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题目中小型局域网设备配置与应用

学生姓名

学号201009410141

专业网络技术

班级10级

指导教师

2013年6月9日

关于论文使用授权的说明

本人完全了解滨州职业学院有关保留、使用学位论文的规定，即：

学校有权保留送交论文的复印件及电子版，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。

（保密论文在解密后应遵守此规定）

学生签名：

2013年6月9日

导师签名：

年月日

目录

摘要：

1

前言2

1交换机概述及应用3

1．1交换机基础3

1．2交换机与集线器的区别4

1．3交换机的交换技术5

1．4交换机的分类6

1．5以太网交换机的发展趁势8

2交换机的配置8

2．1本地配置方式9

2．1．1物理连接9

2．1．2软件配置9

2．2交换机的基本配置10

2．2．1交换机权限的配置10

2．2．2交换机的VLAN配置10

2．2．3Telnet连接11

2．2．4交换机端口的基本配置13

致谢14

参考文献15

中小型局域网络设备管理与应用

学生：

指导教师：

（滨州职业学院）

摘要：

本文一方面介绍了以太网交换的内容及应用，让人们了解交换机的重要性与实用性，另一方面讲解了以太网交换机在中小型局域网中的一些基本配置，通过这些配置可以方便管理员对局域网内的所有主机进行管理，监督，划分，远程控制，设置权限等功能。

前言

1993年，局域网交换设备出现，1994年，国内掀起了交换网络技术的热潮。

其实，交换技术是一个具有简化、低价、高性能和高端口密集特点的交换产品，体现了桥接技术的复杂交换技术在OSI参考模型的第二层操作。

与桥接器一样，交换机按每一个包中的MAC地址相对简单地决策信息转发。

而这种转发决策一般不考虑包中隐藏的更深的其他信息。

与桥接器不同的是交换机转发延迟很小，操作接近单个局域网性能，远远超过了普通桥接互联网络之间的转发性能。

交换技术允许共享型和专用型的局域网段进行带宽调整，以减轻局域网之间信息流通出现的瓶颈问题。

现在已有以太网、快速以太网、FDDI和ATM技术的交换产品。

类似传统的桥接器，交换机提供了许多网络互联功能。

交换机能经济地将网络分成小的冲突网域，为每个工作站提供更高的带宽。

协议的透明性使得交换机在软件配置简单的情况下直接安装在多协议网络中；交换机使用现有的电缆、中继器、集线器和工作站的网卡，不必作高层的硬件升级；交换机对工作站是透明的，这样管理开销低廉，简化了网络节点的增加、移动和网络变化的操作。

利用专门设计的集成电路可使交换机以线路速率在所有的端口并行转发信息，提供了比传统桥接器高得多的操作性能。

如理论上单个以太网端口对含有64个八进制数的数据包，可提供14880bps的传输速率。

这意味着一台具有12个端口、支持6道并行数据流的“线路速率”以太网交换器必须提供89280bps的总体吞吐率（6道信息流X14880bps／道信息流）。

专用集成电路技术使得交换器在更多端口的情况下以上述性能运行，其端口造价低于传统型桥接器。

以太网交换机是现代网络发展中非常活跃的部分，特别随着ASIC技术的不断发展，产品性能价格比得到了极大的提升，使得以太网交换机技术有了更广阔的发展空间。

以太网交换机以其良好的开放性、强大的交换能力、显著的成本优势成为城域网建设的主力，在宽带城域网络的各个层面都有丰富的应用。

1交换机概述及应用

集线器作为第一类广泛应用的网络集线设备，当时在各种局域网中应用非常广泛，但随着网络传输媒体类型的日益丰富，图形、图像及各种流媒体等多媒体内容的出现，人们对网络数据传输速度和传输性能的要求日益提高，但是由于集线器本身工作方式的缺点，如共享介质传输、单工数据操作和广播数据发送方式等因素远远满足不了网络的发展需求，因此一种新型的网络传输设备应运而生，这就是交换机，也叫交换机集线器。

