1 计算机网络技术 第二讲：交换机组网 许成刚信息管理与信息系统教研室
2 本章教学计划
1.认识交换机
2.交换机的工作原理
3.交换机的MAC地址表
4.交换机的连接
5.交换机管理与配置 3
1.引言 4
1.引言 构建以太网的设备 ◼网络终端设备◼网络传输设备◼传输媒介 5
1.引言 服务器（网卡） 构 网络终端设备 建 工作站（网卡） 以 太 网 网络传输设备 的 主 交换机路由交换机路由器 要 设 有线介质：双绞线、光纤 备传输媒介无线传输介质
6 二、认识交换机 7
2.认识交换机 不同的交换机 华为S370024口百兆三层网管以太网交换机企业级 华为S1700非网管24口百兆以太网交换机 8
2.认识交换机 不同的交换机 华为S5720S企业级48口千兆以太网交换机 思科（Cisco）SF95D8口百兆交换机 9
2.认识交换机 不同的交换机 华为S9300系列的交换机 48口千兆板卡 10
2.认识交换机 交换机规格参数 ◼品牌（华为、思科、……）◼接口速率（百兆、千兆、万兆……）◼接口数量（8、16、24、48……）◼可管理性（网管型/非网管型）◼…… 11
2.认识交换机 如何选择交换机？ 小型办公室组网 计算机机房组网 园区组网 12
2.认识交换机 如何选择交换机？ ◼在建设网络时，应该依据 ➢规模大小➢需求目标➢经费预算➢设备性价比➢…… ◼去选择交换机。
园区网建设中，不同的应用层次，通常会有不同的功能、性能需求，因此选择不同规格的交换机。
核心层（交换机） 汇聚层（交换机） 接入层（交换机） 14
三、交换机的工作原理 15
3.交换机的工作原理 交换机的特性 ◼
1、依据MAC地址进行帧的转发➢交换机是数据链路层设备，它能够读取数据报文中所封装的MAC地址信息，并在交换机内部（如内存中）形成一个目的MAC地址与交换机端口之间的对应表，叫做MAC地址表。
➢当交换机收到一个数据帧后，会根据帧首部的目的MAC地址实现报文的转发，即从对应的端口发送出去。
16
3.交换机的工作原理 交换机的特性 ◼
1、依据MAC地址进行帧的转发➢回忆：数据链路层对数据帧做了什么操作？➢发送方：数据链路层完成了对数据帧的封装（添加帧首和帧尾）➢接收方：数据链路层完成了对数据帧的解封装（剥去帧首和帧尾）➢也就是说，只有数据链路层才能识别数据帧的帧首和帧尾；➢交换机工作在数据链路层（又称二层交换机），它能够识别数据帧的帧首和帧尾，并基于帧首部的MAC地址进行数据帧的转发。
交换机依据目的MAC地址转发数据帧 MAC地址：HA 源主机 通信 MAC地址：HB 目的主机 网络层 交换机 网络层 数据链路层
物理层 数据链路层数据链路层 物理层 物理层 数据链路层物理层 比特流 接口
1 接口
2 比特流 交换机依据目的MAC地址转发数据帧 MAC地址：HA 源主机 通信 帧头中包含目的MAC MAC地址：HB 目的主机 网络层 交换机 网络层 数据链路层
物理层 数据链路层数据链路层 物理层 物理层 数据链路层物理层 比特流 接口
1 接口
2 比特流 交换机依据目的MAC地址转发数据帧 MAC地址：HA 源主机 网络层 读取帧头中的目的MAC 通信交换机 MAC地址：HB 目的主机 网络层 数据链路层物理层 数据链路层数据链路层 物理层 物理层 数据链路层物理层 比特流 接口
1 接口
2 比特流 交换机依据目的MAC地址转发数据帧 MAC地址：HA 源主机 网络层 MAC地址：HB 通信 目的主机 从接口2转发出去 交换机 网络层 数据链路层
物理层 数据链路层数据链路层 物理层 物理层 数据链路层物理层 比特流 接口
1 接口
2 比特流 交换机依据目的MAC地址转发数据帧 MAC地址：HA 源主机 通信 MAC地址：HB 目的主机 网络层数据链路层 物理层 交换机 到达目的主机 网络层 数据链路层数据链路层 数据链路层 物理层 物理层 物理层 比特流 接口
1 接口
