对交换机进行配置
在首次通过控制台完成对交换机的配置，并设置交换机 的管理IP和登录密码后，就可通过Telnet会话来连接登陆 交换机，从而实现交换机的远程配置。
在使用Telnet连接至交换机之前，应当确认已经做好 以下准备工作： (1)在用于管理的计算机中安装TCP/IP协议，并配置好IP
• 网桥 网桥（Bridge）像一个聪明的中继器，网桥 将两个相似的网络连接起来，并对网络数据 的流通进行管理。它工作于 数据链路层，不 但能扩展网络的距离或范围，而且可提高网 络的性能、可靠性和 安全性。
• 网桥的工作原理 在网桥中，维持有一个交换表，该表给出了关
于网桥不同接口所连主机的MAC地址信息。网桥 根据数据帧中的目的地址判断是否转发该帧，即 网桥从某一接口收到数据时，将首先获取目的 MAC地址，然后查看交换表。若发送节点与目的 节点在同一个网段时，则网桥就不转发该帧，只 有源节点与目的节点不在同一个网段时，网桥才 转发该帧。也就是说，网桥具有基于第二层地址 进行帧过滤的功能
机和第四层交换机。
• 根据交换机是否支持网络管理功能，可以分为“网管型”
和“非网管型”两大类。
• 根据交换机的应用层次划分，可以分为企业级交换机、部
门级交换机和工作组交换机等。
交换机的主要技术参数
• 局域网交换机最主要的指标是数据交换能力、端口的配置和包转发速 率等。
• 交换机的主要技术参数 1．转发方式 2．背板带宽 3．包转发速率 4．MAC地址表大小 5．延时 6．VLAN支持 7．管理功能 8．扩展树
网桥
交换机的分类
• 根据交换机使用的网络传输协议的不同我们一般可以将局
域网交换机分为以太网交换机、快速以太网交换机、千兆以 太网交换机、万兆以太网交换机、FDDI交换机、ATM交换 机和令牌环交换机等。
• 根据交换机的端口结构来分，交换机大致可分为：固定端
口交换机和模块化交换机两种不同的结构。
• 根据交换机工作的协议层可分第二层交换机、第三层交换
• 若要退出交换机的登陆链接，执行exist命令。
项目：交换机的安装与配置
➢项目描述：要求设计一个结构清晰、易于 扩展的交换机互联方案，满足校园网的规 模的扩大及功能的增加，并一段时间内保 持先进性。还要防止因单点失效造成全网 瘫痪，即使出现单点失效也要将影响减到 最小，可通过交换机的配置实现以上的目 标。
• 项目分析
为了实现网络系统建设目标，使骨干网络系 统具有良好的扩展性和灵活的接入能力， 并且易于管理、易于维护，在组网设计上 采用3层结构化设计方案：接入层、汇聚层 和核心层。
• 三层交换原理 假设两个使用IP协议的站点A、B通过第三层
交换机进行通信，发送站点A在开始发送时，把 自己的IP地址与B站的IP地址比较，判断B站是 否与自己在同一子网内。若目的站B与发送站A 在同一子网内，则进行二层的转发。若两个站 点不在同一子网内，如发送站A要与目的站B通 信，发送站A要向“缺省网关”发出ARP(地址 解析)封包，而“缺省网关”的IP地址其实是三 层交换机的三层交换模块。当发送站A对“缺省 网关”的IP地址广播出一个ARP请求时，如果 三层交换模块在以前的通信过程中已经知道B站 的MAC地址，则向发送站A回复B的MAC地址。
制台Console端口进行初始配置，将控制台电缆 一端连接到交换机的控制台端口，另一端连接 到计算机的串行接口，正确连接好线缆之后， 在工作站启动超级终端应用程序，并为此链接 输入一个名称，设置好后，点击确定按钮，就 可以连接登陆交换机了，第一次配置的交换机 没有密码，直接进入交换机的命令行状态 （Switch>）,即可以通过命令来操纵和配置交换 机了。
核心层 汇聚层 接入层
网络规划图
• 接入层的设计
接入层位于网络拓扑结构的最底层，接入层 交换机用于连接终端用户，端口密度一般 比较高，并且应配备高速上连端口。一般 可采用二层交换机。
• 汇聚层的设计
汇聚层交换机用于汇聚接入层交换机 的流量，并上连至核心层交换机，一般采 用三层交换机。这类交换机一般具有一定 数量的高速端口，以提供较高的数据吞吐 能力
地址信息。 (2)在被管理的交换机上已经配置好IP地址信息。如果尚
未配置IP地址信息，则必须通过Console端口进行设置。 (3)在交换机上建立了具有管理权限的用户账户。如果没
有建立新的账户，则Cisco交换机默认的管理员账户为 admin。
配置交换机的方式
• 进入windows的MS-DOS方式，然后在MS-DOS 方式下执行“Telnet 交换机IP地址”命令来登陆 连接交换机。
