一、开关工作原理

1. 交换机的角色

连接多个以太网物理段，隔离冲突域

以太网帧以高速透明地交换和转发

请自行学习和维护MAC地址信息

交换机工作在第二层，可用于隔离冲突域。在OSI参考模型中，第二层的功能是寻址，即MAC地址，交换机转发MAC地址。在每个交换机中都有一个MAC地址表，由交换机自动学习，所以交换机的功能是寻址和转发。需要注意的是，寻址和转发都是MAC地址，需要与上周共享的路由器进行区分。路由器处理IP地址，而交换机处理MAC地址。

2. 开关特性

它主要工作在OSI模型的物理层和数据链路层

在以太网之间提供透明的桥接和交换

以太网数据帧通过链路层的MAC地址在端口之间转发

3.交换机MAC地址表转发过程：

MAC地址表初始化：

交换机启动时，MAC地址表中没有表项。上图中的交换机是刚启动时的MAC地址表。可以看出，没有入口。PC连接上后，交换机开始学习MAC地址，如下图所示：

MAC地址表学习过程(1)

PCA发布数据帧

交换机将PCA帧中的源地址MAC_A与接收帧的端口E1/0/1关联

交换机从除E1/0/1端口接收外的所有端口发送PCA帧。

MAC地址表学习过程(2)

当PCB、PCC和PCD发送数据帧时，交换机将接收帧中的源地址与相应的端口相关联。此时，学习交换机的MAC地址表，进行数据转发。

4. 交换机转发和过滤数据帧

转发单播帧：

PCA发送目的为PCD的单播数据帧

交换机根据帧中的目的地址从E1/0/4端口发送报文

交换机不会在其他端口转发此单播帧

转发广播、组播和未知单播帧；

交换机从所有其他端口(接收帧的端口除外)发送广播、组播和未知单播帧。

2. VLAN的基本原理

1. 广播风暴

0

2. 使用三层设备路由器隔离广播域

第2层的广播帧不跨越第3层。为了防止广播风暴，可以使用三层设备隔离广播域，缩小广播域范围。例如，使用路由器隔离广播域。路由器是三层设备，是数据转发的瓶颈。因此，可以使用vlan对广播域进行隔离。

3.VLAN隔离广播

二层交换机使用vlan (virtual local area network)隔离广播，缩小广播域。在这种情况下，vlan之间无法相互通信。假设PCA只向VLAN1发送广播帧，不向VLAN2发送广播帧。这样既限制了广播域的范围，又保证了VLAN2的安全性。

4. VLan的优点

有效控制广播域范围

增强局域网安全

灵活构建虚拟工作组

5. VLAN分类(VLAN划分方法)

出口VLAN:

基于端口的VLAN划分是最常用的VLAN划分方法。一个或多个端口属于一个VLAN，端口下的用户属于该VLAN。假设E1/0/1和E1/0/2属于VLAN10, E1/0/3和E1/0/4属于VLAN20，那么PCA和PCB都属于VLAN10，可以相互通信，PCC和PCD属于VLAN20，可以相互通信。

这种方法的优点是易于配置。在交换机上只需要将相应的端口加入相应的VLAN即可。缺点是在交换机上修改端口会导致VLAN ID发生变化。

基于MAC地址的VLAN:

划分vlan时，根据MAC地址进行划分。例如，将PCA和PCB的MAC地址划分为vlan10，则PCA和PCB都属于vlan10。PCC和PCD也是如此。

这种分区方法的优点是它不受用户空闲地理位置的限制。PCA用户无论连接哪个接口，都属于VLAN10。缺点是配置比基于端口的分区方法更复杂。

协议为基础的VLAN:

这种方法使用不同的协议来创建同一个VLAN。例如，PCA和PCB都使用IP协议，且属于VLAN10。这同样适用于PCC和PCD。

这种分区方法的优点是它不受物理位置的影响。无论PCA连接在交换机的哪个接口上，都属于VLAN10。缺点是PC可以运行的协议不多，而且vlan的数量也有限制。

Subnet-based VLAN:

例如，10.0.0.0/24属于VLAN10, 20.0.0.0/24属于vlan20。

基于端口的VLAN分区是配置上述四种分区方法最常用和最方便的方式。下面的实验示例也使用了基于端口的VLAN划分方法。

6. Vlan技术原理

VLAN标记：

交换机通过VLAN标签识别不同VLAN的以太网帧。例如，PCA发送目的地址为PCB的数据帧。当它到达交换机时，交换机将其标记为VLAN 10，然后根据VLAN表从PCB的端口转发给PCB。介绍VLAN标签的使用方法。

802.1Q帧格式：

我们知道PC发送的数据是不带VLAN标签的，所以在打印VLAN ID标签的时候，其实是在数据进入交换机端口的时候打印的。在源地址SA和标准以太网帧的Type类型之间添加Tag。标签中包含VLAN ID。VLAN范围为4096。

单交换机VLAN标签操作：

如上所述，PC发送的数据不带VLAN标签。因此，在数据进入交换机之前，会给数据打上vlan标签。由于PC发送的数据不带VLAN标签，因此交换机必须在数据帧退出交换机之前，将数据帧的VLAN标签剥离并转发给相应的PC。

例如：PC发送一个标准以太网帧，其中包含PCA的源地址和PCC的目的地址。到达交换机端口后，交换机对VLAN10帧进行标签处理，并根据vlan表从PCC所在端口转发该帧。同时，剥离VLAN10框架。换句话说，当数据帧到达PCC时，它仍然是一个没有VLAN标签的标准以太网帧。多氯联苯和多氯联苯也是如此。

接入链路类型端口：

VLAN有三种链路类型：Access链路和trunk链路。链路类型说明如下。第一种类型是Access链路类型。这种链路类型只允许缺省VLAN通过，并且只接收和发送一个VLAN的数据帧。

因此，access link类型一般适用于连接用户设备，即交换机直接与PC相连，使用access link。

跨交换机VLAN标签操作：

如上所述，vlan标签是在进入交换机时添加的，在离开交换机时剥离的，因此在上述拓扑中，PCA先向PCC发送目的地址的数据帧，再向SWA发送目的地址的数据帧，SWA标记VLAN10，然后从E1/0/24剥离标签并转发。到达SWB后，标记vlan10，从E1/0/1转发到PCC，属于正常的数据帧转发。但是，如前所述，Access链路类型只支持一个数据帧通过，因此如果PCB同时从VLAN20发送另一个数据帧，则无法转发。因此，采用中继链路类型。

Trunk链路端口：

Trunk链路类型允许通过多个vlan，可以接收和发送多个vlan的数据帧。缺省VLAN (PVID)的以太网帧没有标记。

因此，中继链路是普通用户交换机之间的连接。

3.配置VLAN

1. VLAN配置基本配置：

创建VLAN并进入VLAN视图

vlan vlan-id

将指定端口加入当前vlan

switchport interface interface-list

配置端口的链路类型为trunk

switchport mode trunk

允许指定vlan通过当前trunk端口

switchport trunk allowed vlan {all|vlan-id

配置trunk端口的缺省vlan

switchport trunk native vlan vlan-id

2. VLAN拓扑：