第四章 交换机原理与配置

一、数据链路层
1、数据链路层的功能
(1)负责网络中相邻节点之间可靠的数据通信，并进行有效的流量控制。它的作用包括数据链路的建立、维护与拆除，帧包装，帧传输，帧同步，帧的差错控制与恢复以及流量控制等。
(2)本层所关心的问题
①物理地址、网络拓扑
②组帧：把数据封装在帧中，按顺序传送
③定界与同步：产生/识别帧边界
④差错恢复：采用重传的方法进行
⑤流量控制及自适应：确保中间传输设备的稳定及受罚双方传输速率的匹配

2、以太网的由来
(1)Xerox公司的X-Wire，2.94兆实验性以太网（1973年）
(2)DEC-Intel-Xerox（DIX）的10兆以太网应用（1979年）
(3)IEEE的802.3标准（1983年6月，10兆以太网标准）
(4)快速以太网和千兆以太网（1991-1992年，Grand Junction公司，100/1000兆以太网）

3、以太网帧格式
(1)MAC地址
制作在网卡上的物理地址。有48位二进制数组成，通常分为六段，用十六进制表示。其中前24位是生产厂商想IEEE申请的厂商编号，后24位是网络接口卡序列号。MAC地址第8位为0时，表示该MAC地址为单播地址；为1时，表示为组播地址。（单播的发送方式为一对一，即一台主机发送的数据只给另一台主机。广播的发送方式为一对多，即一台主机发送数据，在这个网段中的所有主机都能收到。组播结余两者之间，但接受者不是全体成员，而是一个特定的组的成员。）

(2)帧格式
①最常用的为Ethernet II帧格式
1)前导码：包含八字节，其中最后一字节为起始定界符
2)目的地址（DA）：包含六字节，标识了帧的目的站点的MAC地址
3)原地址（SA）：包含六字节，标识了发送帧的站点的MAC地址
4)类型域包含两字节，用来标识上层（网络层）协议的类型
5)数据域包含46-1500字节，封装了通过以太网传输的高层协议信息。由于CSMA/CD算法限制，以太网帧不能小于某个最小长度。高层协议要确保这个域至少包含46字节。数据域长度上线是任意的，但已经被设置为1500字节。
6)帧效验序列（FCS）：包含四字节，是从DA开始到数据域结束部分的校验和。算法是32位的循环沉余校验法

二、以太网交换机
1、交换机设备简介
(1)Cisco交换机产品系列
①Cisco2960：入门级，2950系列的升级产品
②Cisco3560：企业级，3550系列的升级产品
③Cisco4500：模块化交换机，可实现功能扩展以保护企业投资，主要用于具有一定规模的网络环境中。
④Cisco6500：高端交换机，主要用于大型企业园区网或者电信运营商网络的构建
(2)H3C交换机产品系列
①核心层，路由式交换机：S10500、S9500E、S7500E、S7500等
②汇聚层，千兆智能交换机：S5500-EI/SI、S5510、S5120-EI/SI、S5600等
③接入层，上行支持千兆，下行基本为百兆：S3100-EI/SI、S3600-EI/SI、S3610等

2、交换机的工作原理
(1)MAC地址的学习
收到数据帧后首先查看是否记录源地址，没有则记录该地址
(2)广播未知数据帧
如目标地址未记录，则广播数据帧
(3)接收方回应信息
收到正确目标回复后，记录该地址
(4)交换机实现单播通信
完成学习和地址表后可实现单播通信
(5)交换机学习到的条目不会永久保存在MAC地址表中，默认老化时间为300s
老化时间：由于MAC地址条目是动态的，所以它不会永久存在于MAC地址表中，而是在300s后自动消失。但如果在此期间，交换机收到对应该条目MAC地址的数据帧，老化时间将重新刷新

3、交换机接口的双攻模式
(1)单工、半双工与全双工
①单工：两个数据站之间只能沿单一方向传输数据（多模光纤一般为单工模式）。一般单工光纤比双工光纤传输更远，抗干扰能力更强。
②半双工：两个数据站之间可以实现双向数据传输，但不能同时进行。半双工模式通信效率低，且有可能产生冲突。
③全双工：两个数据站之间可以双向同时进行数据传输。在交换网络中，通信双方大多采用全双工传输模式。
(2)以太网接口速率（数据链路层流量控制功能，通常连接时能自动协商，协商以低速率方为准）