1．1交换机基础

交换机的英文名称为“Switch”，它是集线器的升级换代产品，从外观上来看，它与集线器基本上没有多大的区别，都是带有多个端口的长方形盒状体。

交换机是按照通信两端传输信息的需要，采用人工或设备自动完成的方法把要传输的信息送到符合要求的相应路由上的技术的统称，广义的交换机就是一种在通信系统中完成信息交换功能的设备。

在计算机网络系统中，交换概念是相对于共享工作模式的改进提出的。

我们知道，集线器是一种共享介质的网络设备，而且HUB本身也不能识别目的地址，而是采用广播方式向所有世点发送，即当同一局域网内的A主机向B主机传输数据时，数据包在以HUB为架构的网络上是以广播方式传输的，对网络上的所有节点也同时发送同一信息，然后再由每一台终端通过验证数据包头的地址信息来确定是否接收。

在这种方式下很容易造成网络堵塞，因为接收数据的计算机一般来说只有一个终端节点，而现在对所有节点都发送，那么绝大部分数据流量是无效的，这样就使整个网络的数据传输效率相当低。

另一方面，由于所发送的数据包能被每个节点侦听到，因此便容易出现一些不安全因素。

交换机还有一个重要的特点就是它不是像集线器一样每个端口共享带宽，而是每个端口都独享交换机的一部分总带宽，这样在速率上对于每个端口来说就有了根本的保障。

另外，使用交换机也可以把网络“分段”，通过对照地址表，交换机只允许必要的网络流量通过交换机，这就是后面将要介绍的VLAN（虚拟局域网）。

通过交换机的过滤和转发，可以有效地隔离广播风暴，避免共享冲突。

这样交换机就可以在同一时刻进行多个节点对之间的数据传输，每一节点都可视为独立的网段，连接在其上的网络设备独自享有固定的一部分带宽，无须同其他设备竞争使用。

如当节点A向节点D发送数据时，节点B也可同时向节点C发送数据，而且这两个传输都享有带宽，都有自己的虚拟连接。

打个比方就是，如果现在使用的是10Mb/s8端口以太网交换机，因每个端口都可以同时工作，所以在数据流量较大时，它的总流量可达到8×10Mb/s=80Mb/s，而使用10Ｍb/s的共享式HUB时，因为它属于共享带宽式，所以同一时刻只能允许一个端口进行通信，因此数据流量再大，HUB的总流量也不会超出10Mb/s，如果是16端口、24端口的就更明显了。

总之，交换机是一种基于MAC地址识别，能够完成封装转发数据包功能的网络设备。

交换机对于第一次发送到目的地址不成功的数据包会再次对所有节点为同时发送，企图找到这个目的MAC地址，找到后就会把这个地址重新加入到自己的MAC地址列表中，这样下次再发送到这个节点时就不用查找此节点的MAC地址了。

交换机的这种功能就称之为“MAC地址学习”功能。

1．2交换机与集线器的区别

1．在OSI中的工作层次不同

交换机和集线器在OSI开放体系模型中对应的层次是不一样的，集线器是同时工作在第一层（物理层）和第二层（数据链路层），而交换机至少是工作在第二层，更高级的交换机可以工作在第三层（网络层）和第四层（传输层）。

2．数据传输方式不同

集线器的数据传输方式是广播方式，而交换机的数据传输是有目的的，数据只对目的节点发送，只是在自己的MAC地址表中找不到目的地址，且是第一次的情况下才使用广播方式发送。

因为交换机具有MAC地址学习功能，所以第二次以后就不再是广播发送了，而是有目的地发送。

这样的好处是：

数据传输效率提高，不会出现广播风暴，在安全性方面也不会出现其他节点侦听的现象。

3．带宽占用方式不同

在带宽占用方面，集线器所有端口是共享集线器的总带宽，而交换机的每个端口都具有自己的带宽，这样实际上交换机每个端口的带宽比集线器端口的可用带宽要高许多，也就决定了交换机的传输速度比集线器要快许多。

4．传输模式不同

集线器只能采用半双工方式进行传输，因为集线器是共享传输介质的，这样在上行通道上集线器一次只能传输一个任务，要么是接收数据，要么是发送数据。

而交换机则不一样，它是采用全双工方式来传输数据的，因此在同一时刻可以同时进行数据的接收和发送，这不但令数据的传输速度大大加快，而且在整个系统的吞吐量方面交换机比集线器至少要愉一倍以上，实际上还远不止一倍，因为交换机端口的带宽一般来说比集线器接口的带宽也要大许多倍。

