第六章 交换机及其配置

1.   交换机基本概念

     局域网交换机是一种基于 MAC 地址识别，完成转发数据帧功能的一种网络连接设备。

     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。

     将多台数据终端设备连接在一起，构成星状结构的网络

2.   交换机基本功能

     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。

     在发送节点和接收节点之间建立一条虚连接 ［即发送方所连的交换机端口（源端口）到接收方所连的交换机端口（目的端口）之间建立虚连接］。

     完成数据帧的转发或过滤。

3.   交换机模式

     静态交换： 由人工来完成端口之间传输通道的建立。

     动态交换： 依据目的 MAC 地址查询交换表，根据表中给出的输出端口来临时建立传输通道，这个传输通道在一个数据帧传送完成后自动断开。

4.   交换机动态转发三种模式

    存储转发（网络应用领域最广泛）

①   将接收到的整个数据帧保存在缓冲区中，然后进行循环冗余码校验检查，在对错误数据帧进行处理后， 才取出数据帧的目的地址，进行转发操作。

②   优点：对数据帧进行链路差错校验，可靠性较高，有效改善网络性能； 可以支持不同速率的端口，保持高速端口与低速端口之间的协同工作。

③   缺点：进行数据处理延时大、交换速度相对较慢

    快速转发交换模式（直通交换模式）

① 指交换机在接收数据帧时，一旦检测到 6 个字节的目的地址就立即进行转发操作（其实转发数据帧之前交换机接收到的是 14 个字节长度的数据帧，其中包括 7 个字节的前缀，1 个字节的帧起始和 6 个字节的目的地址）。

② 优点：端口交换时间短、时延小，交换速度快；

③   缺点：不能进行检错纠错、速度匹配和流量控制，可靠性较差。

④ 适合于：小型交换机。

    碎片丢弃交换模式（无分段交换模式）

①   交换机接收到数据帧时，先检测该数据帧是不是冲突碎片；

冲突碎片：数据帧的长度小于 64 字节的数据帧，丢弃。

有效帧：大于 64 字节的数据帧，进行转发。

②   优点：提高了网络传速的效率和带宽的利用率。

5.   交换表内容建立与维护

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。

    小型接入交换机交换表。

第一列表示目的 MAC 地址,第二列表示地址类型，第三列表示所属的 VLAN 号，第四列表示本行中的目的 MAC地址所对应的交换机端口。

Ethernet(E)表示端口类型为标准以太网；Fast Ethenet(FE)表示端口的类型是快速以太网； Gigabit Ethernet(GE)表示吉比特以太网；

端口号 10/3 中的“10”是模块号,“3”是该模块上的端口号。

    大型核心交换机交换表。

第一列表示 VLAN 号，第二列表示目的 MAC 地址，第三列表示目的 MAC 地址终端连接的交换机端口。

6.   交换表查看

1）小型低档交换机交换表查看。

超级用户模式下命令：show mac-address-table

2）大中型高档交换机交换表查看。

超级用户模式下命令：show cam dynamic

7.VLAN 的特征

     VLAN 就是一个网络设备或用户的逻辑组，这种逻辑组是一个独立的逻辑网络、单一的广播域，不受实际交换机区段和用户所在物理位置的限制。

     VLAN 工作在数据链路层，即 OSI 参考模型的第二层。

     VLAN 可隔离广播信息，每个 VLAN 为一个广播域，VLAN 中的广播信息只能发送给这个 VLAN 内部的成员，并不发送给其他 VLAN 成员。因此，可以通过划分 VLAN 的方法来限制广播域，以防止广播风暴的发生。

