如今网络应用越来越广泛，作为局域网的主要连接设备，交换机在网络中发挥了越来越大的纽带作用。交换机实现了用户与计算机的相连，完成了各个计算机之间的数据交换。
本项目要让大家了解交换机的主要分类与性能特点，并通过多个模块的实际练习让大家掌握交换网络的组建与配置管理方法。
一、教学目标
最终目标：掌握交换机的基本使用。
促成目标：
1.掌握交换网络的连接方法；
2.掌握IOS的基本命令的使用；
3.掌握交换机常用命令的配置方法；
4.养成良好的操作习惯。
二、工作任务
1.了解交换机工作原理及作用；
2.选择合适的交换机并组建网络；
3.配置PC机IP地址，测试网络连通性；
4.进入控制台熟悉交换机IOS；
5.配置常见交换机的配置命令；
6.测试网络性能。
模块1 组建小型交换网络
一、教学目标
最终目标：掌握交换机的基本使用理论及模拟器的使用，能识别不同类型交换机并连接真实交换网络。
促成目标：
1.掌握PC机IP地址的配置方法；
2.掌握PC机的测试方法；
3.能通过分析现象理解交换机工作原理；
4.熟悉不同类型交换机区别；
5.熟练交换网络的连接与测试方法；
6.养成良好的操作规范。
二、工作任务
利用模拟器选择合适的交换机，选择PC机绘制交换网络，为PC配置IP地址观察数据包传送情况，通过网络通断情况了解交换机工作原理及作用；识别不同类型交换机，制作网线若干，连接成网络；配置PC机IP地址，测试网络连通性，分析网络变化。
三、相关知识点
(一)以太网技术
以太网由共享传输媒体，如双绞线电缆或同轴电缆或多端口集线器、网桥或交换机构成。在星型或总线型配置结构中，集线器、交换机、网桥通过线缆使得计算机、打印机和工作站彼此之间相互连接。
以太网是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准，组建于七十年代早期。最初的以太网是由Digital、Intel和Xeroｘ(简称为DIX)三家公司在二十世纪八十年代早期开发的并共同制订的局域网技术标准，目前的版本称为EthernetII。IEEE(Institute of Electricaland Electronics Engineers，电气与电子工程师协会)根据以太网技术制订了IEEE802.3的以太网标准。在以太网中，所有计算机被连接在一条线缆上，采用具有的载波监听多路访问/冲突检测(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection，CSMA/CD)方法，使用竞争机制和总线拓扑结构。
一般意义上认为传输速率为10Mbps的以太网称为传统以太网，而传输速率为100Mbps甚至更高的以太网称为快速以太网。1993年10月，GrandJunction公司推出了世界上第一台快速以太网集线器Fast Switch10/100和网卡FastNIC100，随后Intel、SynOptics、3COM、Bay项目七 组建小型交换网络--配置交换机悙157Networks等公司亦相继推出自己的快速以太网装置，与此同时，IEEE802工程组亦对100Mbps以太网(如100BaseTX、100BaseT4、MII、中继器、全双工等)标准进行了研究。1995年3月IEEE宣布了IEEE802.3u规范，开始了快速以太网的时代。
在快速以太网中，可以完成站点到站点、交换机到交换机、站点到交换机之间的全双工自动协商方式的连接，这样允许站点或交换机以全双工或半双工模式进行更快速高效地数据传输。目前快速以太网技术的发展已从目前的10Mbps、100Mbps发展到了1Gbps、10Gbps，甚至更快。
(二)局域网交换机
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、网络打印机等网络设备，提供高速独立通信通道。局域网交换机具有MAC地址的学习功能，通过在数据帧的发送者和接收者之间建立端到端的交换路径，使数据帧能够更快速地从源主机到达目的主机。交换机通过利用专用集成电路(Application Specific Integrated Cir-cuit，ASIC)以硬件的方式交换数据帧。ASIC只用来执行特定的任务，所以交换机比网桥的处理能力和速度上具有更高的性能。交换机具有学习功能、转发功能、清除环路三个主要功能。下面分几个方面介绍交换机。
1.交换机的分类
在局域网交换机中又可以划分为多种不同类型的交换机。
(1)根据应用领域划分
根据应用领域，我们可以将交换机划分为企业级交换机、工作组级交换机和桌面型交换机三种。
①企业级交换机
企业级交换机属于一类高端交换机，一般认为支持500个信息点以上的大型企业的交换机为企业级交换机。它一般采用模块化的结构，可作为企业网络骨干构建高速局域网，所以它通常用于企业网络的最顶层。
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较高的传输速率。
②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，一般认为支持300个信息点以下的中型企业的交换机为部门级交换机。这类交换机可以是固定配置，也可以是模块配置。支持网络管理的功能。
③工作组交换机
工作组级交换机是面向工作环境网络使用的交换机，配有一定数目的10Base-T或100Base-TX以太网口。它一般是固定配置。有一定网络管理功能，可通过PC机的控制口或经过网络对交换机进行配置、监控和测试。
④桌面型交换机
桌面型交换机，这是最常见的一种最低档交换机，它区别于其他交换机的一个特点是支持的每端口MAC地址很少，通常端口数也较少(一般小于12口)，只具备最基本的交换机特性，当然价格也是最便宜的。
