交换机基础知识汇总课件

1、交换机基础知识汇总交换机基础知识汇总本章内容 交换机概述 交换机的分类与性能指标 交换机的接口与连接方式 虚拟局域网与多层交换 交换机产品简介第2页，共108页幻灯片。本章内容 交换机概述第2页，共108页幻灯片。2.1 交换机概述1. 交换机的基本概念 交换机英文名称为Switch，也称为交换式集线器,是一种基于MAC地址识别，能完成封装转发数据包功能的网络设备。交换机可以“学习”MAC地址，并把其存放在内部地址表中，通过在数据帧的始发者和目标接收者之间建立临时的交换路径，使数据帧直接由源地址到达目的地址。第3页，共108页幻灯片。2.1 交换机概述1. 交换机的基本概念第3页，共108页幻

2、2.1.1 交换机简介交换机的工作特点：拥有一条很高带宽的背板总线和内部交换矩阵所有的端口都挂接在这条背板总线上控制电路收到数据包以后，处理端口会查找内存中的地址对照表以确定目的MAC地址的网卡（NIC）挂接在哪个端口上，通过内部交换矩阵迅速将数据包传送到目的端口目的MAC若不存在才广播到所有的端口，接收端口回应后交换机会“学习”新的地址，并把它添加入内部MAC地址表中。第4页，共108页幻灯片。2.1.1 交换机简介交换机的工作特点：第4页，共108页幻2. 交换机的特性 与网桥和集线器相比，交换机从下面几方面改进了性能： （1）通过支持并行通信，提高了交换机的信息吞吐量。 （2）将传统的一

3、个大局域网上的用户分成若干工作组，每个端口连接一台设备 或连接一个工作组，有效地解决拥挤现象。 （3）虚拟网（Virtual LAN）技术的出现，给交换机的使用和管理带来了更大 的灵活性。 （4）端口密度可以与集线器相媲美,一般的网络系统都是有一个或几个服务器，而绝大部分都是普通的客户机。客户机都需要访问服务器，这样就导致服务器的通信和事务处理能力成为整个网络性能好坏的关键。第5页，共108页幻灯片。2. 交换机的特性第5页，共108页幻灯片。3. 交换机的三个主要功能（1）学习 以太网交换机了解每一端口相连设备的MAC地址，并将地址同相应的端口映射起来存放在交换机缓存中的MAC地址表中。（2

4、）转发/过滤 当一个数据帧的目的地址在MAC地址表中有映射时，它被转发到连接目的节点的端口而不是所有端口（如该数据帧为广播/组播帧则转发至所有端口）。（3）消除回路 当交换机包括一个冗余回路时，以太网交换机通过生成树协议避免回路的产生，同时允许存在后备路径。第6页，共108页幻灯片。3. 交换机的三个主要功能第6页，共108页幻灯片。2.1.2 交换机的交换模式概念： 交换机将数据从一个端口转发至到另一个端口的处理方式称为交换模式。类型：存储转发（Store and Forward ）直通交换（CutThrough ）碎片丢弃（Fragmentfree）第7页，共108页幻灯片。2.1.2 交

5、换机的交换模式概念：类型：第7页，共108页幻2.1 交换机概述第8页，共108页幻灯片。2.1 交换机概述第8页，共108页幻灯片。存储转发(Store and Forward)特点：交换机接收到数据包后，首先将数据包存储到缓冲器中，进行CRC循环冗余校验,如果这个数据包有CRC错误，则该包将被丢弃；如果数据包完整，交换机查询地址映射表将其转发至相应的端口。优点：没有残缺数据包转发，可减少潜在的不必要的数据转发缺点：转发速率比直接转发方式慢。适用环境：存储转发技术适用于普通链路质量或质量较为恶劣的网络环境，这种方式要对数据包进行处理，所以，延迟和帧的大小有关。2.1.2 交换机的交换模式第9

6、页，共108页幻灯片。存储转发(Store and Forward)2.1.2 交直通交换(CutThrough)特点：交换机只读出数据帧的前6个字节，即通过地址映射表中查找目标地址，将数据帧传送到相应的端口上。直通交换能够实现较少的延迟，因为在数据帧的目的地址被读出，确定了转发端口后马上开始转发这个数据帧。优点：转发速率快、减少延时和提高整体吞吐率缺点：会给整个交换网络带来许多垃圾通信包适用环境：网络链路质量较好、错误数据包较少的网络环境，延迟时间跟帧的大小无关。2.1.2 交换机的交换模式第10页，共108页幻灯片。直通交换(CutThrough)2.1.2 交换机的交换模碎片丢弃（Fra

7、gmentfree）特点：这是介于前两者之间的一种解决方案。它检查数据包的长度是否够64个字节，如果小于64字节，说明是假包，则丢弃该包；如果大于等于64字节，则发送该包。 优点：数据处理速度比存储转发方式快缺点：比直通式慢适用环境：一般的通讯链路2.1.2 交换机的交换模式第11页，共108页幻灯片。碎片丢弃（Fragmentfree）2.1.2 交换机的交换2.1.3 交换机与网桥的主要区别(1)延迟小。交换机通过硬件实现，而网桥通过软件实现。网桥是通过运行于计算机系统上的桥接协议实现；交换机使用了专用集成电路（Application-Specific-Integrated Circuit