     一个 VLAN 就是一个独立的逻辑网络，每个 VLAN 都具有唯一的子网号。不同 VLAN 中的主机之间必须通过路由器或者三层交换机，才能实现相互通信。

8.   VLAN 标识

Vlan 通常用 VLAN ID（Vlan 号）和 VLAN name(vlan 名)标识。

    VLAN ID

①   IEEE 802.1Q 协议规定，VLAN ID 用 12 位（bit）表示，可以支持 4096 个 VLAN。

②   1～1005 是标准范围，1 是默认的 VLAN ,ID 用户可以使用但不能删除该 VLAN；

③   1006～1024 为保留范围，用户不能查看和使用；

④   1025～4096 是扩展范围；

⑤   其中能用于以太网的 VLAN ID 为 1～1000，而 1002～1005 为 FDDI 和令牌环网使用的VLAN ID。

    VLAN name

VLAN name 采用 32 个字符表示，可以是字母和数字。若创建一个 VLAN 时，没有给定名字，则系统按默认方式，自动给出命名，默认为 VLAN00×××（“×××”即为该 VLAN 的 VLAN ID），如 VLAN ID 为 100，其默认 VLAN 名为 VLAN00100。

9.   STP 生成树协议

     根据生成树算法指定的协议称为生成树协议（STP），STP 协议标准是由 IEEE 制定的 IEEE 802.1D 标准

     工作在 OSI 参考模型第二层的链路管理协议

     主要功能：它能够逻辑地阻断网络中存在的冗余链路，以消除路径中的环路，并可以在活动路径出现故障时，重新激活冗余链路来恢复网络的连通，保证网络的正常工作。

     STP 运行在网桥和交换机设备上

10. 网桥协议数据单元 BPDU

     BPDU 数据包有两种类型：

包含配置信息的配置 BPDU（≤35 字节）

包含拓扑变化信息的拓扑变化通知 BPDU（≤4 字节）

在配置 BPDU 包的 Bridge ID 信息，是选取根网桥或根交换机的主要依据，一般情况下，Bridge ID 值最小的成为根网桥或根交换机。

     BPDU 携带的相关信息：从第 6 字节到第 27 字节包含 Root Identifier、Root Path Cost、Bridge Identifier、Port Identifier 四个字段。

11. Bridge ID

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

     优先级值越小，优先级越高

     优先级取值范围为 0-61440，增值量为 4096，交换机的优先级一般默认为 32768，可以使用命令人工设置。

     在选择根网桥时，若优先级值相同， MAC 地址的值最小的被选为根网桥。在选择根交换机时，也是优先级高的交换机被选为根交换机。

     默认情况下，交换机每 2 秒定时发送一次 BPDU，当检测到网络拓扑变化或故障发生时，也会发送新的BPDU，以及时进行生成树的更新。

12. 交换机配置方式

     控制端口（console）：刚出厂或第一次配置的交换机

     Telent：远程配置

条件：交换机已联网且已配置和设备管理地址

     浏览器（IE）：用于交换机被设为 web 服务器，通过网络上任意一位终端站点，使用浏览器对交换机进行配置。

13. 交换机系统信息配置

Cisco 公司的交换机系统主要有 Cisco IOS（35 系列）和 Catalyst OS(CatOS)（65 系列）

    Cisco 3500(Cisco IOS)交换机系统信息配置

①配置交换机的主机名。

步骤一：进入全局配置模式。

Switch 3528>enable           （进入特权模式）

Password ：***********   （输入超级用户口令）

Switch 3528# config terminal

Switch 3528 (config) #

步骤二：主机名配置。

Switch     3528 (config) # hostname Switch-3528-TEST

Switch-3528-TEST (config) #

②配置超级用户口令。

Switch-3528-TEST (config) # enable secret 5 111111

Switch-3528-TEST (config) #

（该口令在交换机配置文件中被加密, 显示信息为： enable secret 5 $1$mERr$gsT/Ol5Gvcclu Wxu2cQ1I.）

Switch-3528-TEST (config) # enable secret 5 $1$mERr$gsT/Ol5GvccluWxu2cQ1I.

Switch-3528-TEST (config) #

Switch-3528-TEST (config) # enable password 111111  (配置超级用户的明码口令)

Switch-3528-TEST (config) #

Switch-3528-TEST (config) # enable password 7 111111      (配置超级用户的加密口令) Switch-3528-TEST (config) #