• 集线器 集线器的英文称为“Hub”。“Hub”是“中心”
的意思，集线器的主要功能是对接收到的信号进 行再生整形放大，以扩大网络的传输距离，同时 把所有节点集中在以它为中心的节点上。它工作 于OSI(开放系统互联参考模型)参考模型第一层， 即“物理层”。集线器与网卡、网线等传输介质一 样，属于局域网中的基础设备，采用CSMA/CD (一种检测协议)访问方式。
• 核心层设计
核心层交换机是整个网络的中心交换机， 具有较高的交换性，用于连接和汇聚各汇 聚层交换机的流量。核心层交换机一般采 用高档的三层交换机，这类交换机具有很 高的交换背板宽带、较高的高速以太网端 口和光纤端口。
• 二层交换机与三层交换机的区别 简单的讲二层交换机工作在数据链路层
(第二层)，三层交换机工作在网络层(第 三层)
• 三层交换机是带有第三层路由功能的第二层交换 机，但它是二者的有机结合，并不是简单地把路 由器设备的硬件及软件叠加在局域网交换机上， 三层交换机的最重要目的是加快大型局域网内部 的数据交换，所具有的路由功能也是为这目的服 务的，能够做到一次路由，多次转发。对于数据 包转发等规律性的过程由硬件高速实现，而象路 由信息更新、路由表维护、路由计算、路由确定 等功能，由软件实现。
Cisco IOS提供了用户模式与特权模式两种基本的命 令执行级别，同时还提供了全局配置、接口配置、Line配 置、VLAN数据库配置等多种类型的配置模式，以允许用 户对交换机进行全面的配置与管理。
1．用户模式 用户模式的提示符是： Switch>
其中Switch是主机名，在该模式下直接输入“？”并 回 车，可获得该模式下可允许执行的命令清单及相关说明。 如：Switch>
• 二层交换机的工作原理：
（1） 由于交换机对多数端口的数据进行同时交换，这就要 求具有很宽的交换总线带宽，如果二层交换机有N个端口， 每个端口的带宽是M，交换机总线带宽超过N×M，那么这 交换机就可以实现线速交换；
（2） 学习端口连接的机器的MAC地址，写入地址表，地 址表的大小（一般两种表示方式：一为BEFFER RAM， 一为MAC表项数值），地址表大小影响交换机的接入容量； （3） 二层交换机一般都含有专门用于处理数据包转发的 ASIC （Application specific Integrated Circuit）芯片， 因此转发速度可以做到非常快。由于各个厂家采用ASIC不 同，直接影响产品性能。
交换机的组成及加电启动
• 组成 交换机相当于一台计算机，也是有硬件和软
件两部分组成，软件部分主要是IOS操作系统， 硬件主要包含CPU、存储介质和端口。 • 加电启动
交换机加电启动时，将首先运行ROM中的程 序，以实现对交换机硬件的自检并引导启动IOS。 该存储系统中的程序在系统断电时不会丢失
交换机的命令模式
否则三层交换模块根据路由信息向B站广播一个 ARP请求，B站得到此ARP请求后向三层交换模 块回复其MAC地址，三层交换模块保存此地址并 回复给发送站A,同时将B站的MAC地址发送到二 层交换引擎的MAC地址表中。从这以后，当A向 B发送的数据包便全部交给二层交换处理，信息 得以高速交换。由于仅仅在路由过程中才需要三
相关知识ຫໍສະໝຸດ Baidu 中继器 集线器 网桥 交换机
• 中继器 中继器(REPEATER) 是对信号进行再生
和还原的网络设备，是 OSI 参考模型的物 理层连接设备。适用于完全相同的两类网 络的互连，主要功能是通过对数据信号的重 新发送或者转发，来扩大网络传输的距离。
中继器是最简单的网络互联设备，主要完成物理层的功能， 负责在两个节点的物理层上按位传递信息，完成信号的复 制、调整和放大功能，以此来延长网络的长度。由于存在损 耗，在线路上传输的信号功率会逐渐衰减，衰减到一定程度 时将造成信号失真，因此会导致接收错误。中继器就是为解 决这一问题而设计的。它完成物理线路的连接，对衰减的信 号进行放大，保持与原数据相同。一般情况下，中继器的两 端连接的是相同的媒体，但有的中继器也可以完成不同媒体 的转接工作。从理论上讲中继器的使用是无限的，网络也因 此可以无限延长。事实上这是不可能的，因为网络标准中都 对信号的延迟范围作了具体的规定，中继器只能在此规定范 围内进行有效的工作，否则会引起网络故障。
• 二层交换机属数据链路层设备，可以识别数据包中的MAC 地址(链路地址)信息，根据MAC地址进行转发，并将这些 MAC地址与对应的端口记录在自己内部的一个地址表中。
