第 2 章内容回顾

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第 2 章内容回顾第 2 章内容回顾

STP 作用STP 的工作原理

STP 如何通过计算选择出被阻塞的端口 STP 的端口有哪些状态 STP 的计时器

PVST 与 CST 的区别PVST 的配置

Version 2.0

三层交换三层交换三层交换三层交换

第第 33 章章第第 33 章章

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本章目标本章目标

能够配置 Cisco 的三层交换机，使不同 VLAN 的主机能够互相通信理解三层交换机的工作原理

能够在 Cisco 的三层交换机上配置 DHCP 中继简单了解 DHCP 的工作原理理解广播只能在 VLAN 内部扩散的原理

能够在 Cisco 的三层交换机上配置路由接口，使交换机与路由器之间互通

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本章结构本章结构

三层交换三层交换

集中式和分布式交换集中式和分布式交换

基于 CEF 的 MLS基于 CEF 的 MLS

传统的 MLS传统的 MLS

VLAN 之间的通信VLAN 之间的通信

三层交换的配置三层交换的配置

三层交换的工作原理三层交换的工作原理

单臂路由的弱点单臂路由的弱点

三层交换的优势三层交换的优势

DHCP 中继的配置DHCP 中继的配置


点到点路由接口的配置点到点路由接口的配置

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单臂路由实现 VLAN 之间通信单臂路由实现 VLAN 之间通信

VLAN 1 VLAN 2

VLAN 之间的通信需要路由器来完成

10.0.0.0/810.0.0.0/8 20.0.0.0/820.0.0.0/8

f0/0f0/0

Router(config)#interface fastEthernet 0/0Router(config-if)#no shutdownRouter(config-if)#exit

Router(config)#interface fastEthernet 0/0.1Router(config-subif)#encapsulation dot1q 1Router(config-subif)#ip address 10.1.1.1 255.0.0.0Router(config-subif)#exit

Router(config)#interface fastEthernet 0/0.2Router(config-subif)#encapsulation dot1q 2Router(config-subif)#ip address 20.1.1.1 255.0.0.0Router(config-subif)#end

Router(config)#interface fastEthernet 0/0Router(config-if)#no shutdownRouter(config-if)#exit

Router(config)#interface fastEthernet 0/0.1Router(config-subif)#encapsulation dot1q 1Router(config-subif)#ip address 10.1.1.1 255.0.0.0Router(config-subif)#exit

Router(config)#interface fastEthernet 0/0.2Router(config-subif)#encapsulation dot1q 2Router(config-subif)#ip address 20.1.1.1 255.0.0.0Router(config-subif)#end

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单臂路由产生的瓶颈单臂路由产生的瓶颈

数据量增大，路由器与交换机之间的路径会成为整个网络的瓶颈

VLAN 1 VLAN 2

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三层交换解决瓶颈问题三层交换解决瓶颈问题

三层交换＝二层交换＋三层转发

三层交换机采用硬件完成数据包的交换，保证线速转发。如何实现？

三层交换机采用硬件完成数据包的交换，保证线速转发。如何实现？

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以太帧头以太帧头 IP 包头IP 包头数据数据 CRCCRC

传统的 MLS 2-1传统的 MLS 2-1

3 层转发过程中要重新封装 2 层，在三层交换机上，由第 3 层引擎处理数据流的第一个包

VLAN 1 VLAN 2

以太帧头以太帧头 IP 包头IP 包头数据数据 CRCCRC

以太帧头以太帧头 CRCCRC

以太帧头以太帧头 IP 包头IP 包头数据数据

CRCCRC

ARP 请求与响应

ARP 请求与响应

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传统的 MLS 2-2传统的 MLS 2-2

交换 ASIC 从 3 层引擎中获悉 2 层重写信息，在硬件中创建一个 MLS 条目，负责重写和转发数据流中的后续数据包

VLAN 1 VLAN 2

以太帧头以太帧头 IP 包头IP 包头数据数据 CRCCRC 以太帧头以太帧头 CRCCRCIP 包头IP 包头数据数据以太帧头以太帧头 IP 包头IP 包头数据数据 CRCCRC以太帧头以太帧头 CRCCRC

以太帧头以太帧头 IP 包头IP 包头数据数据

CRCCRC一次路由，多次交换一次路由，多次交换

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基于 CEF 的 MLS 3-1基于 CEF 的 MLS 3-1