2 比特流 交换机依据目的MAC地址转发数据帧 MAC地址：HA 源主机 网络层 MAC地址：HB 通信 目的主机 目的主机拆包分析 交换机 网络层 数据链路层
物理层 数据链路层数据链路层 物理层 物理层 数据链路层物理层 比特流 接口
1 接口
2 比特流 交换机依据目的MAC地址转发数据帧 ➢在数据帧的帧首里，包含有发送方的MAC地址和接收方的MAC地址。
➢交换机通过分析所收到的数据帧的帧头信息，找出目的MAC，从而完成转发。

M A 分析帧头信息
N B 发送 接收 24
3.交换机的工作原理 交换机的特性 ◼
2、交换机的每个接口属于独立的冲突域➢交换机内部拥有一条带宽很高的背部总线和内部交换矩阵，所有的接口都挂接在这条背部总线上。
➢当某接口收到数据包后，会查找内存中的MAC地址对照表以确定目的MAC地址的网卡挂接在哪个接口上，然后，内部交换矩阵就会在入接口和出接口之间建立一条逻辑通道，直接将数据包传送到目的接口，而不是所有的接口。
➢由于交换机具有这样的工作特性，因此，交换机的一个接口进行通信时，不必考虑其他接口上的通信，因此，每个接口属于独立的冲突域。
25
3.交换机的工作原理 交换机的特性 ◼
2、交换机的每个接口属于独立的冲突域➢交换机每个接口属于独立的冲突域，使交换机通信的性能得到大幅提升。
•由于各接口属于独立的冲突域，因此M与N通信的同时，A也可以与B通信
M A
N B 26
3.交换机的工作原理 交换机的特性 ◼
3、交换机的所有接口属于同一个广播域 ➢交换机收到数据帧后，如果在自己的MAC地址表内找不到目的MAC地址对应的接口记录，它就把数据帧发到除进入接口之外的所有其他接口，通过这样的方法，最终完成通信； ➢若交换机收到的数据帧中，其目的MAC地址就是广播地址（全1），则交换机也会将数据帧发到除进入接口之外的所有其他接口，最终完成通信。
➢所以说，交换机的所有接口属于同一个广播域，这是交换机正常工作所必须的。

3.交换机的工作原理 交换机的特性 ◼
3、交换机的所有接口属于同一个广播域 •交换机收到A发来的广播报文，会发送到除入接口之外的其他所有接口
M A 27
N B 28
四、交换机的MAC地址表 29
4.交换机的MAC地址表 交换机的MAC地址表是怎样建立起来的？ 交换机刚买回来时，不可能知道网络中各主机的MAC地址，也就是说在交换机刚刚打开电源时，其MAC地址表是一片空白。
那么，交 换机的地址表是怎样建立起来的呢？” 30
4.交换机的MAC地址表 交换机的MAC地址表是怎样建立起来的？ ◼方法1：手工建立 ➢用户登录交换机，输入接入交换机的主机MAC地址信息以及所对应的接口信息，然后保存配置，又叫“MAC地址绑定”。
◼方法2：自动生成 ➢MAC地址学习 MAC地址学习 31 MAC地址表（刚开机时） MAC地址 接口 A3号口 B6号口 C9号口 A与C通信 A：00-01-22-45-e1-03B：00-01-22-45-e1-06C：00-01-22-45-e1-09 MAC地址学习 32 MAC地址表 MAC地址 接口 00-01-22-45-e1-03
3 A3号口 B6号口 C9号口
1.交换机的3号口收到A发来的数据帧，里面包含有源MAC地址(…-03)和目的MAC地址（…-09)
2.此时，交换机就知道了3号接口对应的MAC地址(即源MAC地址）。

3.于是，交换机的MAC表中就有了第1条信息。
MAC地址学习 33 MAC地址表 MAC地址 接口 00-01-22-45-e1-03
3 A3号口 B6号口 C9号口
4.但是，交换机不知道目的MAC地址（…-09）对应哪个端口，接下来怎么办呢？ 采用广播！ 注意：若交换机收到的是广播报文，采用同样的做法 MAC地址学习 A3号口 B6号口 C9号口 34 MAC地址表 MAC地址 接口 00-01-22-45-e1-03
3 5.交换机把帧发到除来源接口外的所有接口，于是B和C都收到了A发来的数据帧。