8、，ASIC)，大大提高了网络转发速度。(2)端口多。交换机得端口密度远大于网桥。(3)功能强大。交换机除了转发/过滤的功能，还有诸多管理功能，如网络管理协议的支持、虚拟局域网的划分等。第12页，共108页幻灯片。2.1.3 交换机与网桥的主要区别(1)延迟小。交换机通过硬（1）在OSI/RM网络体系结构中的工作层次不同 集线器工作在物理层，而交换机工作在数据链路层。更高级的交换机可以工作在第三层（网络层）、第四层（传输层）或更高层。（2）数据传输方式不同 集线器的数据传输方式是广播（broadcast）方式，即所有端口处在一个冲突域中；而交换机的数据传输一般只发生在源端口和目的端口之间，即交换

9、机的每个端口处在不同的冲突域。（3）带宽占用方式不同 集线器所有端口共享集线器的总带宽，而交换机的每个端口都具有自己独立的带宽。（4）传输模式不同 集线器采用半双工方式进行数据传输；交换机采用全双工方式来传输数据。2.1.3 交换机与集线器的主要区别第13页，共108页幻灯片。（1）在OSI/RM网络体系结构中的工作层次不同2.1.3 2.1.3 交换机与集线器（HUB）的主要区别总结： 交换机与集线器有着本质的不同，无论在工作层次、通讯方式、传输速度和可管理性上，都都存在明显的差别，交换机与集线器相比具有无与伦比的优势。目前，交换机已经成为组网中的普遍使用的网络连接设备，而集线器已经逐渐在退

10、出历史舞台。第14页，共108页幻灯片。2.1.3 交换机与集线器（HUB）的主要区别总结：第14页2.2 交换机的分类与性能指标第15页，共108页幻灯片。2.2 交换机的分类与性能指标第15页，共108页幻灯片。2.2.1 交换机的分类从应用区域划分：广域网交换机和局域网交换机 广域网交换机: 主要应用于电信领域，提供通信基础平台。局域网交换机: 应用于局域网络，用于连接终端设备，如PC机及网络打印机等。注意：我们重点学习的是局域网交换机。第16页，共108页幻灯片。2.2.1 交换机的分类从应用区域划分：广域网交换机和局域网2.2.1 交换机的分类按组建园区网的网络拓扑结构层次，可划分为

11、：接入层交换机、汇聚层交换机和核心层交换机。核心层交换机: 一般采用机箱式模块化设计，机箱中可承载管理模块、光端口模块、高速电口模块、电源等，具有很高的背板容量；汇聚层交换机: 可以是机箱式模块化交换机，也可以是固定配置的交换机，具有较高的接入能力和带宽，一般会包含光端口、高速电口等端口；接入层交换机: 一般是固定配置的交换机，端口密度较大，具有较高的接入能力，以10/100M端口为主，以固定端口或扩展槽方式提供1000Mbps的上联端口。第17页，共108页幻灯片。2.2.1 交换机的分类按组建园区网的网络拓扑结构层次，可划核心层（core layer）核心层交换机是整个网络的中心交换机，具

12、有最高的交换性能，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3层交换机，这类交换机具有很高的交换背板带宽和较多的高速以太网端口或光纤端口。比如Cisco 4000、4500、5000和6500系列等。第18页，共108页幻灯片。核心层（core layer）核心层交换机是整个网络的中心交汇聚层（distribution layer）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3层交换机，比如Cisco 3550系列、华为的Quidway S3526E等。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。第19页，共108页幻灯片。汇聚

13、层（distribution layer）汇聚层交换机用3层式交换网络拓扑结构第20页，共108页幻灯片。3层式交换网络拓扑结构第20页，共108页幻灯片。双冗余热备份网络拓扑结构第21页，共108页幻灯片。双冗余热备份网络拓扑结构第21页，共108页幻灯片。根据传输介质、传输速度以及发展历史上看，局域网交换机有这样一些类型：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交换机令牌环交换机2.2.1 交换机的分类第22页，共108页幻灯片。根据传输介质、传输速度以及发展历史上看，局域网交换机有这样一2.2.1 交换机的分类从规模与应用上分为 企业级交换机 部门

14、级交换机 工作组交换机第23页，共108页幻灯片。2.2.1 交换机的分类从规模与应用上分为第23页，共108根据架构特点，人们还将局域网交换机分为机架式带扩展槽固定配置式不带扩展槽固定配置式2.2.1 交换机的分类第24页，共108页幻灯片。根据架构特点，人们还将局域网交换机分为2.2.1 交换机的分按照OSI的七层网络模型，交换机又可以分为：第二层交换机第三层交换机第四层交换机第七层交换机 基于MAC地址工作的第二层交换机最为普遍，用于网络接入层和汇聚层。基于IP地址和协议进行交换的第三层交换机应用于网络的核心层，也少量应用于汇聚层。部分第三层交换机也同时具有第四层交换功能，可以根据数据帧

