第2章 交换机与路由器(2-1)

第2章 交换机与路由器

内容简介本章学习交换机与路由器等网络设备的连接、 配置技术、工作原理等方面情况，重点讨论交 换机与路由器配置的基本方法，通过相关实践 项目的训练，来掌握交换机与路由器的连接和 配置方法。通过VLAN划分和路由器模拟实验， 进一步了解和认识交换机和路由器的配置方法。

2.1交换机2.1.1 交换机的概念 2.1.2 交换机硬件结构 2.1.3 交换机的分类 2.1.4 交换机的接口类型 2.1.5 交换机的连接方式 2.1.6 交换机工作原理 2.1.7 交换机/路由器的启动过程 2.1.8 交换机的连接与配置 2.1.9 交换机命令行配置 2.1.10 虚拟局域网 2.1.11 三层交换

2.1.1 交换机的概念对于以太网来说，当连接在集线器中的一个结点发送数据 时，它将用广播方式将数据传送到集线器的每个端口。因此， 以太网的每个时间片内只允许有一个结点占用公用通信信道。 交换式局域网通过交换机支持端口结点之间的多个并发连 接，实现多结点之间数据的并发传输。因此，交换式局域网 可以增加网络带宽，改善局域网的性能与服务质量。

2.1.1 交换机的概念以太网交换机可以有多个端口，每个端口可以单独与一个 结点连接，也可以与一个以太网集线器连接。例如，如果一 个10 Mbps端口只连接一个结点，这个结点就可以独占10 Mbps的带宽，这类端口通常被称为专用端口；如果一个10 Mbps端口连接一个以太网，那么这个端口将被以太网中的多 个结点所共享，这类端口就被称为共享端口。 交换机的端口类型也可以分为两类：半双工端口与全双工 端口。对于10 Mbps的端口，半双工端口带宽为10 Mbps,而 全双工端口带宽为20 Mbps;对于100 Mbps的端口，半双工 端口带宽为100 Mbps,而全双工端口带宽为200 Mbps。 所谓全双工端口，是指该端口允许连接的计算机同时发送 与接收数据。

2.1.1 交换机的概念传统的局域网只能工作在半双工状态，因为在总线结构中 采用CSMA/CD介质访问控制方法，连网的计算机要么处于发 送状态，要么处于数据接收状态，二者只能居其一。如果一 台计算机选用了全双工网卡，并且连接到支持全双工工作的 交换机端口，那么这台计算机就能够同时发送与接收数据。 在网络结构与网络连线不变的情况，采用全双工工作方式， 可以使网络结点的数据吞吐量增大一倍。

2.1交换机2.1.1 交换机的概念 2.1.2 交换机硬件结构 2.1.3 交换机的分类 2.1.4 交换机的接口类型 2.1.5 交换机的连接方式 2.1.6 交换机工作原理 2.1.7 交换机/路由器的启动过程 2.1.8 交换机的连接与配置 2.1.9 交换机命令行配置 2.1.10 虚拟局域网 2.1.11 三层交换

2.1.2 交换机硬件结构

接口、主

处理器、 内存、FLASH、电 源系统等

中央处理器 与计算机一样，交 换机也包含了一个中 央处理器(CPU)。 不同系列和型号的交 换机，其中的CPU也 不尽相同。

2.1.2 交换机硬件结构

存储器 ROM

NVRAM FLASH RAM

ROM(Read Only Memory) NVRAM(Nonvolatile Random Access Memory) ROM 保存着路由器的引导或启动 FLASH NVRAM的主要作用是保存IOS在路由 RAM(Random Access 程序(Bootstrap Program)。这 FLASH可以形象地比作我们常 器启动时读入的配置数据，即常说 Memory) 用的PC机的硬盘，但远没有硬 也是路由器运行的第一个软件(加 的启动配置或备份配置。当路由器 RAM与PC机上的随机存储器相 电自检POST:Power-On Self盘的容量大，主要用处是保存 加电启动时，首先寻找和执行的即 似，提供临时信息的存储，同 Test),负责让路由器进入正常的 IOS软件，维持路由器的正常工 是该配置，如果该配置存在，路由 时保存着当前的配置信息，即 作。若路由器安装了FLASH, 工作状态。有些路由器将一套完整 器启动后，该配置就成了“运行配 平常所说的运行配置，IOS通过 的IOS保存在ROM中，以便在另一 它便是用来引导路由器的IOS软 置”,当修改运行配置并执行存储 RAM满足其所有的常规存储的 个IOS不能使用时，作应急之用。 件的默认位置 后，运行配置就被复制到NVRAM中， 需要。 ROM通常存放在一个或多个芯片上。 当下次路由器加电后，该配置就会 路由器中的ROM是可擦写的，所以 被自动调用 IOS是可以升级的。

2.1交换机2.1.1 交换机的概念 2.1.2 交换机硬件结构 2.1.3 交换机的分类 2.1.4 交换机的接口类型 2.1.5 交换机的连接方式 2.1.6 交换机工作原理 2.1.7 交换机/路由器的启动过程 2.1.8 交换机的连接与配置 2.1.9 交换机命令行配置 2.1.10 虚拟局域网 2.1.11 三层交换

2.1.3 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:则应用于局域网络，用于连接终端设备， 如PC机及网络打印机等。

2.1.3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：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。

2.1.3 交换机的分类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。

2.1.3 交换机的分类按接口和插入的模块不同，可分为： ⑴ 简单的10 Mbps局域网交换机 简单的10 Mbps局域网交换机只能提供固定数量的端口，用来连接专 用的10 Mbps以太网结点或10 Mbps以太网集线器。 ⑵ 10/100 Mbps自适应的交换机 10/100 Mbps自适应的交换机采用自动检测技术，可以自动检测端口连 接设备的传输速率与工作方式，并自动做出调整，保证10 Mbps与100 Mbps结点工作在同一网络中。 ⑶ 大型局域网交换机 大型局域网交换机是一种箱式结构，在机箱中可以灵活地插入各种模 块，如10 Mbps以太网模块、快速以太网模块、千兆以太网模块、路由器 模块、网桥模块、中继器模块、ATM模块以及FDDI模块，通过它构成局 域网的主干网。

2.1.3 交换机的分类按照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。

2.1交换机2.1.1 交换机的概念 2.1.2 交换机硬件结构 2.1.3 交换机的分类 2.1.4 交换机的接口类型 2.1.5 交换机的连接方式 2.1.6 交换机工作原理 2.1.7 交换机/路由器的启动过程 2.1.8 交换机的连接与配置 2.1.9 交换机命令行配置 2.1.10 虚拟局域网 2.1.11 三层交换

2.1.4 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BNC Console接口 FDDI接口

2.1.4 交换机的接口类型 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。

2.1.4 交换机的接口类型 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。

2.1.4 交换机的接口类型 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，甚至 服务器中。右图中所示的是 交换机上的AUI接口示意图。

2.1.4 交换机的接口类型 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。

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