MAC地址学习 A3号口 B6号口 丢弃 C9号口 35 MAC地址表 MAC地址 接口 00-01-22-45-e1-03
3 6.B发现帧中的目的MAC不是自己，就把收到的帧丢弃了。

7.C发现帧中的目的MAC是自己，就收下。
MAC地址学习 A3号口 B6号口 C9号口 36 MAC地址表 MAC地址 接口 00-01-22-45-e1-03
3 8.C在接收报文后，还必须要向来源（计算机A）发回一个确认报文。
该确认消息的帧中，源MAC是C的MAC地址，目的MAC是A的MAC地址。
MAC地址学习 A3号口 B6号口 C9号口 37 MAC地址表 MAC地址 接口 00-01-22-45-e1-03
3 00-01-22-45-e1-09
9 9.交换机收到确认帧后，就知道了9号接口对应的MAC地址（通过源MAC地址）。
于是MAC地址表就有了第2项信息。
MAC地址学习 A3号口 B6号口 C9号口 通信完毕 38 MAC地址表 MAC地址 接口 00-01-22-45-e1-03
3 00-01-22-45-e1-09
9 10.交换机查询MAC地址表，发现确认
帧的目的MAC对应的是3号接口，就把帧转发到3号口，帧最终到达
A。
39 MAC地址学习 MAC地址表 MAC地址 接口 00-01-22-45-e1-03
3 00-01-22-45-e1-09
9 …… …
A B
C 上交述换3号过机口程自，
己并完不成6号需的口要，人我工们干把9预交号，换口而机是自 动建立MAC地址表的过程，称作 “MAC地址学习”。
10.现在，交换机的MAC地址表中就有了A和C的MAC地址以及对应的接口号。
当A和C再次通信时，就不需要广播，可以直接单播通信了。
11.以此类推，交换机的MAC地址表中会出现越来越多的信息 40
4.交换机的MAC地址表 MAC地址表的“老化” ◼交换机的MAC地址表可以通过“MAC地址学习”功能生成。
◼这些通过MAC地址学习生成的表记录，会随着时间推移而老化 （即失效），或随着接入到交换机的设备的变化而变化；◼因此，交换机通过“地址学习”功能生成的MAC地址表是动态 （dynamic）的，我们查看到的只是当前的MAC地址表。
◼交换机的MAC地址表老化时间可以手工设置。
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4.交换机的MAC地址表 关于交换机的MAC地址 ◼交换机重启 ➢通过MAC地址学习形成的记录会丢失； ◼手工配置的MAC地址记录 ➢不会随着交换机启动或接入设备的变化而变化 42
五、交换机的连接 43
5.交换机的连接 当单一交换机所能提供的端口数量不足以满足网络用户的需求时，必须要有两个以上的交换机提供相应数量的端口，这就要涉及交换机之间的连接。
交换机之间的连接通常有两种方式：堆叠和级联 44
5.交换机的连接 4.1交换机的堆叠 堆叠 ◼对于多台具有堆叠功能的交换机，可以利用专门的堆叠线缆，通过交换机上的堆叠接口，将它们互连起来，从而实现接口数量的扩充。
◼要注意的是，堆叠是一种非标准化的技术。
并不是所有交换机都支持堆叠，这取决于交换机的品牌、型号。
◼堆叠还要受到种类和相互距离限制。
由于厂家提供的堆叠连接电缆一般都较短，故只能在很近的距离内使用堆叠功能。
不仅如此，同一堆叠中的交换机必须是同一品牌，否则，没有办法堆叠。
堆叠 45 堆叠模块上的端口 46 堆叠 47 堆叠 堆叠专用线缆 48
5.交换机的连接 级联 ◼交换机的级联，就是通过交换机上的级联接口（又叫Uplink口）或者普通接口，与其它交换机互连； ◼级联使用的连接线通常是普通的网线（即双绞线）。
级联 SW-
1 49 第一层 SW-
2 SW-
3 SW-
4 使用普通端口，将多台交换机级联起来 第二层 50
5.交换机的连接 堆叠和级联的主要区别 ◼

1、对设备要求不同。
级联可通过一根双绞线在任何网络设备厂家的交换机之间，或者交换机与集线器之间完成。