③   配置远程登录口令。

Switch-3528-TEST (config) # line vty 0 4

（对 0 至 4 号 Telnet 的虚拟终端进行配置，分别设置加密口令和明码口令）

Switch-3528-TEST (config      line)#password 7 222222       ( 加 密 口 令 ）

Switch-3528-TEST (config      line) # password 0 222222            (明码口令）

Switch-3528-TEST (config      line) #exit

Switch-3528-TEST (config) #exit

Switch-3528-TEST #

④   设置系统时间。

命令格式为：clock set hh：mm：ss day month year

⑤   配置设备管理 IP 地址。

命令格式：

配置 IP 地址：ip address <IP 地址> <子网掩码>

配置默认（缺省）路由：ip default-gateway <缺省路由 IP 地址>

（注：VLAN 1 是用于设备管理的默认 VLAN）

Catalyst 6500 ( CatOS)交换机系统信息配置

①   配置交换机的主机名。

步骤一：进入超级用户模式，输入密码。

Switch     6509> enable Enter password：

Switch     6509> (enable)

步骤二：设置系统名或系统提示。

设置系统名称：

Switch     6509> (enable) set system name Switch-6509-TEST

System name set.

Switch-6509-TEST>(enable)

设置系统提示：

Switch-6509-TEST (enable) set prompt Switch-6509-TEST>

Switch-6509-TEST> (enable)

② 配置超级用户口令。

Switch-6509-TEST> (enable)set enablepass

Enter old password：<old password>（输入旧口令）

Enter new password：<new password>（输入新口令）

Retype new password：<new password>（新口令确认）

Password changed.

Switch-6509-TEST> (enable)

③ 配置远程登录口令。

Switch-6509-TEST> (enable)set password

Enter old password：<old password>（输入旧口令）

Enter new password ：<new password>（输入新口令）

Retype new password：<new password>（新口令确认）

Switch-6509-TEST> (enable)

④ 设置系统时间。

命令格式：set time ［day of week］ ［mm/dd/yy］［hh:mm:ss］

⑤ 配置设备管理 IP 地址。

命令格式：

IP 地址配置：set interface sc0 <IP 地址><子网掩码><直接广播地址>

默认（缺省）路由设置：set ip route 0.0.0.0 <缺省路由 IP 地址>

14. 交换机端口设置

配置交换机端口的通信方式，虽然数据通信通常有单工、半双工和全双工 3 种通信方式，但是交换机端口通常工作在半双工或全双工方式。

    Cisco 3500(Cisco IOS)交换机配置。

①   配置交换机的端口描述信息。

步骤一：进入端口配置模式。

Switch-3528-TEST (config) #interface f0/1

Switch-3528-TEST (config-if) #

步骤二：配置端口描述信息。

Switch-3528-TEST (config-if) # description To-Webserver

Switch-3528-TEST (config-if) #

②  配置交换机端口的关闭与开启。

步骤一：进入端口配置模式。

Switch-3528-TEST (config) #interface fastethernet0/1

Switch-3528-TEST (config-if) #

步骤二：关闭或开启端口。

Switch-3528-TEST (config-if)# shutdown       (关闭端口）

Switch-3528-TEST (config-if) #no shutdown (开启端口，使端口处于工作状态） Switch-3528-TEST (config-if)#

③  配置交换机端口的通信方式。

Switch-3528-TEST (config-if) # duplex auto   (设置为自动协商（自适应），默认为此种方式）

Switch-3528-TEST (config-if)# duplex full      (设置为全双工）

Switch-3528-TEST (config-if) # duplex half    (设置为半双工）

④  配置端口的传输速率。

Switch-3528-TEST (config-if)# auto (设置端口为自动速率配置）

Switch 3528 TEST (config-if) # speed 10        (设置端口速率为 10Mbit/s)

Switch-3528-TEST (config-if)# speed 100 (设置端口速率为 100Mbit/s)

Switch-3528-TEST (config-if)#

    Catalyst 6500(CatOS 系统)交换机配置。

①   配置交换机的端口描述信息。

命令格式：set port name <mod/port><name>

其中，name 为端口描述，字符数一般不超过 240 个。

Switch-6509-TEST> (enable) set port name 0/1 to Webserver

Switch-6509-TEST> (enable)