1．3交换机的交换技术

交换机是构成整个交换式网络的关键设备，它所采用的交换技术将极大影响其自身性能。

网络交换机主要采用以下几种基本交换技术：

直能式交换技术；存储转发式交换技术；碎片隔离式交换技术。

1．直通式交换技术

直通式交换技术就是接收端口只对接收到的数据帧的目的地址信息进行检查，然后再按指定的地址将数据帧转发出去，不对数据帧做差错和过滤处理。

其工作方式为：

当交换机检测到某一端口有数据传输进来时，先检测该数据帧上的报头，获取该数据包中的目的地址，启动内部的的动态路由表找到相应的输出端口，在输入与输出交叉处自接通，把数据包直通到相应的端口实现交换功能。

由于在传输中交换机只检查数据包的包头（通常只检查14个字节），不需要存储，因此切入方式具有延迟小、交换速度快等优点（所谓延迟，是指数据包进入一个网络设备到离开该设备所用的时间）。

直通式交换技术的缺点主要有三个方面：

第一，因为数据包内容并没有被以太网交换机保存下来，所以无法检查传送的数据包是否有误，不能提供错误检测能力。

第二，由于没有缓存，不能将具有不同速率的输入/输出端口直接接通，而且容易丢包。

如果要连到高速网络上，如提供快速以太网（100Base-T）、FDD或ATM连接，就不能简单地将输入/输出端口“接通”，因为输入/输出端口间有速度上的差异，必须提供缓存。

第三，当以太网交换机的端口增加时，交换矩阵就会变得越来越复杂，实现起来就越困难。

所以这种交换技术在计算机数目较大的网络中并不是很实用，因此目前采用直通式交换技术的交换机不多。

2．存储转发式交换技术

存储转发式交换技术是目前交换机中应用最广泛的交换技术，它的工作方式为：

当交换机某端口接收到数据帧时，以太网交换机的控制器先将输入端口传输过来的数据包存储到一个共享缓冲区中缓存起来，此缓冲区好比计算机中的高速缓存，然后检查和分析整个数据包的内容，进行过滤和差错校验处理，确定数据包正确无误后，取出数据包的目的地址，通过查找地址表找到要发送的输出端口计算机的MAC地址，建立与目的计算机端口的连接，最后再将数据按目的地址发送到指定端口。

从以上内容可以看出，存储转发式交换技术虽然在检查整数据包时需要花费更多的时间，但是存储转发时可以及时捕获并过滤掉网络中错误的数据包，有效地改善网络的性能，同时这对网络传输的可靠性也是很重要的。

3．碎片隔离式交换技术

这是介于直通式和存储转发式之间的一种解决方案，它在转发前先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（或称残帧），则丢弃该包，如果大于64字节，则发送该包。

该方式的数据处理速度比存储转发方式快，比直通式慢，但由于该方式能够避免残帧的转发，所以被广泛应用于低档交换机中。

使用这类交换技术的交换机一般使用了一种特殊的缓存，这种缓存是一种先进先出FIFO的传输方式，比特位从一端进入然后再以同样的顺序从另一端出来。

当该数据帧被接收时，它被保存在FIFO中。

如果数据帧的长度小于512bit，那么FIFO中的内容就会被丢弃，因此，不存在直通转发式交换机存在的残帧转发问题，是一个非常好的解决方案。

数据包在转发之前将被缓存保存下来，从而确保碰撞碎片不通过网络传播，因此在很大程度上提高了网络传输效率。

1．4交换机的分类

根据网络类型划分

1．广域网交换机

广域网交换机主要是应用于电信城域网互连、互联网接入等领域的广域网中，提供通信的基础平台，这种交换技术一般都进行比较先进，稳定性好，价格也比较贵。

2．局域网交换机

这种交换机就是这们常见的交换机，局域网交换机应用于局域网络，用于连接终端设备，如服务器、工作站、集线器、路由器和网络打印机等网络设备，能提供高速独立的通信通道。

根据应用层次划分

1．桌面型交换机

桌面型交换机是最常见的一种最低档的交换机，它区别于其他交换机的一个特点是支持的端口MAC地址很少，通常端口数也较少（8口以内，但不是绝对的），只具备最基本的交换机的特性，当然价格吼是最便宜的。