而堆叠只有在自己厂家的设备之间，并且该交换机必须具有堆叠功能才可实现。
◼
2、对连接介质要求不同。
级联时只需一根跳线，而堆叠则需要专用的堆叠模块和堆叠线缆，当然堆叠模块是需要另外订购的。
◼
3、最大连接数不同。
交换机间的级联，在理论上没有级联数的限制。
但是，叠堆内可容纳的交换机数量，各厂商都会明确地进行限制。
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5.交换机的连接 堆叠和级联的主要区别 ◼
4、管理方式不同。
虽然级联和堆叠都可以实现端口数量的扩充，但是，堆叠是把各个交换机的背板连接起来，因此堆叠后的数台交换机在逻辑上是一个被网管的设备，可以对所有交换机进行统一的配置与管理。
而相互级联的交换机在逻辑上仍然是各自独立的，必须依次对其进行配置和管理每台交换机。
◼
5、网络覆盖范围不同。
交换机可以通过级联成倍地扩展网络覆盖范围。
而堆叠线缆通常只有0.5~1m，仅仅能够满足交换机之间互联的需要，不会对网络覆盖范围产生影响。
52 再谈交换机的广播域 53 再谈交换机的广播域 延伸思考 ◼能不能把交换机无限级联下去，从而形成一个“巨大的网络”？◼例如，使用多台交换机，组建起整个校园网络。
54 再谈交换机的广播域 延伸思考 ◼能不能把交换机无限级联下去，从而形成一个“巨大的网络”？◼例如，使用多台交换机，组建起整个校园网络。
55 再谈交换机的广播域 再谈交换机的广播域 ◼交换机的所有接口属于同一个广播域
A B
C 一个广播域 再谈交换机的广播域 再谈交换机的广播域 ◼当两台交换机级联在一起呢？ 此时交换机SW1如何处理？ SW1 A发出一个广播报文（ARP） 56 SW2 再谈交换机的广播域 再谈交换机的广播域 ◼当两台交换机级联在一起呢？ 交换机SW1把报文广播到其他所有的接口，包括与SW2连接的接口 SW1 A发出一个广播报文（ARP） 57 SW2 再谈交换机的广播域 再谈交换机的广播域 ◼当两台交换机级联在一起呢？ 交换机SW2把收到的广播报文发送到除入口外的其他所有接口。
SW1 A发出一个广播报文（ARP） 58 SW2 再谈交换机的广播域 再谈交换机的广播域 ◼当两台交换机级联在一起呢？ 交换机SW2把收到的广播报文发送到除入口外的其他所有接口。
SW1 A发出一个广播报文（ARP） 59 SW2 60 再谈交换机的广播域 再谈交换机的广播域 ◼当两台交换机级联在一起呢？ 交换机级联以后，会形成一个更大的广播域。
SW1 A发出一个广播报文（ARP） SW2 61
六、交换机的管理 62
6.交换机的管理 交换机的管理的概念 ◼网管人员可以根据自身建设需要，对网管型交换机交换机进行配置。
不仅交换机如此，其他一些网络设备，如路由器、防火墙等，也需要由管理人员进行手工管理配置。
◼各种网络设备的详细配置过程比较复杂，命令繁多，而且具体的配置方法会因不同种类的设备、同种设备的不同品牌、不同系列而有所不同。
◼具体的管理过程和管理命令可以参考各种设备的使用说明书。
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6.交换机的管理 带外管理和带内管理 ◼带外管理：指通过交换机的Console端口对交换机进行管理，管理交换机产生的流量，不占用交换机本身的带宽。
◼进行带外管理时，不需要使用IP地址。
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6.交换机的管理 交换机上的Console端口
6.交换机的管理 带外管理和带内管理 ◼带内管理：指通过程序或者通过HTTP协议（Web方式）访问交换机，并进行相应的配置管理。
管理交换机产生的流量，占用交换机本身的带宽。
◼带内管理时，需要使用IP地址。
因此，必须通过带外管理方式给网络设备配置IP地址后，才能使带内管理方法来管理网络设备。
65 双绞线 网卡接口 66
6.交换机的管理 管理界面 ◼CLI（命令行界面） ➢带外管理时，使用CLI界面。
