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第二章交换机的启动和初始化过程白艳宇2008/3本章主要内容•交换机的组成•交换机的分类及端口•交换机的工作原理•交换机的启动及初始配置•实验一2.1交换机的组成1、交换机的外观（见图）前面板上有多个以太网口（RJ45接口)，用来连接计算机和其他交换机。面板上还有电源开关和指示灯。指示灯其亮、灭、闪烁，可以反映交换机的工作状态。后面板上的con0口是交换机的配置口，用con电缆连接计算机的串口，可以对交换机进行配置。2、交换机的内部组成•CPU，交换机用特殊用途集成电路芯片ASIC，以实现高速的数据传输。•RAM/DRAM：动态随机存储器，交换机的主存。存储运行配置文件(running-config)•NVRAM：带电池的静态随机存储器，非易失RAM。存储启动配置文件（Startup-Config)•FlashROM：闪存.存储系统软件映像（路由器当前运行的操作系统）。•ROM：存储开机诊断程序、引导程序和操作系统软件最小子集的备份。2.2交换机的分类1.按结构分类：固定式：固定式交换机采用不同的端口组合，这些端口不能升级和变动。模块式：模块化交换机上的模块可以拔插，模块通常是100Mb/s或1000Mb/s光纤接口模块，1000Mb/sRJ45接口模块堆积模块用户可以根据实际需要灵活进行配置。2.按功能分类：第二层交换机，第三层交换机和第四层交换机，功能如前所述。2.3交换机的端口（见下表）：标准类型传输速率(Mb/s)接口标准传输介质传输距离(M)10Base-T10RJ45UTP10010Base-F10光纤多模光纤2000100Base-TX100RJ45UTP100100Base-FX100光纤多模光纤单模光纤412--100001000Base-CX1000RJ45STP251000Base-T1000RJ45UTP1001000Base-FX1000光纤多模光纤单模光纤100--100002.4交换机的工作原理1、集线器与共享式局域网（1）组成结构•以太网组网--单集线器结构•平行式级联•树形级联（2）共享式以太网的存在的主要问题共享式以太网每个端口收到信息后，向所有端口发送。所有端口属于一个冲突域，广播域。容易产生冲突和广播风暴。网络总带宽容量固定，被网络中的所有节点共同拥有。不能支持多种速率（根据不同端口的需要使用不同速率），不能实现最佳的性能价格比。（3）交换式以太网的提出。当采用集线器时,三台机器共享10M,每台---10M/3当采用交换机时,交换机各端口可以并行工作，网络总带宽等于各端口带宽之和(30M),每台---10M。交换式以太网每个端口收到信息后，只向目的端口发送。隔离了冲突域当采用交换机时,可以支持多种速率（根据不同端口的需要使用不同速率），实现最佳的性能价格比。（4）交换机的三种交换方式直接交换(Cut-through)测到目的地址字段，立即转发优点：交换延迟时间短缺点：缺乏差错检测能力不支持不同输入/输出速率的端口间转发数据存储转发(store-and-forward)完整地接收整个数据，对数据进行CRC差错检测。如果正确则发送，如果不正确，通知发送站重发。优点：具有差错检测能力支持不同输入/输出速率的端口间转发数据缺点：延迟时间长改进的直接交换(fragment-free)接收数据头部64字节，判断头部字段是否正确；如果正确，立即发送。优缺点：有一定的差错检测能力延迟时间与直接交换相近交换机在运行时，可以根据差错率在三种方式中转换。（4）、交换机的功能地址学习通信过滤生成树协议地址学习1.建立端口/MAC地址映射表需要解决的问题交换机怎样知道哪台计算机连接哪个端口交换机怎样维护地址映射表以保持其“新鲜”2.地址学习读取帧的源地址并记录进入交换机的端口（节点只要发送信息，交换机就能建立该表项“添加/更新”）利用计时器维护表项的“新鲜”性通信过滤1.目的：隔离本地信息，避免不必要的数据流动2.方法：利用端口/MAC地址映射表和帧的目的地址决定是否转发或转发到何处如果地址表中不存在帧的目的地址，交换机则需要向除发送端口以外的所有端口转发通信过滤举例生成树协议1.冗余备份和环路交换机级联允许出现冗余备份和环路目的：加强网络的健壮性缺陷：有可能产生广播风暴或接收同一广播包多次。广播：一台设备将数据包发给网络中所有节点的技术。广播风暴：大量广播包在网上传输，导致可用带宽阻塞，甚至，造成网络瘫痪。在ARP协议的MAC地址查询、路由协议通信、服务公告都需要广播，广播不能取消。Switch1接收到广播包，下面的过程会反复执行Switch1向Port1转发广播包，Switch2通过Port4收到广播包，Switch2向Port5转发广播包，Switch3通过Port2收到广播包，Switch3向Port6转发广播包，Switch1通过Port7再次收到广播包然后又从第一步开始不停执行，-----形成广播风暴。