2．工作组交换机

工作组交换机是传统集线器的理想替代产品，一般固定地配有一定数目的10Base-T或100Base-TX以太网端口。

这种交换机按每一个数据包中的MAC地址相对简单地决策数据包的转发，这种转发决策一般不考虑包中隐藏的更深的其他信息，与集线器不同的是该交换机的转发延迟很小。

工作组交换要一般没有网络管理的功能，如果是作为骨干交换机则一般认为支持100个信息点以内的交换机为工作组级交换机。

3．部门级交换机

部门级交换机是面向部门级网络使用的交换机，它较前面两种类型的交换机在网络中的功能有所不同，它所连接的大多为网络中的其他交换机，一般起到管理的功能。

这类交换机可以是固定配置，也可以是模块配置，一般除了常用的RJ-45双绞线接口外，还带有光纤接口。

部门级交换机一般具有较为突出的智能型特点，如支持基于端口的VLAN（虚拟局域网），可实现端口管理；可任意采用全双工或半双工传输模式；可对流量进行控制；可通过PC机的串口或经过网络对交换机进行配置、监控和测试。

4．校园网交换机

本应没有校园交换机这种划分概念，但随着校园网的发展，特别是校校通网络的推广，很多网络设备厂家都相应推出了专门的校园网交换机。

这种交换机的应用相对较小，主要应用于较大型网络，且一般作为网络的骨干交换机。

这种交换机具有快速数据交换能力和全双工能力，可提供容错等智能特性，还支持扩充选择选项及第三层交换中的虚拟局域网（VLAN）等多种功能。

校园网交换机因通常用于分散的校园网而得名，主要应用于物理距离分散的较大型网络中。

因为校园网比较分散，传输距离比较长，所以在骨干网段上，这类交换机通常采用光纤作为传输介质。

5．企业级交换机

企业级交换机属于另一类高端交换机，一般采用模块化的结构，可作为企业网络骨干构建高速愤多，因而它通常用于企业网络的最顶层。

企业级交换机可以提供用户人定制、优先级队列服务和网络安全控制，并能够很快适应数据增长和改变的需要，从而满足用户的需求。

对于有更多需求的网络，企业级交换机不仅能传送海量数据和控制信息，更具有硬件冗余和软件可伸缩性特点，能保证网络的可靠运行。

这种交换机从它所处的位置可以清楚地看出它自身的要求非同一般，起码在带宽、传输速率以及背板容量上比一般交换机要高出许多，因此企业级交换机一般都是千兆以上以太网交换机。

企业级交换机所采用的端口一般都为光纤接口，这主要是为了保证交换机高的传输速率。

根据交换机的结构划分

1．固定端口交换机

固定端口顾名思义就是它所带有的端口是固定的，如果是8端口的，就只能有8个端口，再不能添加，16个端口的也就只能有16个端口，不能再扩展。

目前这种固定端口的交换机比较常见，端口数量没有明确的规定，一般的端口标准是8端口、16端口和24端口。

也有一些不标准端口数的交换机，主要有4端口、5端口、10端口、12端口、20端口、22端口和32端口等。

固定端口交换机虽然相对来说价格便宜一些，但由于它只能够提供有限的端口和固定类型的接口，因此，无论从可连接的用户数量上，还是从可使用的传输介质上来讲都具有一定的局限性，但这种交换机在工作组中应用较多，一般适用于小型网络、桌面交换环境。

2．模块化交换机

模块化交换机虽然在价格上较固定端口交换机要高很多，但它拥有更大的灵活性和可扩充性，用户可任意选择不同数量、不同速率和不同接口类型的模块，以适应千变万化的网络需求。