15、的协议端口信息进行目标端口判断。第四层以上的交换机称之为应用型交换机，主要用于互联网数据中心。2.2.1 交换机的分类第25页，共108页幻灯片。按照OSI的七层网络模型，交换机又可以分为：2.2.1 交换按照交换机的可管理性，可分为：可管理型交换机不可管理型交换机 两者区别在于对SNMP、RMON等网管协议的支持。可管理型交换机便于网络监控、流量分析，但成本也相对较高。大中型网络在汇聚层应该选择可管理型交换机，在接入层视应用需要而定，核心层交换机则全部是可管理型交换机。2.2.1 交换机的分类第26页，共108页幻灯片。按照交换机的可管理性，可分为：2.2.1 交换机的分类第262.2.1

16、交换机的分类按照交换机可否堆叠分为 可堆叠交换机 不可堆叠交换机第27页，共108页幻灯片。2.2.1 交换机的分类按照交换机可否堆叠分为第27页，共12.2.1 交换机的分类从应用的角度划分，交换机又可分为： 电话交换机（PBX）：主要应用于电信领域，提供语音通讯。数据交换机（Switch）： 应用于计算机网络。注意：我们重点学习的是数据交换机。第28页，共108页幻灯片。2.2.1 交换机的分类从应用的角度划分，交换机又可分为： 背板带宽与端口速率模块化与固定配置专用芯片与通用芯片单/多MAC地址类型2.2.2 交换机的主要性能指标第29页，共108页幻灯片。背板带宽与端口速率2.2.2

17、交换机的主要性能指标第29页，背板带宽与端口速率 背板带宽和端口速率是衡量交换机的交换能力的主要参数。背板带宽：指通过交换机所有通信的最大值。 交换机的端口速率：每秒通过的比特数。 10Mbps 100Mbps 1000Mbps10000Mbps2.2.2 交换机的主要性能指标第30页，共108页幻灯片。背板带宽与端口速率2.2.2 交换机的主要性能指标第30页，模块化与固定配置模块化交换机：具有很强的可扩展性，可在机箱内提供一系列扩展模块，如千兆位以太网模块、FDDI模块、ATM模块、快速以太网模块、令牌环模块等，所以能够将具有不同协议、不同拓扑结构的网络连接起来。但是它的价格一般也比较昂贵

18、。模块化交换机一般作为骨干交换机来使用。固定配置交换机：一般具有固定端口配置，比如Cisco公司的Catalyst l900/2900交换机，Bay公司的BayStack350/450交换机等。固定配置交换机的可扩充性显然不如模块化交换机，但是价格要低得多。2.2.2 交换机的主要性能指标第31页，共108页幻灯片。模块化与固定配置2.2.2 交换机的主要性能指标第31页，共专用芯片与通用芯片 X86： 通用计算机芯片ASIC： （Application-Specific-Integrated Circuit ）NP： 专用网络处理器2.2.2 交换机的主要性能指标第32页，共108页幻灯片。

19、专用芯片与通用芯片 2.2.2 交换机的主要性能指标第32页单/多MAC地址类型 单MAC交换机：每个端口只有一个MAC地址多MAC交换机：每个端口捆绑有多个MAC硬件地址 单MAC交换机主要用于连接最终用户、网络共享资源或非桥接路由器，它们不能用于连接集线器或含有多个网络设备的网段；多MAC交换机的每个端口可以看作是一个集线器，而多MAC交换机可以看作是集线器的集线器。2.2.2 交换机的主要性能指标第33页，共108页幻灯片。单/多MAC地址类型 2.2.2 交换机的主要性能指标第332.3 交换机的接口与连接方式第34页，共108页幻灯片。2.3 交换机的接口与连接方式第34页，共108

20、页幻灯片。2.3.1 交换机的接口类型交换机的接口是随着网络类型的变化和传输介质的发展而产生的不同的接口规格，主要有：双绞线RJ-45接口光纤接口AUI接口与BNCConsole接口FDDI接口第35页，共108页幻灯片。2.3.1 交换机的接口类型交换机的接口是随着网络类型的变化双绞线RJ-45接口 数量最多、应用最广的一种接口类型，它属于以太网接口类型。它不仅在最基本的10Base-T以太网网络中使用，还在目前主流的100Base-TX快速以太网和1000Base-TX千兆以太网中使用。2.3.1 交换机的接口类型第36页，共108页幻灯片。双绞线RJ-45接口2.3.1 交换机的接口类型

21、第36页，共光纤接口 目前光纤传输介质发展相当迅速，各种光纤接口也是层出不穷，分别应用于100Base-FX、1000Base-FX等网络中。在局域网交换机中， SC类型是一种常见的光纤接口，SC接口的芯在接头里面，右图所示的是一款100Base-FX网络的SC光纤接口模块。2.3.1 交换机的接口类型第37页，共108页幻灯片。光纤接口 2.3.1 交换机的接口类型第37页，共108页幻AUI接口 这是专门用于连接粗同轴电缆的，目前这种网络在局域网中已不多见。现在部分交换机保留了AUI接口。 AUI接口是一个15针“D”形接口，类似于显示器接口。这种接口在其他网络设备中也可以见到，如路由器，