• 具体的工作流程如下： （1） 当交换机从某个端口收到一个数据包，它先读取包头 中的源MAC地址，这样它就知道源MAC地址的机器是连在 哪个端口上的； （2） 再去读取包头中的目的MAC地址，并在地址表中查 找相应的端口； （3） 如表中有与这目的MAC地址对应的端口，把数据包 直接复制到这端口上； （4） 如表中找不到相应的端口则把数据包广播到所有端口 上，当目的机器对源机器回应时，交换机又可以学习一目 的MAC地址与哪个端口对应，在下次传送数据时就不再需 要对所有端口进行广播了。
集线器属于纯硬件网络底层设备，基本上不
具有类似于交换机的“智能记忆”能力和 “学
习"能力。它也不具备交换机所具有的MAC 地址表，所以它发送数据时都是没有针对性 的，而是采用广播方式发送。也就是说当它 要向某节点发送数据时，不是直接把数据发 送到目的节点，而是把数据包发送到与集线 器相连的所有节点，如图所示。
集线器
• 这种广播发送数据方式有两方面不足：
（1）用户数据包向所有节点发送，很可能带来数 据通信的不安全因素，一些别有用心的人很容易 就能非法截获他人的数据包；
（2）由于所有数据包都是向所有节点同时发送， 加上以上所介绍的共享带宽方式，就更加可能造 成网络塞车现象，更加降低了网络执行效
（3）非双工传输，网络通信效率低。集线器的同 一时刻每一个端口只能进行一个方向的数据通信， 而不能像交换机那样进行双向双工传输，网络执 行效率低，不能满足较大型网络通信需求。
交换机配置 ----- 配置交换机的方式
• 对交换机进行配置有以下2种常见方式： 本地控制台登录方式 远程配置方式
• 其中，远程配置方式又包括以下三种： • Telnet远程登录方式 • Web浏览器访问方式 • SNMP远程管理方式
配置交换机的方式
一、本地控制台登录方式 对于第一次安装的交换机来说，只能通过控
层处理，绝大部分数据都通过二层交换转发，因
此三层交换机的速度很快，接近二层交换机的速
度，同时比相同路由器的价格低很多。
基于上述的设计方案，我们将交换机的 安装与调试的实施分为3个任务：
➢任务一：接入层交换机的实现—配置 ➢任务二：汇聚层交换机的实现—配置 ➢任务三：核心层交换机的实现—配置
• 任务1：接入层交换机的实现--配置接入层交换机 ➢ 任务描述：接入层为所有的终端用户提供一个接入点。 ➢ 配置要求： • 交换机名称 • 加密口令 • 虚拟终端口令 • 控制台终端和虚拟终端超时时间 • 禁用IP地址解析特性 • 管理IP地址 • 默认网关
配置交换机的方式
二、通过Telnet对交换机进行配置
在首次通过控制台完成对交换机的配置，并设置交换机 的管理IP和登录密码后，就可通过Telnet会话来连接登陆 交换机，从而实现交换机的远程配置。
在使用Telnet连接至交换机之前，应当确认已经做好 以下准备工作： (1)在用于管理的计算机中安装TCP/IP协议，并配置好IP
• 网桥 网桥（Bridge）像一个聪明的中继器，网桥 将两个相似的网络连接起来，并对网络数据 的流通进行管理。它工作于 数据链路层，不 但能扩展网络的距离或范围，而且可提高网 络的性能、可靠性和 安全性。
• 网桥的工作原理 在网桥中，维持有一个交换表，该表给出了关
于网桥不同接口所连主机的MAC地址信息。网桥 根据数据帧中的目的地址判断是否转发该帧，即 网桥从某一接口收到数据时，将首先获取目的 MAC地址，然后查看交换表。若发送节点与目的 节点在同一个网段时，则网桥就不转发该帧，只 有源节点与目的节点不在同一个网段时，网桥才 转发该帧。也就是说，网桥具有基于第二层地址 进行帧过滤的功能
机和第四层交换机。
• 根据交换机是否支持网络管理功能，可以分为“网管型”
和“非网管型”两大类。
• 根据交换机的应用层次划分，可以分为企业级交换机、部
门级交换机和工作组交换机等。
交换机的主要技术参数
• 局域网交换机最主要的指标是数据交换能力、端口的配置和包转发速 率等。
• 交换机的主要技术参数 1．转发方式 2．背板带宽 3．包转发速率 4．MAC地址表大小 5．延时 6．VLAN支持 7．管理功能 8．扩展树
网桥
交换机的分类
• 根据交换机使用的网络传输协议的不同我们一般可以将局
域网交换机分为以太网交换机、快速以太网交换机、千兆以 太网交换机、万兆以太网交换机、FDDI交换机、ATM交换 机和令牌环交换机等。
• 根据交换机的端口结构来分，交换机大致可分为：固定端
口交换机和模块化交换机两种不同的结构。
• 根据交换机工作的协议层可分第二层交换机、第三层交换