而且，模块化交换机大都有很强的容错能力，支持交换模块的冗余备份，并且和经费综合考虑选择模块化或固定方式。

一般来说，企业级交换机应考虑其扩充性、兼容性和排错性，因此，应当选用模块化交换机；而骨干交换机和工作组交换机则由于任务较为单一，故可采用简单明了的固定交换机。

根据交换机工作的协议层划分

1．第二层交换机

第二层交换机是相对于OSI的第二协议层来定义的，因为它只能工作在OSI开放体系模型的第二层——数据链路层。

第二层交换机依赖于链路层中的信息（如MAC地址）完成不同端口间的数据交换，主要功能包括物理编址、错误校验、帧序列以及数据流控制，这是最原始的交换技术产品。

目前桌面型交换机一般都属于该类型，因为桌面型的交换机一般来说所承担的工作复杂性不是很强，又处于网络的最基层，所以也就只需要提供最基本的数据链接功能。

目前第二层交换机应用最为普通（主要是价格低，功能符合中、小企业的实际应用需求），一般应用于小型企业或中型以上企业网络的桌面层次。

2．第三层交换机

第三层交换机对应于OSI开放体系模型的第三层——网络层，也就是说这类交换机可以工作在网络层，它比第二层交换机更高档，功能更强。

第三层交换机因为工作于OSI模型的网络层，所以它具有路由功能，它将IP地址信息提供给网络供路径选择，并实现不同网段间的数据交换。

当网络规模较大时，可以根据特殊应用需要将其划分为小而独立的VLAN网段，以减小广播所造成的影响。

通常这类交换机采用模块化结构，以适应灵活配置的需要。

在大、中型网络中，第三层交换机已经成为基本的配置设备。

3．第四层交换机

第四层交换机是采用第四层交换技术开发出来的交换机产品，当然它工作于OSI模型的第四层——传输层，直接面对具体应用。

第四层交换机支持的协议是各种各样的，如HTTP、FTP、Telnet、SSL等。

在第四层交换中为每个供搜寻使用的服务器组设立虚IP地址（VIP），而不是真实的服务器地址。

当某用户申请应用时，一个带有目标服务器组的VIP连接请求（假如一个TCPSYN包）发给服务器交换机，交换机在组中选取最好的服务器，将终端地址中的VIP用实际服务器的IP取代，并将连接请求传给服务器。

这样，同一区间所有的包由服务器交换机进行映射，在用户和同一服务间进行传输。

第四层交换技术相对原来的第二层、第三层交换技术具有明显的优点，从操作方面来看，第四层交换是稳固的，因为它将包控制在从源端到目的端的区间中，另一方面，路由器或第三层交换只针对单一的包进行处理，不清楚上一个包人哪里来，也不知道下一个包的情况，它们只是检测包报头中的TCP端口数字，根据应用建立优先级队列，路由器根据链路和网络可用的节点决定包的路由，而第四层交换机则是在可用的服务器和性能基础上先确定区间。

目前，由于这种交换技术尚未真正成熟且价格昂贵，因此，第四层交换机在实际应用中还较少见。

1．5以太网交换机的发展趁势

（1）组播的支持

很多传统交换机转发数据时以广播的方式进行，随着目前组播业务的发展，交换机需要实现组播的按需转发。

同时相关的一些功能，比如IGMPSNOOP、IGMPPROXY等就必须要能够支持；同时，交换机为了能够支持IPTV开展之后的各种组网方案，可能还需要实现组播的跨VLAN复制。

（2）接口类型的转变

传统交换机以百兆接口为主，随着网络业务量的增加，接入型交换机需要具备多个100M以太网接口连接用户，需要具备2-4个千兆接口进行上联。

（3）用户与交换机端口的绑定支持

目前的接入大多使用PPPOE接入、或者DHCP分配IP地址的方式，那么为了防止用户名／密码扩散，交换机需要支持PPPOE+、DHCP+等增强功能。

2交换机的配置

以太网交换机的配置一直以来是非常神秘的，不仅对于一般初学者，对于大多数网管人员来说也是如此，同时也是衡量网管水平高低的一个生根标志。

这主要有两个原因，一是绝大多数企业所配置的交换机都是桌面型而非网管型的，根本不需要任何配置，纯属“傻瓜”型，与集线器一样，接上电源，插好网线就可以正常工作；另一方面，多数中、小企业对自己的网管员不是很放心，所以即使购买的交换机是网管型的，也不让自己的网管人员来配置，而请厂商工程师或者其他专业人员来配置，以至于没条件的读者非常渴望有条件学习，而有条件的读者没有好的机会自己亲手操作，所以这些中、小企业网管员也就很难有机会真正动手来配置一台交换机。

