概述

本文将探讨交换机的概念以及交换机的基础配置，并以此引入对 VLAN 的讨论。

CSMA/CD

在CSMA/CD通信方式中，同一以太网段上的设备通常会监听网络介质，以确定是否可以发送数据或是否需要等待。在使用集线器的网络中，一次只能有一个设备发送数据，而在使用交换机的网络中，多个设备可以同时使用网络介质。

以太网通信

在以太网通信中，消息的传输方式有三种类型：

1. 单播（Unicast）
2. 多播（Multicast）
3. 广播（Broadcast）

单播（Unicast）

在单播通信中，帧通常是从一个节点发送到特定的目的地。在这种模式下，只有一个发送者和一个接收者。这意味着发送者、接收者以及中间的交换机必须互相了解。在现代局域网中，这是一种最常见的通信方式，尤其是在使用 HTTP、Telnet 等协议的互联网通信中。

多播（Multicast）

在多播通信中，发送者通常会将帧发送到以太网段上的一组节点。具体是否使用多播取决于所使用的协议。例如，在电话会议中，用户可能需要同时与其他三名用户通信。在这种情况下，会使用多播消息进行通信。

广播（Broadcast）

当用户节点需要某些信息但不知道谁拥有时，可以使用广播通信。在这种情况下，帧通常会发送到同一局域网中的所有设备。如果消息是为大范围受众传递的，广播通信也非常有用。

MAC 地址

在以太网中，使用的是物理地址（通常是 MAC 地址）。这种地址用于通信帧。当从网络层接收到数据包时，这些数据包会被封装为帧，其中包含源 MAC 地址和目的 MAC 地址等信息。

MAC 地址是以太网中使用的地址，由 48 位组成，并以十六进制数字表示。

IP 地址由网络部分和主机部分组成。同样，MAC 地址也分为两个部分：

1. 组织唯一标识符（OUI）
2. 厂商分配的设备编号

组织唯一标识符（OUI）：
OUI 是 MAC 地址的前 24 位，通常由 IEEE 分配给特定厂商。例如，在 CISCO 交换机中，OUI 通常为：0009.7C。

厂商分配的设备编号：
后 24 位是由厂商分配给特定设备的编号，用于唯一标识该设备的硬件。

整个 MAC 地址通常会被硬编码到设备硬件中，无法更改。

以太网中的双工设置

在以太网网络中，有两种操作模式决定通信是单向还是双向：

1. 半双工（Half Duplex）
2. 全双工（Full Duplex）

半双工（Half Duplex）

在这种通信中，数据传输是单向的。这意味着设备只能发送或接收帧，不能同时进行。在使用集线器的网络中，这种通信方式较为常见。它类似于使用对讲机，在这种情况下，你只能选择说话或听，但不能同时进行。在半双工通信中，发生冲突的可能性较高，因此使用 CSMA/CD 机制来减少冲突。

全双工（Full Duplex）

全双工通信允许数据双向流动，这意味着设备可以同时发送和接收帧。在现代交换机中，这种模式通常是默认的操作模式，冲突的可能性极低。

MAC 地址表

路由器的转发决策基于路由表中的信息。同样，交换机也有一个包含地址的数据库，称为 MAC 地址表，交换机根据它转发帧。

交换机转发帧时采取以下步骤：
1、交换机通过某个端口接收帧。
2、交换机检查是否已在 MAC 地址表中记录该帧的源端口。如果没有，则将源 MAC 地址添加到 MAC 地址表中。
3、交换机检查是否已在 MAC 地址表中记录该帧的目的端口。如果没有，则将该帧广播到所有端口（接收帧的端口除外）。
4、当目的节点回复时，交换机会将目的 MAC 地址添加到 MAC 地址表中，之后与该节点的通信将改为单播而非广播。