②   配置交换机端口的关闭与开启。

命令格式：set port disable <mod/port>            （关闭端口）

set port enable <mod/port>             （开启端口）

Switch-6509-TEST> (enable) set port disable 0/1  （关闭 0/1 号端口）

Switch-6509-TEST> (enable) set port enable 0/1  （开启 0/1 号端口）

③   配置端口的通信方式。             

命令格式：set port duplex <mod/port> full        （设置为全双工）

set port duplex <mod/port> half              (设置为半双工）

Switch-6509-TEST> (enable) set port duplex 0/1  full  (0/1 端口设置为全双工）

Switch-6509-TEST> (enable) set port duplex 0/1 half (0/1 端口设置为半双工）

Switch-6509-TEST> (enable) set port duplex 0/1-24 full (0/1 端口设置为全双工）

Switch-6509-TEST> (enable) set port duplex 0/1-24 half (0/1 端口设置为半双工）

④ 配置端口的传输速率。

命令格式：set port speed <mod/port> auto Set speed to auto

set port speed <mod/port> <port_speed>（10，100，1000）

Switch-6509-TEST> (enable)

Switch-6509-TEST> (enable) Set port    speed   0/1 auto  (设置端口的速率为自适应）

Switch-6509-TEST> (enable)  set   port speed     0/1 10     (设置端口 0/1 的速率为 10Mbit/s）

Switch-6509-TEST> (enable)  set   port speed     0/1 100   (设置端口 0/1 的速率为 100Mbit/s）

Switch-6509-TEST> (enable)  set   port speed     0/1 1000 (设置端口 0/1 的速率为 1000Mbit/s）

Switch-6509-TEST> (enable)  set   port speed     0/1-24 auto   

Switch-6509-TEST> (enable)  set   port speed     0/1-24 10

Switch-6509-TEST> (enable)  set   port speed     0/1-24 100    

Switch-6509-TEST> (enable)  set   port speed     0/1-24 1000   

（一次性对多个端口的速率设置）

15. 交换机的 VLAN 配置

(1)  VLAN 的建立和删除

    Catalyst 3500 (Cisco IOS 系统)交换机的 VLAN 建立和删除配置

① 建立 VLAN

步骤一：进入VLAN 配置模式。

Switch-3528-TEST # vlan data

Switch-3528-TEST (vlan) #

步骤二：建立/修改VLAN。

命令格式：vlan < vlan_ID > name <vlan_name>。

Switch-3528-TEST (vlan) # vlan 100 name vlanwork     (建立/修改 VLAN 100 ，名称为 vlanwork)

VLAN 100 added:

Name: vlanwork

步骤三：退出并返回特权用户模式。

Switch-3528-TEST (vlan) #exit （返回特权模式，保存 VLAN 配置）

Switch-3528-TEST #

②   删除 VLAN

Switch-3528-TEST # vlan database

Switch-3528-TEST (vlan) #no vlan 100   (删除 vlan 100)

    Catalyst      6500(CatOS 系统)交换机的 VLAN 建立和删除配置

①   建立/修改 VLAN

命令格式：set vlan <vlan     ID> name <vlan_name>。

Switch-6509-TEST> (enable) set vlan 100 name vlan100      (建立/修改VLAN 100 ，名称为 vlan100)

②   删除 VLAN

命令格式：clear vlan <vlan_num>。

Switch-6509-TEST> (enable) clear vlan 100   (删除 VLAN 100)

(2)  分配交换机端口到 VLAN 中

    Catalyst 3500 交换机的配置方法

步骤一：进入端口配置模式

Switch-3528-TEST # configure terminal

Switch-3528-TEST (config)#int f0/1

Switch-3528-TEST (config-if)#

步骤二：为端口分配 VLAN

命令格式：switchport access vlan <vlan-num>

Switch-3528-TEST (config-if)# switchport access vlan 100 （将端口 f0/1 划分到 VLAN 100 中）

Switch-3528-TEST (config-if)#

    Catalyst 6500（CatOS 系统）交换机的配置方法

命令格式：set vlan <vlan     num> <mod/port>

Switch-6509-TEST> (enable) set vlan 100 0/1    (将端口 0/1 划分到 VLAN 100 中）

Switch-6509-TEST> (enable)

(3)  VLAN Trunk 的配置

VLAN Trunk 的配置任务有：设置交换机端口的 VLAN Trunk 模式，为 VLAN Trunk 封装 VLAN 协议和设置 VLAN Trunk 允许中继的 VLANs。