22、甚至服务器中。右图中所示的是交换机上的AUI接口示意图。2.3.1 交换机的接口类型第38页，共108页幻灯片。AUI接口 2.3.1 交换机的接口类型第38页，共108页BNC 接口 这是专门用于连接细同轴电缆的接口，目前提供这种接口的交换机比较少见。个别交换机保留BNC接口，主要是用于与细同轴电缆作为传输介质的令牌网络连接。 右图是BNC接口的网卡。2.3.1 交换机的接口类型第39页，共108页幻灯片。BNC 接口2.3.1 交换机的接口类型第39页，共108页Console接口 用于配置交换机而使用的接口。 不同交换机的Console接受有所不同，有些与Cisco路由器一样采用RJ-4

23、5类型Console接口，而有的则采用串口作为Console接口。2.3.1 交换机的接口类型第40页，共108页幻灯片。Console接口 2.3.1 交换机的接口类型第40页，共FDDI接口 在早期的100Mbps时代，还有一种FDDI网络类型，即“光纤分布式数据接口”，其传输介质也是光纤，其接口类型如右图。目前由于它的优势不明显，已经很少见了。2.3.1 交换机的接口类型第41页，共108页幻灯片。FDDI接口 2.3.1 交换机的接口类型第41页，共1082.3.2 交换机的连接方式我们常见的网络都是多台网络设备连接在一起，我们来看交换机之间有哪些连接方式：级联冗余堆叠第42页，共10

24、8页幻灯片。2.3.2 交换机的连接方式我们常见的网络都是多台网络设备连级联 是最常见的连接方式，即使用网线将两个交换机连接起来。有使用光纤介质连接和双绞线介质连接两种情况。光纤介质连接：直接连接的两个交换机端口要保证一致的光纤规格、端口速率，发送信号光纤端口与接收信号光纤端口相连。双绞线介质连接： 分普通端口和使用Uplink端口级联两种情况。普通端口之间相连，使用交叉双绞线；一台交换机使用UPlink端口相连使用直通双绞线。注意：目前有些交换机已实现智能判断，即使用交叉线或直通线均可在两台交换机之间建立连接。2.3.2 交换机的连接方式第43页，共108页幻灯片。级联2.3.2 交换机的连

25、接方式第43页，共108页幻灯片。冗余SpanningTree冗余连接：工作方式是StandBy，一条链路在工作，其余链路处于待机(StandBy)状态，效率没有提高，可靠性提高。PortTrunking连接：多条冗余连接链路实现负载分担。交换机之间联结带宽成倍提高，可靠性已得到增强。2.3.2 交换机的连接方式第44页，共108页幻灯片。冗余2.3.2 交换机的连接方式第44页，共108页幻灯片。堆叠 只有支持堆叠的交换之间才可进行堆叠，使用专用的堆叠线通过交换机上提供的堆叠接口使用一定的连接方式连接起来。 多台交换机的堆叠是靠一个提供背板总线带宽的多口堆叠母模块与单口的堆叠子模块相连实现的

26、，并插入不同的交换机实现交换机的堆叠。2.3.2 交换机的连接方式第45页，共108页幻灯片。堆叠 2.3.2 交换机的连接方式第45页，共108页幻灯片交换机堆叠连接方法堆叠中的所有交换机可视为一个整体的交换机来进行管理，也就是说，堆叠中所有的交换机从拓扑结构上可视为一个交换机。堆栈在一起的交换机可以当作一台交换机来统一管理。交换机堆叠技术采用了专门的管理模块和堆栈连接电缆，这样做的好处是，一方面增加了用户端口，能够在交换机之间建立一条较宽的宽带链路，这样每个实际使用的用户带宽就有可能更宽（只有在并不是所有端口都在使用情况下）。另一方面多个交换机能够作为一个大的交换机，便于统一管理。第46页

27、，共108页幻灯片。交换机堆叠连接方法堆叠中的所有交换机可视为一个整体的交换机来可堆叠交换机常用的堆叠方式有两种：菊花型 菊花型堆叠要求堆叠交换机通过堆叠接口或模块首尾相连，是一种类似于普通的交换机之间级联连接，通过相对高速的端口串接和软件的支持，最终实现构建一个多交换机的层叠结构。第47页，共108页幻灯片。可堆叠交换机常用的堆叠方式有两种：菊花型第47页，共108页可堆叠交换机常用的堆叠方式有两种：星型 星型堆叠是需要一个主交换机，其它是从交换机，每台从交换机都通过堆叠接口或模块与主交换机相连。这种方式要求主交换机的交换容量（背板带宽）要比从交换机的要大。第48页，共108页幻灯片。可堆叠