不过随着交换机的普及和价位的降低，网管型交换机再也没有那么神秘了，一般的读者通过学习都可以轻松掌握。

交换机的详细配置过程和具体的配置方法会因其型号和品牌的不同而不同，有简单的，也有复杂的，一般高端的交换机配置过程较复杂，也非常专业，大多为命令方式，如Casio、华为、Intel的交换机；对于低端的交换机一般配置比较简单，而且大我为基于Web方式设置，设置过程非常直观，而且也非常容易。

交换机的配置内容非常多，有VLAN配置、TRUNK设置、路由器设置等，但网管型交换机的配置方法主要有两种；一种是本地配置，另一种是远程网络配置，但是后一种配置方法一般只有在前一种配置成功后才可进。

2．1本地配置方式

2．1．1物理连接

因为笔记本电脑的便携性能，所以配置以太网交换机通常是采用笔记本电脑进行的，在实在无笔记本的情况下，也可以采用台式机，但移动起来麻烦些。

在网络规划好前提下，也可以将交换机移动到台式机旁进行设置，将交换机设置好了再将其安装到网络机柜中，交换机的本地配置方式是通过计算机与交换机的“Console”端口直接连接。

一般情况下网管型的交换机都有一个“Console”端口，它是专门用于对交换机进行配置和管理的端口。

通过Console端口将交换机和计算机连接起来并进行配置，是配置和管理交换机必须经过的步骤。

虽然除此之外还有其他若干配置和管理交换机的方式（如Web方式、Telnet方式等），但是，这些方式都必须对Console端口进行基本配置后才能进行。

因为其他方式往往需要借助于IP地址、域名或设备名称才可以实现，而新购买的交换机显然不可能内置有这些参数，所以通过Console端口连接并配置交换机是最常用、最基本也是网络管理员必须掌握的管理和配置方式。

不同类型的交换机Console端口所处的位置并不相同，有的位于前面板，而有的则位于后面板。

通常模块化交换机大多位于前面板，而固定配置交换机则大多位于后面板。

不过，一般不用担心找不到Console端口，在该端口的上方或侧方都会有类似“CONSOLE”字样的标识。

除位置不相同之外，Console端口的类型也有所不同，绝大多数都采用RJ-45端口，但也有少数采用DB-9串口端口或DB-25串口端口。

2．1．2软件配置

物理连接好后我们就可打开计算机和交换机电源进行软件配置了，对于第一次配置交换，进入配置的方法大致都一样，都是通过超级终端进入，步骤如下：

第1步：

将计算机与计算机正确连接，打开交换机与计算机的电源；

第2步：

计算机进入系统，检查计算机系统是否安装有“超级终端”组件，打开“超级终端”程序。

在使用超级终端建立与交换机的通讯之前，必须先对超级终端进行必要的设置。

第3步：

单击“文件”菜单下的“新建连接”。

第4步：

在“名称”文本框中键入需新建超级终端连接项的名称，这主要是为了便于识别，没有什么特殊要求，如果你想为这个连接项选择一个自己喜欢的图标的话，也可以在“图标”栏中选择一个，然后单击“确定”按钮。

第5步：

在“连接时使用”下拉列表框中选择与交换机相连的计算机的串口，单击“确定”按钮。

第6步：

在“第秒位数”下拉列表框中选择“9600”，这是串口的最高通信速率，其他各选项均采用默认值。

单击“确定”按钮，如果通信正常的话就会进入到交换机的主配置界面，并会在这个窗口中显示交换机的初始配置情况。

2．2交换机的基本配置

2．2．1交换机权限的配置

（1）使用命令介绍

用户登录后，其对命令的控制有一定的级别，共分为4个等级，最低级别为0，最高级别为3，默认值是3，即不指定用户