    Catalyst 3500 交换机的 VLAN Trunk 配置

①  进入交换机端口配置模式

Switch-3528-TEST # configure terminal

Switch-3528-TEST (config)#int f0/24

Switch-3528-TEST (config-if)#

②  配置 VLAN Trunk 模式。

Switch-3528-TEST (config-if)# switchport mode trunk

Switch-3528-TEST (config-if)#

③   封装 VLAN 协议。

Switch-3528-TEST (config-if)#switchport trunk encapsulation dotlq    (配置 VLAN Trunk 的封装模式为 802.1q)

Switch-3528-TEST (config-if)# switchport trunk encapsulation isl （封装 ISL 协议）

Switch-3528-TEST (config-if)# switchport trunk encapsulation negotiate P  （自动协商）

*自动协商（即自适应）协议的功能，要求 Cisco 硬件支持 ISL 和 802.1Q 两个协议。

④   设置允许中继的 VLAN。

Switch-3528-TEST (config-if)#switchport trunk allowed vlan 1,10 (允许 VLAN 1 和 VLAN 10通过此 Trunk 通路)

Switch-3528-TEST (config-if)#switchport trunk allowed vlan 1-10 (允许 VLAN 1 至 VLAN 10 通过此 Trunk 通路)

Switch-3528-TEST (config-if)#switchport trunk allowed vlan except 11-20 (不允许 VLAN 11 至VLAN 20 通过此 Trunk 通路)

    Catalyst 6500 交换机的 VLAN Trunk 配置

①   配置 VLAN Trunk 模式，封装 VLAN 协议

命令格式：set trunk<mod/port><mode><type>

Switch-6509-TEST> (enable) set trunk 1/24 on dotlq (配置 VLAN Trunk 模式，封装 VLAN 协议)

②   设置允许中继的 VLAN

命令格式：set trunk <mod/port> vlan <vlan>

Switch-6509-TEST> (enable) set trunk 1/24  vlan 11-20     (在端口 1/24 的允许 VLAN 列表中添加11-20 号 vlan)

命令格式：clear trunk <mod/port> <vlan>

Switch-6509-TEST> (enable) clear trunk 1/24 16-20     （将 VLAN 16 至 VLAN 20 从允许 VLAN 列表中删除）

(4)  VTP 配置（建立 VTP 域和设置 VTP 的工作模式）

     VTP（VLAN Trunking Protocol）是 VLAN 中继协议（VLAN 干道协议）。

     工作在 OSI 参考模型第二层的通信协议

     主要用于管理在同一个域网络范围内 VLAN 的建立、删除和重命名。

     VTP 的 3 种工作模式

①   VTP Server ：可以建立、删除或修改 VLAN。

②   VTP Client ：维护所有VLAN 信息列表，从 VTP Server 学习 VLAN 信息，不具有建立、删除或修改

VLAN 的功能。

③   VTP Transparent： 相当于一个独立的交换机，它不参与 VTP 工作，不从 VTP Server 学习 VLAN 的配置信息，而只拥有本设备上自己的 VLAN 信息，因此它也只能建立、删除和修改本机上的 VLAN 信息。

    Cisco IOS 系统交换机的 VTP 配置

①   配置 VTP 域名

Switch-3528-TEST # configure terminal （进入工作模式）

Switch-3528-TEST (config)# vtp domain TEST

(设置 VTP 域名为 TEST, 同一个域的所有交换机,必须设置相同的域名，同时 VTP 协议的版本号必须一致)

②   配置 VTP 工作模式

Switch-3528-TEST (config)# vtp mode server （设置为 VTP       Server 模式，默认值）

Switch-3528-TEST (config)# vtp mode client  （ 设 置 为 VTP Client 模 式 ）

Switch-3528-TEST (config)# vtp mode transparent       （设置为 VTP Transparent 模式）

Switch-3528-TEST (config)#

    Catalyst OS 交换机的 VTP 配置

①   配置 VTP 域名

Switch-6509-TEST> (enable) set vtp domain TEST(设置 VTP 域名为 TEST)