28、交换机常用的堆叠方式有两种：星型 第48页，共108页堆叠和级联的区别连接方式不同：级联是两台交换机通过两个PORT互联，而堆叠是交换机通过专门的背板堆叠模块相连。堆叠可以增加设备总带宽，而级联是不能增加设备的总带宽。 通用行不同：级联可通过光纤或双绞线在任何网络设备厂家的交换机之间进行连接，而堆叠只有在自己厂家的设备之间，且设备必须具有堆叠功能才可实现。 连接距离不同：级联的设备之间可以有较远的距离（100米-几百米），而堆叠的设备之间距离十分有限，必须在几米以内。2.3.2 交换机的连接方式第49页，共108页幻灯片。堆叠和级联的区别2.3.2 交换机的连接方式第49页，共102.4多层交

29、换和虚拟局域网第50页，共108页幻灯片。2.4多层交换和虚拟局域网第50页，共108页幻灯片。2.4.1 三层交换概念 三层交换是相对于传统交换概念而提出的。众所周知，传统的交换技术是在OSI网络标准模型中的第二层-数据链路层进行操作的，而三层交换技术是在网络模型中的第三层实现了数据包的高速转发。简单地说，三层交换技术就是：二层交换技术三层转发技术。特点解决了局域网中网段划分之后，网段间子网必须依赖路由器进行管理的局面，解决了传统路由器低速、复杂所造成的网络瓶颈问题。第51页，共108页幻灯片。2.4.1 三层交换概念 第51页，共108页幻灯片。2.4.1 三层交换三层交换是相对于传统的交

30、换概念而提出的。传统的交换技术是在OSI网络参考模型中的第二层（即数据链路层）进行操作的，而三层交换技术是在网络模型中的第三层实现了数据包的高速转发。简单地说，三层交换技术就是二层交换技术+三层转发技术，三层交换机就是“二层交换机+基于硬件的路由器”。第52页，共108页幻灯片。2.4.1 三层交换三层交换是相对于传统的交换概念而提出的。那么三层交换是怎样实现的呢？三层交换的技术细节非常复杂，不可能一下子讲清楚，不过您可以简单地将三层交换机理解为由一台路由器和一台二层交换机构成，如下图所示。第53页，共108页幻灯片。那么三层交换是怎样实现的呢？三层交换的技术细节非常复杂，不可两台处于不同子网

31、的主机通信，必须要通过路由器进行路由。在上图中，主机A向主机B发送的第1个数据包必须要经过三层交换机中的路由处理器进行路由才能到达主机B，但是当以后的数据包再发向主机B时，就不必再经过路由处理器处理了，因为三层交换机有“记忆”路由的功能。 三层交换机的路由记忆功能是由路由缓存来实现的。当一个数据包发往三层交换机时，三层交换机首先在它的缓存列表里进行检查，看看路由缓存里有没有记录，如果有记录就直接调取缓存的记录进行路由，而不再经过路由处理器进行处理，这样的数据包的路由速度就大大提高了。如果三层交换机在路由缓存中没有发现记录，再将数据包发往路由处理器进行处理，处理之后再转发数据包。第54页，共10

32、8页幻灯片。两台处于不同子网的主机通信，必须要通过路由器进行路由。在上图三层交换机工作原理三层交换机实质上是将二层交换机与路由器结合起来的网络设备，它既可以完成数据交换功能，又可以完成数据路由功能。第55页，共108页幻灯片。三层交换机工作原理三层交换机实质上是将二层交换机与路由器结合类型：纯硬件和纯软件两大类2.4.1 三层交换第56页，共108页幻灯片。类型：纯硬件和纯软件两大类2.4.1 三层交换第56页，共12.4.2 多层交换概念： 随着交换技术的不断发展，以及交换机产品的不断更新，在传统交换机上实现的功能日益变得丰富起来。现在不仅有了“路由功能的交换机”，有些交换机还具有通过辨别第

33、四层协议端口的能力，有人将此类型的交换机称为第四层交换机，甚至还有可以识别应用层协议的交换机，因而，也出现了“应用层交换机”的概念。凡是超越传统工作在二层的交换大家统称为“多层交换”。第57页，共108页幻灯片。2.4.2 多层交换概念： 第57页，共108页幻灯片。第四层交换 第四层交换的主要作用体现在，可以将端到端性能和服务质量要求实现对所有联网设备的负载进行细致的均衡，以保证客户机与服务器之间数据平滑地流动。2.4.3 多层交换第58页，共108页幻灯片。第四层交换 2.4.3 多层交换第58页，共108页幻灯片。第七层交换 目前，在高可用性和负载均衡方面，有部分交换机可以利用由应用返回

34、给最终用户的第七层信息。这些交换机使用户可以容易地确认站点内容的响应性和正确性，或从客户的角度来试测你的站点，看看是否存在正确的应用和内容。具有这样功能的交换机我们称为“第七层交换机”。2.4.3 多层交换第59页，共108页幻灯片。第七层交换 2.4.3 多层交换第59页，共108页幻灯片。2.43虚拟局域网简介虚拟局域网（Virtual Local Area Network）通常简称为VLAN。它是将局域网从逻辑上划分为一个个的网段，从而实现虚拟工作组的一种交换技术。第60页，共108页幻灯片。2.43虚拟局域网简介虚拟局域网（Virtual Local虚拟局域网简介使用集线器或交换机所构