三、交换机基本配置
1、交换机配置前的连接
(1)使用Console线缆连接PC的COM接口及交换机的Console接口
(2)打开SecureCRT软件（超级终端软件），单击工具栏中的“Quick Connect”可以快捷的与设备连接
①出现“Quick Connect”界面后，可以选择采用的协议
②之后在该界面进行具体参数配置

2、Cisco交换机的命令模式
(1)用户模式：该模式下用户受到极大限制，只能看一些统计信息：

[code]Switch>

(2)特权模式：用户在该模式下客户已查看并修改Cisco设备的配置，在用户模式下输入“enable”可进入：

[code]Switch>enable
Switch#

(3)全局配置模式：用户在该模式下可修改交换机的全局配置，在特权模式下输入“config terminal”可进入：

[code]Switch#config terminal
Enter configuration commands, one per line.  End with CNTL/Z.
Switch(config)#

(4)接口模式：在该模式下修改制定接口的配置，全局配置下输入“interface fastethernet 0/1”可进入f0/1接口（0为模块号，1为接口号）：

[code]Switch#config terminal
Enter configuration commands, one per line.  End with CNTL/Z.
Switch(config)#

3、交换机的常见命令
(1)命令行帮助机制
①“？”的作用
1)显示该模式下的所有命令及注解
2)显示命令后接参数或配置内容
3)当忘记某个命令如何拼写时，可帮助列出所有可能的命令列表
②“Tab”键：可补全命令
③常用快捷组合件
1)Ctrl+A：光标移动到命令行开始位置
2)Ctrl+B：光标移动到命令行结束位置
(2)常用命令介绍
①houstname：配置主机名，可简写host
②show version：显示系统IOS名称及版本信息，可简写sh ver

4、交换机的基本配置
(1)查看MAC地址表
①show mac-address-table [dynamic]
②dynamic为可选参数，可以使交换机只显示动态学习到的MAC地址
③MAC Address：交换机获取到的MAC地址
④Type：交换机获取MAC地址信息的方式
⑤Ports：MAC地址对应的交换机接口编号
⑥交换机之间会相互学习地址表
(2)配置接口的双工模式速率
①指定接口的双工模式
1)命令：duplex {full|half|auto}
2)Full：全双工
3)Half：半双工
4)Auto：自动协商
②指定接口的通信速率
1)命令：speed {10|100|1000|auto}
2)10-1000：具体速率指
3)Auto：自动协商
③查看接口的双工模式和通信速率
1)命令：show interface f0/1

交换机基本原理及配置实验

1、修改1号交换机fa1/0接口为半双工，速率为10Mb/s

[code]Switch>enable
Switch#config terminal
Switch(config)#interface fastEthernet 0/1
Switch(config-if)#duplex half
Switch(config-if)#
%LINK-5-CHANGED: Interface FastEthernet0/1, changed state to down

%LINEPROTO-5-UPDOWN: Line protocol on Interface FastEthernet0/1, changed state to down

%LINK-5-CHANGED: Interface FastEthernet0/1, changed state to up

%LINEPROTO-5-UPDOWN: Line protocol on Interface FastEthernet0/1, changed state to up

Switch(config-if)#speed 10
Switch(config-if)#

2、修改1号交换机fa0/24接口为全双工，速率为100Mb/s

[code]Switch>enable
Switch#config terminal
Switch(config-if)#duplex full
Switch(config-if)#
%LINK-5-CHANGED: Interface FastEthernet0/24, changed state to down

%LINEPROTO-5-UPDOWN: Line protocol on Interface FastEthernet0/24, changed state to down

Switch(config-if)#speed 100
Switch(config-if)#

3、修改2号交换机fa0/24接口为全双工，速率为100Mb/s

[code]Switch>enable
Switch#config terminal
Switch(config)#interface fastEthernet 0/24
Switch(config-if)#speed 100
Switch(config-if)#duplex full
Switch(config-if)#
%LINK-5-CHANGED: Interface FastEthernet0/24, changed state to up

%LINEPROTO-5-UPDOWN: Line protocol on Interface FastEthernet0/24, changed state to up
Switch(config-if)#

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