这类交换机主要应用于小型企业或中型以上企业办公桌面。在传输速度上，目前桌面型交换机大都提供多个具有10/100Mbps自适应能力的端口。
(2)根据交换机的结构划分
如果按交换机的端口结构来分，交换机大致可分为：固定端口交换机和模块化交换机两种不同的结构。
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，如果出厂时是8端口的，就只能有8个端口，再不能添加。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。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。一般来说，企业级交换机应考虑其扩充性，应当选用机箱式交换机；而工作组级交换机和桌面型交换机则由于任务较为单一，可采用固定式交换机。如图7-1所示的就是模块化交换机。
(3)根据交换机工作的层次划分
随着交换技术的发展，交换机由原来工作在OSI/RM的第二层，发展到现在有可以工作在第四层的交换机出现，所以根据工作的层次交换机可分二层交换机、三层交换机等类型。
一般目前桌面型交换机和工作组级交换机属于二层交换机类型；部门级交换机往往是三层交换机。在大中型网络中，三层交换机已经成为基本配置设备。
(4)根据是否支持网管功能划分
交换机分为可网管交换机和不可网管交换机。可网管是指通过管理端口执行监控交换机端口、划分VLAN、设置Trunk端口等管理功能。从交换机的外观上可以分辨得出来一台交换机是否是可网管交换机。可网管交换机的正面或背面一般有一个控制口(console)，通过控制线缆可以把交换机和计算机连接起来，这样便于设置。而不可网管的交换机是不能被管理的。
可网管交换机可以通过以下几种途径进行管理：通过控制口管理、通过网络浏览器管理和通过网络管理软件管理。
①通过控制口管理
可网管交换机附带了一条串口电缆，供交换机管理使用。先把串口电缆的一端插在交换机背面的串口里，另一端插在普通电脑的串口里。然后接通交换机和电脑电源。在Win-dows98和Windows2000里都提供了“超级终端”程序。打开“超级终端”，在设定好连接参数后，就可以通过串口电缆与交换机交互了。这种方式并不占用交换机的带宽，因此称为“带外管理”(Outofband)。
②通过Web管理
可网管交换机可以通过Web(网络浏览器)管理，但是必须给交换机指定一个IP地址。
这个IP地址除了供管理交换机使用之外，并没有其他用途。在默认状态下，交换机没有IP地址，必须通过串口或其他方式指定一个IP地址之后，才能启用这种管理方式。
使用网络浏览器管理交换机时，交换机相当于一台Web服务器，只是网页并不储存在硬盘里面，而是在交换机的NVRAM里面，通过程序可以把NVRAM里面的Web程序升级。
当管理员在浏览器中输入交换机的IP地址时，交换机就像一台服务器一样把网页传递给电脑，此时给你的感觉就像在访问一个网站一样。这种方式占用交换机的带宽，因此称为“带内管理”(Inband)。
③通过网管软件管理
可网管交换机均遵循SNMP协议(简单网络管理协议)，SNMP协议是一整套的符合国际标准的网络设备管理规范。凡是遵循SNMP协议的设备，均可以通过网管软件来管理。
你只需要在一台网管工作站上安装一套SNMP网络管理软件，通过局域网就可以很方便地管理网络上的交换机、路由器、服务器等。它也是一种带内管理方式。
本书重点介绍可网管的交换机，主要以思科Catalyst系列工作组级别的交换机为学习对象。
2.交换机的交换方式
交换机可以支持三种交换方式：存储转发交换、直通交换、碎片隔离。
(1)存储转发(Store-and-Forward)
存储转发交换是最基本的交换方式。第二层设备必须将完整的帧接收到端口的缓存(buffer)中，并做循环冗余校验(Cyclic Redundancy Check，CRC)计算CRC值，并与帧中所包含的值相比较(compare)。如果相同，则表明这个帧是完好的，设备可以开始处理这个帧，包括将这个帧从恰当的目的端口(destinationport)转发出去。如果不同，设备将丢弃(drop)该帧。网桥只支持存储转发的交换方式，所有的交换机都支持存储转发。
(2)直通交换(Cut-Through)
某些如1900系列的交换机，支持(support)直通转发交换。交换机在做出交换决策(switching decision)之前，只读取帧的第一部分(firstpart)。一旦交换机读取了目的MAC地址(destination MA Caddress)，包括8字节的前导符(preamble)和6字节的MAC地址，它就开始转发帧。与存储转发相比，直通转发的优点(advantage)是速度快，缺点(biggestprob-lem)是交换机可能转发已损坏的帧。
(3)碎片隔离(Fragment-Free)
1900系列交换机的默认交换方式(def aul tswit chingm eth od)是碎片隔离交换。碎片隔离交换是直通转发交换的改进形式。直通转发交换在做出交换决策(switch in gdecision)之前，读取帧的目的MAC地址字段，而碎片隔离交换在转发一个帧之前，能够确保帧至少是64字节，64字节是以太网帧的最小合法值(minim umle galsize)。
3.交换机的功能
交换机具备学习、转发和清除环路三个网络功能：
①学习(learning)：网桥和交换机学习什么设备连接哪个端口上；
②转发(forward)：网桥和交换机根据目标MAC地址智能地(intel ligently)将数据帧转发到指定的接收端口；
③清除第二层环路(remove layer-2loops)：网桥和交换机利用生成树协议清除网络中的环路。