35、成的一个物理局域网，整个网络属于同一个广播域。网桥、集线器和交换机设备都会转发广播帧，因此任何一个广播帧或多播帧（Multicast Frame）都将被广播到整个局域网中的每一台主机。在网络通讯中，广播信息是普遍存在的 ，这些广播帧将占用大量的网络带宽，导致网络速度和通讯效率的下降，并额外增加了网络主机为第61页，共108页幻灯片。虚拟局域网简介使用集线器或交换机所构成的一个物理局域网，整个虚拟局域网简介处理广播信息所产生的负荷。目前，蠕虫病毒相当泛滥，如果不对局域网进行有效的广播域隔离，一旦病毒发起泛洪广播攻击，将会很快占用完网络的带宽，导致网络的阻塞和瘫痪。第62页，共108页幻灯片。虚拟

36、局域网简介处理广播信息所产生的负荷。第62页，共108页路由器具有路由转发、防火墙和隔离广播的作用，路由器不会转发广播帧，因此，要实现对网络的分段和广播域的隔离，应使用路由器来实现。第63页，共108页幻灯片。路由器具有路由转发、防火墙和隔离广播的作用，路由器不会转发广可以使用路由器上的以太网接口为单位来划分网段，从而实现对广播域的分割和隔离。路由器所能划分出的网段，取决于路由器上以太网接口的数目，但通常情况下，路由器所带的以太网接口数量很少，一般为14个，远远不能满足对网络分段的需要，而交换机则配备有较多的以太网端口，为了实现第64页，共108页幻灯片。可以使用路由器上的以太网接口为单位来划

37、分网段，从而实现对广播利用交换机端口来对网络进行分段隔离，从而诞生了VLAN交换技术。 一个VLAN就是一个网段，通过在交换机上划分VLAN，可将一个大的局域网划分成若干个网段，每个网段内所有主机间的通讯和广播仅限于该VLAN内，广播帧不会被转发到其他网段，即一个VLAN就是一个广播域，VLAN间是不能进第65页，共108页幻灯片。利用交换机端口来对网络进行分段隔离，从而诞生了VLAN交换技行直接通信的，从而就实现了对广播域的分割和隔离。若要实现VLAN间的通讯，就必须为VLAN设置路由，这可使用路由器或三层交换机来实现。二层交换机可以划分VLAN，若没有路由器，则无法实现VLAN间的通讯，由

38、于三层交换机具备路由功能，在实际应用中，通常在三层交换机中来划分VLAN，以支持VLAN间的相互通讯。第66页，共108页幻灯片。行直接通信的，从而就实现了对广播域的分割和隔离。若要实现VL从中可见，通过在局域网中划分VLAN，可起到以下方面的作用： 控制网络的广播，增加广播域的数量，减小广播域的大小。 便于对网络进行管理和控制。VLAN是对端口的逻辑分组，不受任何物理连接的限制，同一VLAN中的用户，可以连接在不同的交换机，并且可以位于不同的物理位置，增加了网络连接、组网和管理的灵活性。第67页，共108页幻灯片。从中可见，通过在局域网中划分VLAN，可起到以下方面的作用：增加网络的安全性。

39、由于默认情况下，VLAN间是相互隔离的，不能直接通讯，对于保密性要求较高的部门，比如财务处，可将其划分在一个VLAN中，这样，其他VLAN中的用户，将不能访问该VLAN中的主机，从而起到了隔离作用，并提高了VLAN中用户的安全性。VLAN间的通讯，可通过应用VLAN的访问控制列表，来实现VLAN间的安全通讯。第68页，共108页幻灯片。增加网络的安全性。由于默认情况下，VLAN间是相互隔离的，不静态VLAN与动态VLANVLAN创建后，接下来就可指定端口所属的VLAN，默认情况下，交换机的所有端口均属于VLAN1，VLAN1是交换机默认创建和管理的VLAN。1静态VLAN 静态VLAN就是明确

40、指定各端口所属VLAN的设定方法，通常也称为基于端口的VLAN，其特点是将交换机按端口进行第69页，共108页幻灯片。静态VLAN与动态VLANVLAN创建后，接下来就可指定端口静态VLAN与动态VLAN分组，每一组定义为一个VLAN，属于同一个VLAN的端口，可来自一台交换机，也可来自多台交换机，即可以跨越多台交换机设置VLAN。基于端口的VLAN划分如下图所示。第70页，共108页幻灯片。静态VLAN与动态VLAN分组，每一组定义为一个VLAN，属静态指定各端口所属的VLAN，需要一个端口一个端口地进行设置，当要设定的端口数目较多时，工作量会比较大，通常适合于网络拓扑结构不是经常变化的情况

