第2章 交换机与路由器(2-1)
交换机和路由器的工作过程
交换机和路由器的工作过程
交换机的工作过程是根据MAC地址将数据帧从一个端口转发
到另一个端口。
当一个数据帧到达交换机时，交换机会检查它的目标MAC地址，并查找交换表以确定目标MAC地址所对
应的端口。
如果目标MAC地址的记录存在于交换表中，交换
机会通过相应的端口将数据帧发送出去；如果记录不存在，交换机会广播该数据帧到所有端口（除了输入端口），以便学习到目标MAC地址的位置，并更新交换表。
路由器的工作过程是根据网络层的IP地址，将数据包从一个
网络转发到另一个网络。
当一个数据包到达路由器时，路由器会检查它的目标IP地址，并查找路由表以确定下一跳的地址。
路由表通常包含了一系列目标网络及其相应的下一跳地址。
路由器会根据最长匹配原则，找到与目标IP地址最匹配的路由
表项，并将数据包转发到相应的下一跳地址。
总结起来，交换机是根据MAC地址将数据帧从一个端口转发
到另一个端口，而路由器是根据IP地址将数据包从一个网络
转发到另一个网络。
交换机工作在数据链路层，而路由器工作在网络层。
(2021年整理)《网络设备配置与管理》课程教学大纲
《网络设备配置与管理》课程教学大纲(推荐完整)编辑整理：尊敬的读者朋友们：这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（《网络设备配置与管理》课程教学大纲(推荐完整)）的内容能够给您的工作和学习带来便利。
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课程标准交换机路由器配置与管理
课程标准交换机路由器配置与管理课程标准-交换机路由器配置与管理一、导言在计算机网络领域，交换机和路由器是两个非常重要的设备。
它们的配置和管理对于网络的正常运行至关重要。
本文将重点介绍交换机和路由器的配置和管理方法，以及相关的课程标准。
二、交换机配置1. 交换机基本配置交换机的基本配置包括设置主机名、管理IP地址、登录密码等。
在配置过程中，应注意合理的命名规范，并确保登录密码的安全性。
2. VLAN配置虚拟局域网（VLAN）的配置可以根据网络的需求进行划分，实现不同VLAN之间的隔离和通信。
配置VLAN时，需设定VLAN ID、VLAN名称以及端口的成员关系。
3. 端口配置交换机的端口配置包括速率设置、双工模式、端口模式等。
根据连接设备的特性，合理配置交换机端口可以提供更稳定和高效的网络服务。
4. STP配置生成树协议（STP）的配置可以防止网络中的环路，保证网络拓扑的完整性。
在配置STP时，需设定根桥、优先级和端口开销等参数。
三、路由器配置1. 路由器基本配置路由器的基本配置包括设置主机名、管理IP地址、登录密码等。
为保证网络的安全性，登录密码应定期修改，并采取加密手段进行保护。
2. 接口配置路由器的接口配置包括设置物理接口、配置IP地址、启用接口等。
根据网络规模和需求，配置合理的IP地址和子网掩码，并设置静态路由或动态路由等。
3. 路由协议配置路由器的路由协议配置决定了路由器之间的路由选择方法。
常见的路由协议包括RIP、OSPF和BGP等。
根据网络的特点和需求，选择合适的路由协议进行配置。
4. NAT配置网络地址转换（NAT）的配置可以将私有IP地址转换成公有IP地址，实现内部网络和外部网络的通信。
在配置NAT时，需设定内外网接口、访问控制列表等。
四、相关课程标准1. 国家教育部课程标准根据我国国家教育部的相关课程标准，计算机网络专业的学生应具备掌握交换机和路由器的配置和管理技能的能力要求。
教学内容应包括交换机和路由器的基本概念、配置方法和故障排除等方面的知识。
交换机和路由器工作原理
交换机和路由器工作原理交换机和路由器是计算机网络中常用的两种设备，它们在网络通信中起着重要作用。
本文将分别介绍交换机和路由器的工作原理。
一、交换机的工作原理交换机是一种用于局域网的设备，它通过MAC地址进行数据包的转发。
当一台计算机发送数据包时，交换机会根据数据包中的目标MAC地址，将数据包转发到目标MAC地址所对应的端口上。
交换机在转发数据包时，会记录下源MAC地址与对应的端口，以便下次转发时能够快速找到目标端口。
交换机的工作原理可以分为两个阶段：学习阶段和转发阶段。
1. 学习阶段：当交换机收到一个数据包时，它会提取出数据包中的源MAC地址，并将该地址与接收到数据包的端口绑定起来。
如果交换机之前没有接收过该源MAC地址，则会将该地址与接收到数据包的端口绑定起来。
通过这种方式，交换机逐渐学习到网络中各个设备的MAC地址与端口的对应关系。
2. 转发阶段：当交换机收到一个数据包时，它会查找数据包中的目标MAC地址所对应的端口，并将数据包转发到该端口上。
如果交换机之前没有接收到过目标MAC地址，则会将数据包广播到所有端口上。
当目标设备回复数据包时，交换机会将源MAC地址与对应端口的绑定关系更新。
这样，交换机在转发数据包时就能够根据学习到的MAC地址与端口的对应关系，快速找到目标端口，实现数据包的高效转发。
二、路由器的工作原理路由器是一种用于连接不同网络的设备，它通过IP地址进行数据包的转发。