②   配置 VTP 工作模式

Switch-6509-TEST> (enable) set vtp mode server （设置为 VTP       Server 模式，默认值）

Switch-6509-TEST> (enable) set vtp mode client   （ 设 置 为 VTP Client 模 式 ）

Switch-6509-TEST> (enable) set vtp mode transparent        （设置为VTP Transparent 模式）

Switch-6509-TEST> (enable) set vtp mode off      (关闭 VTP)

16. STP 协议配置方法

STP（生成树协议）的基本配置工作主要有：打开或关闭交换机的 STP ，配置生成树优先级（Port Priority），配置路径代价（Path Cost）和配置 STP，设置根网桥和备份根网桥等。有的交换机还可以设置一些 STP 增强功能，以加速生成树的生成。

    Cisco 3500（Cisco IOS）交换机的 STP 基本配置

命令格式：spanning-tree vlan <vlan > （启用 STP）

no spanning-tree vlan <vlan > （关闭 STP）

spanning-tree vlan <vlans> root primary      （设置主 root ）

spanning-tree vlan <vlans> root secondary（设置备份 root）

spanning-tree vlan <vlans> priority <0-61440>（设置优先级）

    Catalyst 6500（CatOS）交换机的 STP 基本配置

命令格式：set spantree enable <vlans>      （ 启 用 STP）

set spantree disable <vlans>      （ 关 闭 STP）

set spantree root <vlans>   （设置主 root）

set spantree root secondary <vlans> （设置备份 root）

set spantree priority <priority>  （设置优先级）

17. 生成树可选功能配置

    PortFast

使交换机的端口跳过侦听和学习状态，直接从阻塞状态进入转发状态。

①   Catalyst  3528（Cisco IOS 系统）配置

命令格式：spanning-tree portfast default

②   Catalyst  6500（CatOS 系统）配置

命令格式：set spantree portfast <mod/port> enable （打开 portfast）

set spantree portfast <mod/port> disable    （ 关 闭 portfast）

set spantree portfast <mod/port> default    （默认启用 portfast）

     UplinkFast

在直接链路失效之后进行快速收敛（收敛时间只需要 1-5min）。跳过侦听（Listening）和学习（Learning）状态，直接由 Blocking（阻塞）状态进入 Forwarding（转发）状态。

①   Catalyst  3500（Cisco IOS 系统）配置命令格式：spanning-tree uplinkfast

Spanning-tree uplinkfast max-update-rate <0-32000>

其中，max-update-rate 的值在 0-32000 之间，单位是 packet/s（每秒更新的包数）。

②   Catalyst  6500（CatOS 系统）配置

命令格式：set spantree uplinkfast enable

set spantree uplinkfast enable rate <station_update_rate>

其中，<station_update_rate>的默认值是 15 packets/100ms，单位是 packet/ms。

    BackboneFast 原理

阻塞端口不再等待这段时间，直接将端口由侦听和学习状态进入转发状态，提高了在间接链路失效情况下的收敛速度

①   Catalyst  3500（Cisco IOS 系统）配置

命令格式：spanning-tree BackboneFast     （开启生成树的 BackboneFast 功能）

②   Catalyst  6500（CatOS 系统）配置

命令格式：set spantree backbonefast enable     （开启生成树的 BackboneFast 功能）

set spantree backbonefast disable    （关闭生成树的 BackboneFast 功能）

    BPDU   Filtering 原理

启用 BPDU Filtering 的端口，不发送 BPDU 报文，忽略且不处理接收到的 BPDU 报文，相当于关闭了 STP功能。从而可防止向主机发送不必要的 BPDU 报文，它能将端口直接转至转发状态。

①   Catalyst  3500（Cisco IOS 系统）配置

命令格式：spanning-tree portfast bpdufilter default(对所有端口启用 bpdu-filter）

③  Catalyst  6500（CatOS 系统）配置

命令格式：

set spantree portfast bpdu-filter enable (对所有端口启用 bpdu-filter）

set spantree portfast bpdu-filter disable （关闭 bpdu-filter）

set spantree portfast bpdu filter <mod/port> enable   (打开 bpdu-filter)

set spantree portfast bpdu-filter <mod/port> disable(关闭 bpdu-filter)

set spantree portfast bpdu-filter <mod/port> default          （设置为缺省）