41、。静态VLAN是目前最常用的一种VLAN端口划分方式。第71页，共108页幻灯片。静态指定各端口所属的VLAN，需要一个端口一个端口地进行设置2动态VLAN 动态VLAN是根据每个端口所连的计算机，动态设置端口所属VLAN的设定方法。动态VLAN通常可分为基于MAC地址的VLAN、基于子网的VLAN和基于用户的VLAN。第72页，共108页幻灯片。2动态VLAN第72页，共108页幻灯片。基于MAC地址的VLAN，就是根据端口所连计算机的网卡MAC地址，来决定该端口所属的VLAN。在这种方式下，端口所属的VLAN，不是事先固定的，而是由所连计算机的MAC地址来决定的。第73页，共108页幻灯片

42、。基于MAC地址的VLAN，就是根据端口所连计算机的网卡MA比如，若MAC地址为“00-0C-6E-E1-1B-36”的计算机被设置为属于VLAN2，则该台计算机无论接到交换机的哪个端口，其所连端口就会被自动划归为VLAN2。第74页，共108页幻灯片。比如，若MAC地址为“00-0C-6E-E1-1B-36”基于子网的VLAN，是根据端口所连计算机的IP地址，来决定端口所属的VLAN。 基于用户的VLAN，是根据端口所连计算机的当前登录用户，来决定该端口所属的LAN。第75页，共108页幻灯片。基于子网的VLAN，是根据端口所连计算机的IP地址，来决定VLAN的汇聚链接与封装协议在实际应用中

43、，通常需要跨越多台交换机的多个端口划分VLAN，比如，同一个部门的员工，可能会分布在不同的建筑物或不同的楼层中，此时的VLAN，就将跨越多台交换机 。跨越多台交换机的VLAN第76页，共108页幻灯片。VLAN的汇聚链接与封装协议在实际应用中，通常需要跨越多台交VLAN内的主机彼此间应可以自由通讯，当VLAN成员分布在多台交换机的端口上时，如何才能实现彼此间的通讯呢？ 第77页，共108页幻灯片。VLAN内的主机彼此间应可以自由通讯，当VLAN成员分布在多解决的办法就是在交换机上各拿出一个端口，用于将两台交换机级联起来，专门用于提供该VLAN内的主机跨交换机相互通讯。有多少个VLAN，就对应地

44、需要占用多少个端口，用来提供VLAN内主机的跨交换机相互通讯，如下图所示。 第78页，共108页幻灯片。解决的办法就是在交换机上各拿出一个端口，用于将两台交换机级联VLAN内的主机在交换机间的通讯第79页，共108页幻灯片。VLAN内的主机在交换机间的通讯第79页，共108页幻灯片。这种方法虽然解决了VLAN内主机间的跨交换机通讯，但每增加一个VLAN，就需要在交换机间添加一条互联链路，并且还要额外占用交换机端口，这对保贵的交换机端口而言，是一种严重的浪费，而且扩展性和管理效率都很差。第80页，共108页幻灯片。这种方法虽然解决了VLAN内主机间的跨交换机通讯，但每增加一为了避免这种低效率的连

45、接方式和对交换机端口的大量占用，人们想办法让交换机间的互联链路汇集到一条链路上，让该链路允许各个VLAN的通讯流经过，这样就可第81页，共108页幻灯片。为了避免这种低效率的连接方式和对交换机端口的大量占用，人们想就可解决对交换机端口的额外占用，这条用于实现各VLAN在交换机间通讯的链路，称为交换机的汇聚链路或主干链路（Trunk Link），如下图所示。第82页，共108页幻灯片。就可解决对交换机端口的额外占用，这条用于实现各VLAN在交换用于提供汇聚链路的端口，称为汇聚端口。由于汇聚链路承载了所有VLAN的通讯流量，因此要求只有通讯速度在100Mbps或以上的端口，才能作为汇聚端口使用。第

46、83页，共108页幻灯片。用于提供汇聚链路的端口，称为汇聚端口。由于汇聚链路承载了所有在引入VLAN后，交换机的端口按用途就分为了访问连接端口（Access Link）和汇聚连接（Trunk Link）端利用汇聚链路实现各VLAN内主机跨交换机的通讯第84页，共108页幻灯片。在引入VLAN后，交换机的端口按用途就分为了访问连接端口（A口两种。访问连接端口通常用于连接客户PC机，以提供网络接入服务。该种端口只属于某一个VLAN，并且仅向该VLAN发送或接收数据帧。端口所属的VLAN通常也称作native vlan。汇聚连接端口属于所有VLAN共有，承载所有VLAN在交换机间的通讯流量。第85页