当一台计算机发送数据包时，路由器会根据数据包中的目标IP地址，将数据包转发到目标IP地址所在的网络。
路由器的工作原理可以分为三个阶段：接收阶段、转发阶段和发送阶段。
1. 接收阶段：当路由器接收到一个数据包时，它会提取出数据包中的目标IP地址，并查找路由表来确定数据包的下一跳。
路由表是路由器内部存储的一张表格，记录了各个网络的IP地址和对应的下一跳。
通过查找路由表，路由器可以确定数据包的下一跳地址。
2. 转发阶段：在转发阶段，路由器根据路由表确定数据包的下一跳地址，并将数据包转发到相应的接口上。
交换机与路由器及其基本配置
交换机与路由器及其基本配置交换机与路由器基本配置⒈介绍交换机（Switch）和路由器（Router）是计算机网络中常见的设备，它们在网络中起着不同的作用。
本文将详细介绍交换机和路由器的基本配置方法。
⒉交换机的基本配置⑴硬件连接首先，将交换机与计算机网络中的其他设备进行适当的物理连接。
确保交换机的电源连接正常，并将计算机、服务器、打印机等设备连接到交换机的相应端口上。
⑵ VLAN配置若需要将网络拆分为多个虚拟局域网（VLAN），则需要进行VLAN的配置。
打开交换机的管理界面，创建所需的VLAN，并将相应的端口分配给各个VLAN。
⑶端口安全配置为了增强网络安全性，可以配置交换机的端口安全功能。
可以限制每个端口的MAC地质数量、启用端口的安全认证、配置远程管理接口等。
⑷交换机端口镜像如果需要监控网络流量或进行网络故障排查，可以配置交换机的端口镜像功能。
通过指定源端口和目标端口，将原始端口的所有流量复制到目标端口，以便进行分析和监控。
⒊路由器的基本配置⑴硬件连接将路由器与交换机或其他网络设备进行适当的物理连接。
确保路由器的电源连接正常，并将网络中的设备连接到路由器的相应端口上。
⑵ IP地质配置为路由器的每个接口配置IP地质。
根据网络拓扑和需求，分配正确的IP地质和子网掩码，并确保每个接口的IP地质不冲突。
⑶静态路由配置若需要手动指定路由表中的路由项，可以配置静态路由。
通过添加路由项，将目的网络与下一跳路由器关联起来，以便数据包能够正确地转发。
⑷动态路由配置如果网络规模较大或需要自动学习和更新路由表，可以配置动态路由协议，如OSPF或BGP。
路由器将通过与其他路由器交换信息来自动学习和更新路由表。
⒋附件本文档附带以下附件：附件1：交换机配置示例截图附件2：路由器配置示例截图⒌法律名词及注释⑴ VLAN（Virtual Local Area Network）：虚拟局域网，通过交换机将网络拆分为多个逻辑上隔离的局域网。
交换机与路由器的原理
交换机（Switch）的原理：
1.MAC地址学习：交换机通过监听网络中的数据包，学习每个设备的MAC地址与其所在的接口之间的对应关系，并建立一个MAC 地址表。
2.数据转发：当交换机接收到数据包时，它会查找目标MAC地址表，并将数据包仅转发到与目标MAC地址相关的接口，从而实现局域网内部的快速数据传输。
3.广播和组播：当交换机接收到广播或组播数据包时，它会将数据包转发到所有的接口，使得广播或组播可以在整个局域网内传播。
路由器（Router）的原理：
1.IP地址转发：路由器通过学习网络拓扑和配置路由表来确定不同网络之间的最佳路径。
它使用IP地址来转发数据包。
2.路由选择协议：路由器使用路由选择协议（如OSPF、BGP等）来交换路由信息，更新路由表，并选择最佳的路径来转发数据包。
3.数据包转发：当路由器接收到数据包时，它会检查目标IP地址，并根据路由表确定下一跳的路径，然后将数据包转发到相应的接口。
总结：交换机主要用于在局域网内部实现快速数据传输，它基于MAC地址进行数据转发；而路由器主要用于在不同网络之间实现数据的转发和路由选择，它基于IP地址进行数据转发。
交换机在局域网内部提供高速、低延迟的数据传输，而路由器在整个网络中起到连接不同子网的作用，实现网络的互通。
路由与交换知识点总结
路由与交换知识点总结一、路由基础知识1.1 路由的概念路由是将数据包从源地址传输到目的地址的过程。
路由器是一种可以通过网络传输和转发数据包的设备。
路由器根据规则从一个网络到另一个网络传输数据包，这些规则可以是基于多种因素，如最短路径、最低成本或者其他由网络管理员设定的规则。
1.2 路由的作用路由的作用是建立网络之间的连接，实现不同网络之间的通信。
通过路由器，数据包可以在不同的网络之间传输和转发，实现全网的通信。
1.3 路由器的工作原理路由器通过查找路由表，根据数据包的目的地址确定传输路径。
路由器会根据目的地址选择最佳路径，并将数据包转发到下一个路由器或者最终目的地。
这一过程涉及路由协议、数据包封装、解封装等多个步骤。
1.4 路由表路由表是路由器用于决定数据包传输路径的重要依据，路由表记录了目的网络的地址和下一跳地址。
当路由器接收到数据包时，会根据路由表来进行转发决策。
1.5 路由协议路由协议是路由器之间进行路由信息交换和学习的规定。
常见的路由协议有静态路由、动态路由等。
静态路由是由网络管理员手动配置的路由信息，而动态路由则是路由器之间通过路由协议自动学习和更新路由信息。
1.6 路由器的分类路由器根据其作用范围和用途可以分为边界路由器、核心路由器、分布式路由器等。