2、备份连接与环路与广播风暴的形成3、生成树协议（STP）原理由DEC公司开发，经IEEE修改，形成IEEE802.1d标准主要思想：•当网络上有备份链路时，只允许主链路激活•若主链路因故障而断开时，备份链路才打开。这样，网络成为树状，没有环路存在。2.5交换机的启动及初始配置1、交换机的配置方式：基本与路由器相同，通过以下5种常用方式来配置。通过console进行配置：Console口接终端或运行终端仿真软件的微机。用telnet登录后配置，采用这种方法的前提是必须为交换机配置一个IP地址。基于web的方法，使用可视化交换机管理（VSM）软件配置交换机。通过TFTP服务器下载交换机配置文件，然后修改后复制回去。使用IOS命令进行配置。(不用于初始配置)与路由器不同：没有辅助端口(AUX)，不能进行远程配置。2、交换机的初始配置交换机的初始配置与路由器类同。(1)连线：在交换机面板后有一个控制台端口,使用专用console电缆连接到计算机串口，该机要运行终端仿真程序。这个程序的设置同路由器：数据速率9600bps，数据位8比特，检验位无，停止位：1，流控无。(2)交换机的启动在首次打开交换机电源之前，要进行检查，确保已完成以下工作：Ÿ是否已经安全地插好所有的网线。Ÿ是否已经将终端连接到控制台端口。Ÿ是否已经正确配置好终端软件。如果以上工作均已完成，则将电源线插入交换机，打开电源并观察指示灯，然后检查控制台的输出。如果交换机正常运行，则系统指示灯呈绿色。如果系统出现故障，则该灯呈琥珀色。1900交换机上有一个模式按钮。通过按这个模式按钮，交换机状态灯表示为不同含义：START：表示端口状态是ready/noready。UTL：指示交换机带宽是10M/100M。FDUP：表示端口被配置为单工/半双工/全双工。当1900交换机首次接通电源，它会运行通电自检（POST）。POST运行完后，交换机加电后在控制台屏幕的显示基本同路由器。2.6实验一、路由器和交换机启动和初始化配置1、实验目的(1)熟悉Cisco2600系列路由器和Cisco2950的基本组成和功能，了解Console口和其他基本端口；(2)了解路由器和交换机的启动过程；(3)掌握通过Console口或用Telnet的方式登录到路由器(4)掌握Cisco2600路由器和交换机的初始化配置。2、实验环境每组Cisco260路由器一台、Cisco2950交换机一台、PC机四台PC1，PC2，PC3、PC4(Win2000/XP操作系统，需安装超级终端)、Console控制线二根、连接PC1串口和PC2的串口。直通Rj45双绞线五根。连接路由器的F0口到交换机E1，再连接交换机的E2口、E3口、E4口、E5口到PC3、PC4、PC2、PC1的网卡接口。3、实验拓朴结构图4、实验步骤(1)观察Cisco2600路由器和交换机2950的组成，了解各个端口的基本功能。(2)按照拓朴结构图连接实验网络。(3)启动PC1机，选择“开始-程序-附件-通讯-超级终端”，然后双击超级终端，设置新连接名称为任意值,在“连接时使用”列表框中，选择“直接连接到串口1”，(4)对该端口恢复缺省设置：•传输速率：9600bit/s；•数据位：8；•奇偶校验：无；•停止位：1；•流量控制：无(5)打开路由器电源，启动路由器进行初始化配置。•在“Wouldyouliketoentertheinitialconfigurationdialog?”提示符下，输入yes；在“Wouldyouliketoenterbasicmangementsetup?”提示符下，输入no；•设置路由器名称为router，secret特权密文为S301Password特权密码为cisco，虚拟终端连接密码为vty;•在“ConfigureSNMPNetworkManagement”，“ConfigureLAT”,“ConfigureAppleTalk”，“ConfigureDECnet”提示符下，输入no,•在“ConfigureIP?”提示符下，输入yes;•在FastEthernet0/0端口设置路由器的IP地址和子网掩码为192.168.10.1/255.255.255.0;•保存配置并退出；•按1次或多次Enter键，输入enable,并输入特权密码，则进入特权模式。(6)启动PC2机，运行超级终端程序，（作法同PC1）(7)打开交换机电源，对交换机进行初始配置步骤基本同路由器，要配置交换机名称（switch)、配置VLAN1的IP地址和掩码（192.168.10.2255.255.255.0），然后存储配置，进入特权状态。(8)配置PC1、PC2、PC2、PC4的TCP/IP属性，使之与交换机在一个子网，网关为路由器端口F0/0的地址。(9)在各计算机使用Telnet命令登录到路由器(需要输入虚拟终端密码),在路由器特权模式下运行setup重新练习初始配置。5、实验思考题1.路由器和交换机各有哪几种配置方式？它们有什么不同？2.在本实验中能否给交换机各端口配置IP地址？为什么？3.能否不用交换机而实现PC微机用Telnet登录路由器的配置方式？如果可以，请画出网络拓朴图并标明端口号和线型。