47、，共108页幻灯片。口两种。访问连接端口通常用于连接客户PC机，以提供网络接入服由于汇聚链路承载了所有VLAN的通讯流量，为了标识各数据帧属于哪一个VLAN，为此，需要对流经汇聚链接的数据帧进行打标（tag）封装，以附加上VLAN信息，这样交换机就可通过VLAN标识，将数据帧转发到对应的VLAN中。第86页，共108页幻灯片。由于汇聚链路承载了所有VLAN的通讯流量，为了标识各数据帧属目前交换机支持的打标封装协议有IEEE802.1Q和ISL。其中IEEE802.1Q是经过IEEE认证的对数据帧附加VLAN识别信息的协议，属于国际标准协议，适用于各个厂商生产的交换机，该协议通常也简称为dot1

48、q。第87页，共108页幻灯片。目前交换机支持的打标封装协议有IEEE802.1Q和ISL。IEEE802.1Q所附加的VLAN识别信息，位于数据帧中“发送源MAC地址”和“类别域（Type Field）”之间，所添加的内容为2字节的TPID和2字节的TCI，共计4个字节，其对数帧的封装过程如下图所示。第88页，共108页幻灯片。IEEE802.1Q所附加的VLAN识别信息，位于数据帧中“IEEE802.1Q协议对数据帧的打标封装第89页，共108页幻灯片。IEEE802.1Q协议对数据帧的打标封装第89页，共108ISL是Inter Switch Link的缩写，是Cisco系列交换机支持的

49、一种与IEEE802.1Q类似的，用于在汇聚链路上附加VLAN信息的协议，可用于以太网和令牌环网。第90页，共108页幻灯片。ISL是Inter Switch Link的缩写，是CiscISL对数据帧进行打标封装时，采取在数据帧的头部附加26字节的ISL包头（ISL Header），并且在数据帧的尾部带上对包括ISL包头在内的整个数据帧进行计算后得到的4字节的CRC值，即ISL协议保留数据帧原来的CRC，然后再附加上一个新的CRC，即封装时总共增加了30个字节的信息。当数据帧离开汇第91页，共108页幻灯片。ISL对数据帧进行打标封装时，采取在数据帧的头部附加26字节聚链路时，ISL只需简单地

50、去除ISL包头和新CRC就可以了，由于数据帧原来的CRC被完整保留，因此无需重新计算。大多数Cisco设备都支持ISL。 ISL与IEEE802.1Q协议互不兼容，ISL是Cisco独有的协议，只能用于Cisco网络设备之间的互联。第92页，共108页幻灯片。聚链路时，ISL只需简单地去除ISL包头和新CRC就可以了，VLAN间主机的通讯同一个VLAN属于同一个广播域，主机彼此间可相互自由通讯。不同VLAN的主机若要相互通讯，则必须为VLAN指定路由，这可通过三层交换机的路由交换模块或借助外部的路由器来实现。第93页，共108页幻灯片。VLAN间主机的通讯同一个VLAN属于同一个广播域，主机彼

51、此VLAN间主机的通讯对于没有路由功能的二层交换机，若要实现VLAN间的相互通信，就要借助外部的路由器来为VLAN指定默认路由，此时路由器的快速以太网接口与交换机的快速以太网端口，应以汇聚链路的方式相连，并在路由器的快速以太网接口上，为每一个VLAN创建一个对应的虚拟子接口，并设置虚第94页，共108页幻灯片。VLAN间主机的通讯对于没有路由功能的二层交换机，若要实现VVLAN间主机的通讯拟子接口的IP地址，该IP地址以后就成为该VLAN的默认网关（路由）。由于这些虚拟子接口是直接连接在路由器上的，设置IP地址后，路由器会自动在路由表中，为各VLAN添加路由，从而实现VLAN间的路由转发，如下

52、图所示。第95页，共108页幻灯片。VLAN间主机的通讯拟子接口的IP地址，该IP地址以后就成为二层交换机借助外部路由器实现VLAN间通讯第96页，共108页幻灯片。二层交换机借助外部路由器实现VLAN间通讯第96页，共108VLAN间的主机通讯，遵循以下通讯过程：源主机交换机路由器交换机目的主机交换机使用ASIC（Application Specified Integrated Circuit）专用硬件芯片来处理数据帧的交换，从而可以实现以线缆速度（Wired Speed）来交换数据。第97页，共108页幻灯片。VLAN间的主机通讯，遵循以下通讯过程：交换机使用ASIC（三层交换机是带有路由

53、功能的交换机，其路由模块与交换模块共同使用ASIC硬件芯片，可实现高速度的路由，并且在对第一个数据帧进行路由后，将会产生一个MAC地址与IP地址的映射表，当同样的数据帧再次通过时，交换机会直接从第98页，共108页幻灯片。三层交换机是带有路由功能的交换机，其路由模块与交换模块共同使二层转发，而不用再路由，从而消除了路由器进行路由选择而造成网络的延迟，提高了数据包转发的效率。另一方面，交换机的路由模块与交换模块是在交换机内部直接汇聚连接的，可以提供相当高的带宽，因此，使用三层交换机来配置VLAN和提供VLAN间的通讯，比使用二层交换机和路由器更好，配置和使用也更方便。第99页，共108页幻灯片。二层转发，而不用再路由，从而消除了路由器进行路由选择而造成网思科产品Cisco（思科）的交换机产品以“Catalyst”为