用户通过输入命令实现对交换机的各项管理操作。
带外管理方式、登录到交换机都是通过CLI界面对交换机进行配置管理的。
◼Web（即网页）界面 ➢在交换机的Web界面中，用户只需点击相应的选项即可实现管理操作，通常不需要输入具体的命令单词。
67 CLI界面——通过命令方式管理 68 Web界面——通过PC机浏览器登录交换机 69 Web界面 70
6.交换机的管理 交换机的配置模式 ◼在通过CLI方式管理交换机时，一定要注意配置模式（视图）。
◼在不同的配置模式（视图）下，所能实现的功能和所能使用的配置 命令是不同的。
71 交换机的配置模式 一般用户配置模式特权用户配置模式 全局配置模式 接口配置模式 VLAN配置模式 DHCP配置模式 访问列表配置模式 72
6.交换机的管理 交换机的配置模式 ◼一般用户配置模式 ➢用户进入CLI界面，首先进入的就是一般用户配置模式，默认提示符通常为“Switch>”。
➢符号“>”为一般用户配置模式的提示符。
➢用户在一般用户配置模式下不能对交换机进行任何配置，只能查询交换 机的时钟和交换机的版本信息等最基本的信息。
以思科交换机为例 73 一般用户配置模式 74
6.交换机的管理 交换机的配置模式 ◼
特权用户配置模式 ➢在普通用户模式下输入“enable”命令，即可进入特权用户模式。
➢若交换机配置了进入特权用户模式的口令，则此处需要输入口令。
➢在特权用户模式下，用户可以查询交换机配置信息、各个端口的连接情 况、收发数据统计等。
而且进入特权用户模式后，可以进入到全局模式对交换机的各项配置进行。
➢默认的特权模式提示符为# 75 特权用户配置模式 76
6.交换机的管理 交换机的配置模式 ◼全局配置模式 ➢在特权用户模式下输入“config”命令，即可进入全局配置模式；➢默认的提示符为(config)#➢在全局模式下，用户可以对交换机进行全局性的配置，如配置管理交换 机的IP地址、配置MAC地址表、创建VLAN等。
➢用户在全局配置模式还可通过命令进入到接口配置模式、VLAN配置模式。
77 全局配置模式 一般用户模式特权用户模式全局配置模式 78
6.交换机的管理 交换机的配置模式 ◼接口配置模式 ➢在全局配置模式中，使用命令interface命令就可以进入到相应的接口配置模式。
◼例如，进入交换机接口 ➢Interface0/0/1 ◼进入VLAN接口 ➢Interfacevlan1 79 交换机配置——举例 配置管理交换机的IP地址 Switch>Switch>enable //一般用户配置模式//进入特权用户配置模式 Switch#config //进入全局配置模式 Switch(config)#interfacevlan1 //进入VLAN接口配置 Switch(Config-if-Vlan1)#ipaddress192.168.1.1255.255.255.0 //给vlan1接口配置IP地址 80 交换机配置——举例 配置交换机的接口 ◼以太网交换机接口的命名通常以“交换机号/模块号/接口号”表示。
◼举例：0/0/1接口 ➢第1个“0”：表示堆叠中的第1台交换机，如果是
1，表示第2台交换机；➢第2个“0”：表示交换机上的第1个模块；➢最后的“1”：表示模块上的第1个网络端口；➢默认情况下，如果不存在堆叠，交换机会认为自己是第0台交换机，或者 用0/1表示。
交换机配置——举例 配置交换机的接口 Switch>Switch>enableSwitch#configSwitch(config)#interface0/1Switch(Config-if)#switchportmodeessSwitch(Config-if)#switchportessvlan10 81 //一般用户配置模式//进入特权用户配置模式//进入全局配置模式//进入接口配置//将f0/1设为“ess模式”//将f0/1接口划入VLAN10 82 第2讲交换机组网完