CEF 是一种基于拓扑的转发模型 FIB （转发信息库）－基于 IP 目标前缀的转发决策邻接关系表－存储 2 层编址信息与路由表一一对应，是

路由表的一个镜像。路由表更新时， FIB 随之变化

与路由表一一对应，是路由表的一个镜像。路由表更新时， FIB 随之变化

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10.10.10.2/32 VLAN 1

10.20.20.2/32 VLAN 2

主机 A10.10.10.2/24

0006.1be3.9366

主机 B10.20.20.2/24

000c.295e.1743

00061BE393660016C72E9700

000C295E17430016C72E9700

邻接关系表FIB 表

①主机 A 给 B 发送单播数据包


0016.c72e.9700

②交换机查找邻接关系表②交换机查找邻接关系表

③转发③转发

Vlan 1 Vlan 2

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主机 A10.10.10.2/24

0006.1be3.9366

0016.c72e.9700 0016.c72e.b380

10.20.20.2/24

主机 B10.30.30.2/24

000c.295e.1743

10.20.20.2/32 attached f0/24

10.30.30.0/24 Nexthop:10.20.20.2

0016C72EB3800016C72E9700

邻接关系表FIB 表



③查找下一跳地址对应的邻接关系的 2 层封装信息

③查找下一跳地址对应的邻接关系的 2 层封装信息

②交换机查找FIB 表，找到下一跳地址

②交换机查找FIB 表，找到下一跳地址

f0/24f0/24

④转发④转发

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集中式与分布式交换集中式与分布式交换

基于 CEF 的 Catalyst 交换机在 3 层支持两种硬件交换方法集中式交换分布式交换

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集中式交换集中式交换

在一个专用 ASIC 上作出转发决策

交换矩阵交换矩阵

转发引擎转发引擎

传统的 MLS 只支持集中式交换传统的 MLS 只支持集中式交换

入站接口入站接口

出站接口出站接口

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分布式交换分布式交换

每个模块上都有 ASIC 芯片，接口或模块独立作出转发决策－处理能力强

交换矩阵交换矩阵

主转发引擎主转发引擎







转发引擎转发引擎入站接口入站接口

出站接口出站接口

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阶段总结阶段总结

三层交换机产生的原因三层交换机能够快速转发的原理

传统的 MLS基于 CEF 的 MLS集中式交换与分布式交换

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三层交换机的配置 3-1三层交换机的配置 3-1

在三层交换机上启动路由Switch(config)#ip routing

配置 VLAN 的 IP 地址Switch (config)#interface vlan vlan-id

Switch (config-if)#ip address Ip-address Subnet-mask

Switch (config-if)#no shutdown

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查看 FIB 表Switch (config)#show ip cef

查看邻接关系表Switch (config)#show adjacency detail

在三层交换机上配置路由接口Switch (config-if)#no switchport

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配置 DHCP 中继转发Switch(config)#interface vlan vlan-id

Switch(config-if)#ip helper-address Dhcpserver-address

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在企业中三层交换机的应用在企业中三层交换机的应用

二层交换机堆叠，连接数量众多的主机三层交换机实现 VLAN 的互通，作为企业的核心或汇聚层

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三层交换机实现 VLAN 互通实例 9-1三层交换机实现 VLAN 互通实例 9-1

Vlan 1

Vlan 2

192.168.1.0/24

192.168.2.0/24

Vlan 3

192.168.3.0/24

SW-2L

SW-3L

f0/1-10

f0/11-15f0/16-23

f0/24

f0/24

192.168.2.156192.168.3.156

Vlan 1 ：192.168.1.1/24

Vlan 2 ：192.168.2.1/24

Vlan 3 ：192.168.3.1/24

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在 2 层交换机上配置 VLAN

SW-2L(config)#vlan 2SW-2L(config-vlan)#vlan 3SW-2L(config-vlan)#exit

SW-2L(config)#interface range f0/11 - 15SW-2L(config-if-range)#switchport access vlan 2SW-2L(config-if-range)#switchport mode access

SW-2L(config)#interface range f0/16 - 23SW-2L(config-if-range)#switchport access vlan 3SW-2L(config-if-range)#switchport mode access

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在 2 层交换机上配制 Trunk 接口SW-2L(config)#interface f0/24

SW-2L(config-if)#switchport mode trunk

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在 3 层交换机上配置与 2 层交换机相同的 VLAN（配置步骤与方法相同）

在 3 层交换机上启动路由 SW-3L(config)#ip routing

第 1 步：配置 VLAN 与Trunk

第 1 步：配置 VLAN 与Trunk

第 2 步：配置启动路由功能第 2 步：配置启动路由功能

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在 3 层交换机上配置各 VLAN 的 IP 地址SW-3L(config)#interface vlan 1SW-3L(config-if)#ip address 192.168.1.1 255.255.255.0SW-3L(config-if)#no shut

SW-3L(config)#interface vlan 2SW-3L(config-if)#ip address 192.168.2.1 255.255.255.0SW-3L(config-if)#no shut

SW-3L(config)#interface vlan 3SW-3L(config-if)#ip address 192.168.3.1 255.255.255.0SW-3L(config-if)#no shut 第 3 步：