边界路由器主要用于连接不同网络之间的数据传输，核心路由器则用于承载大量数据流量的高速转发，分布式路由器则用于连接不同子网的数据传输。
二、交换基础知识2.1 交换技术的概念交换技术是指通过交换设备实现不同设备之间的通信和数据传输。
交换技术主要包括数据交换、交换机、交换网络等。
2.2 数据交换数据交换是计算机网络中的一种重要技术，通过交换设备将数据从源地址传输到目的地址。
数据交换可以包括电路交换、分组交换等多种形式。
2.3 交换机交换机是一种用于交换网络数据包的设备。
交换机可以根据MAC地址和端口信息来实现数据包的转发和分发，是局域网中重要的数据交换设备。
《网络设备配置与管理》课程教学大纲讲课教案
《网络设备配置与管理》课程教学大纲《网络设备配置与管理》课程教学大纲课程名称：网络设备的配置与管理课程编码：1103042108学分及学时：2学分 36学时（其中理论学时18学时）适用专业：计算机网络技术开课学期：第三学期开课部门：物联网工程学院先修课程：计算机网络技术、局域网组建考核要求：考试使用教材及主要参考书：《交换机/路由器的配置与管理》冯昊、黄治虎，清华大学出版社《CCNA自学指南—Cisco网络设备互连》（第二版），李祥瑞编，人民邮电出版社一、课程性质和任务《网络设备配置与管理》课程是计算机网络技术专业必修的专业课。
旨在让学生了解常用网络设备的概念,工作原理及工作方式、技术指标和参数，所遵循的网络标准，在网络层中所使用的协议，以及智能型网络设备的管理和无线网络设备的使用。
主要任务是通过学习能够使学生在已有的计算机网络知识的基础上，使学生对计算机网络设备从整体上有一个较清晰的全面、系统的了解，对当前计算机网络设备的主要种类和常用的网络协议有较清晰的概念，掌握如何使用配置网卡、网线、集线器、交换机、路由器和防火墙。
二、教学目的和要求本课程系统而全面地介绍组建局域网和搭建广域网的硬件设备，重点介绍交换机、路由器和防火墙。
本课程还介绍了一些知名网络设备厂家及产品的性能特征。
教学形式采用教学与启发并行，在教学中注重本书知识教学的同时，要适时引入新的教学内容，以适应计算机网络飞速发展的需要，注重培养分析和解决问题的实际应用能力。
考核方法：期终考试占 50％，实验成绩 30％，平时成绩和作业占 20％。
五、教学内容（一）设计交换式局域网1、教学基本内容：局域网技术简介、交换机的分类与性能指标、设计交换式园区网络、交换机/路由器模拟器的使用。
2、教学基本要求：了解计算机网络的定义和功能；理解计算机网络的常用分类；掌握网络的拓扑结构。
3、教学重点难点：网络的常用分类、拓扑结构。
4、教学建议：建议学生多复习计算机网络的常用基础知识。
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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。
2.1.3 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。
2.1.1 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。
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。
2.1.1 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。
2.1.3 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。
2.1.5 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
2.1.5 交换机的连接方式
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
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。
2.1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。
2.1.5 交换机的连接方式
堆叠
只有支持堆叠的交换机之间 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，并插入不同 的交换机实现交换机的堆叠。
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 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
2.1.5 交换机的连接方式
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。
2.1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。
2.1.4 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。