下图是 Mac 地址表的示例。

配置交换机

在本节中，我们将配置交换机的一些基本选项，包括：

• 主机名
• 横幅信息和密码
• 管理 IP 地址
• 双工设置
• 控制台线路和 VTY 线路
• 双工设置

本节将使用如下所示的拓扑结构进行配置。

在此拓扑中，我们有 1 台交换机和 2 台主机。我们将使用控制台线缆配置交换机。可以在 Packet Tracer 中创建此拓扑并按照以下步骤操作。

主机名、控制台和 VTY 线路、横幅信息及密码

在更现代化的交换机（如 CISCO 2960）上，使用的是 CISCO IOS，这与旧款交换机（如 Catalyst 系列）不同。因此，我们使用的大多数配置命令与之前配置路由器时的命令类似。

在 SWITCH_1 的命令行接口 (CLI) 上，我们需要进入全局配置模式以配置大多数选项。可以通过以下命令访问：

第一个命令可以进入特权模式，而第二个命令 “configure terminal” 则可以进入全局配置模式。

一旦进入全局配置模式，就可以开始配置主机名、控制台和 VTY 线路、横幅信息以及密码。

在全局配置模式下，我们需要首先将交换机的主机名从“switch”更改为“SWITCH_1”。
为此，我们输入以下命令：
hostname <SWITCH_HOSTNAME>

在本例中，命令如下所示：

执行此命令后，提示符将从 “switch(config)#” 更改为 “SWITCH_1(config)#”。

接下来，我们需要配置控制台线路和 5 条 Telnet 线路的选项，例如密码、执行超时时间和日志同步。以下命令用于将两条线路的密码设置为“cisco”，并将超时时间设置为 15 分钟：

命令 logging synchronous 可以防止在输入命令时屏幕上出现不必要的消息，从而避免打断正在输入的命令。

横幅（banner）是一条消息，当有人尝试访问交换机时会显示。在本例中，我们将使用 MOTD（Message of the Day）横幅，它可以通过以下命令进行配置：

井号符号（#）用于指示消息的开始和结束。在本例中，我们将使用消息 “WARNING. AUTHORIZED ACCESS ONLY!!!”，该消息可以通过在 SWITCH_1 上输入以下命令进行配置：

当我们配置路由器时，我们注意到通过 vty 线路远程访问路由器需要使用 IP 地址。在交换机中，我们需要配置 IP 地址、子网掩码和默认网关，与 PC 类似，IP 地址用于管理交换机。

默认情况下，CISCO 交换机使用 VLAN 1 作为管理 VLAN，但建议更改此设置，因为它可能成为一个安全漏洞。

为了通过管理接口管理交换机，我们需要创建一个管理 VLAN，并为其分配一个管理 IP 地址。在本例中，我们将使用 VLAN 99，并为其分配 IP 地址 192.168.99.1，这将允许通过 Telnet 线路远程管理交换机。

此外，我们还需要配置默认网关，以便交换机可以访问远程网络的流量。

在本例中，默认网关将为 192.168.1.1。

要配置管理接口，我们按照以下步骤进行操作：

注意：interface vlan 命令用于配置 SVI（交换虚拟接口）。

步骤 1：创建管理 VLAN 接口，即 VLAN 99，使用以下命令：

步骤 2：为接口分配 IP 地址和子网掩码，并使用 no shutdown 命令激活并使其可操作。

命令如下：

这样，VLAN 99 接口将被分配 IP 地址 192.168.99.1，子网掩码 255.255.255.0，并通过 no shutdown 命令激活，使其可以开始工作。

步骤 3：在交换机的一个接口上，我们需要将其与 VLAN 99 管理 VLAN 链接，这可以通过以下命令完成。

要配置默认网关，以便将目标为远程网络的流量转发，我们使用命令 ip default-gateway <ip address>。在本例中，我们将使用 192.168.1.1 作为默认网关，命令如下所示：

完成此配置后，网络上的所有设备应该能够互相通信，无需其他配置。

如下面 PC_A 的统计信息所示，成功地进行了对 PC_B 的 Ping 测试。

后续

第 1 部分到此结束。在第 2 部分中，我们将了解一些有关交换的概念并配置更多选项（例如端口安全），我们还将了解可在交换机上使用的各种验证和故障排除命令。