配置各 VLAN 的 IP地址

第 3 步：配置各 VLAN 的 IP地址

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在 3 层交换机上查看路由表

SW-3L#show ip routeCodes: C - connected, S - static, R - RIP, M - mobile, B - BGP D - EIGRP, EX - EIGRP external, O - OSPF, IA - OSPF inter area N1 - OSPF NSSA external type 1, N2 - OSPF NSSA external type 2 E1 - OSPF external type 1, E2 - OSPF external type 2, E - EGP i - IS-IS, su - IS-IS summary, L1 - IS-IS level-1, L2 - IS-IS level-2 ia - IS-IS inter area, * - candidate default, U - per-user static route o - ODR, P - periodic downloaded static route

Gateway of last resort is not set

C 192.168.1.0/24 is directly connected, Vlan1C 192.168.2.0/24 is directly connected, Vlan2C 192.168.3.0/24 is directly connected, Vlan3

在 3 层交换机中可以看到已经配置的 3 个本地VLAN 的网段地址

在 3 层交换机中可以看到已经配置的 3 个本地VLAN 的网段地址

第 4 步：验证第 4 步：验证

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在主机 192.168.2.156 上 ping 192.168.3.156C:\>ping 192.168.3.156

Pinging 192.168.3.156 with 32 bytes of data:

Reply from 192.168.3.156: bytes=32 time<1ms TTL=254




Ping statistics for 192.168.3.156:

Packets: Sent = 4, Received = 4, Lost = 0(0% loss)

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查看 FIBSW-3L#show ip cefPrefix Next Hop Interface0.0.0.0/32 receive192.168.1.0/24 attached Vlan1192.168.1.0/32 receive192.168.1.1/32 receive192.168.1.255/32 receive192.168.2.0/24 attached Vlan2192.168.2.0/32 receive192.168.2.1/32 receive192.168.2.156/32 attached Vlan2192.168.2.255/32 receive192.168.3.0/24 attached Vlan3192.168.3.0/32 receive192.168.3.1/32 receive192.168.3.156/32 attached Vlan3192.168.3.255/32 receive224.0.0.0/4 drop224.0.0.0/24 receive255.255.255.255/32 receive

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SW-3L#show adjacency detail Protocol Interface AddressIP Vlan2 192.168.2.156(6) 0 packets, 0 bytes epoch 2 sourced in sev-epoch 1 Encap length 14 00061BE393660016C72EB3800800 ARPIP Vlan3 192.168.3.156(6) 0 packets, 0 bytes epoch 2 sourced in sev-epoch 1 Encap length 14 0016C72E97000016C72EB3800800 ARP

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在三层交换机上配置路由实例 5-1 在三层交换机上配置路由实例 5-1

Vlan 1

Vlan 2

192.168.1.0/24

192.168.2.0/24

Vlan 3

192.168.3.0/24

SW-2L

SW-3L

f0/1-10

f0/11-15f0/16-23

f0/24

f0/24

f0/2310.1.1.1/30

f0/010.1.1.2/30

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在三层交换机上配置路由实例 5-2在三层交换机上配置路由实例 5-2

在三层交换机上配置路由接口SW-3L(config)#inter f0/23

SW-3L(config-if)#no switchport

SW-3L(config-if)#ip address 10.1.1.1 255.255.255.252

SW-3L(config)#ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 10.1.1.2

第 1 步：配置接口为 3 层模式

第 1 步：配置接口为 3 层模式

第 2 步：配置接口的 IP 地址第 2 步：配置接口的 IP 地址

第 3 步：配置静态路由或动态路由

第 3 步：配置静态路由或动态路由

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在路由器上配置路由Router(config)#ip route 192.168.1.0 255.255.255.0 10.1.1.1

Router(config)#ip route 192.168.2.0 255.255.255.0 10.1.1.1

Router(config)#ip route 192.168.3.0 255.255.255.0 10.1.1.1

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查看 f0/23 接口信息SW-3L#show inter f0/23 switchport

Name: Fa0/23

Switchport: Disabled

第 4 步：验证第 4 步：验证

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显示交换机的路由表SW-3L#show ip routeCodes: C - connected, S - static, R - RIP, M - mobile, B - BGP D - EIGRP, EX - EIGRP external, O - OSPF, IA - OSPF inter area N1 - OSPF NSSA external type 1, N2 - OSPF NSSA external type 2 E1 - OSPF external type 1, E2 - OSPF external type 2, E - EGP i - IS-IS, su - IS-IS summary, L1 - IS-IS level-1, L2 - IS-IS level-2 ia - IS-IS inter area, * - candidate default, U - per-user static route o - ODR, P - periodic downloaded static route

Gateway of last resort is 10.1.1.2 to network 0.0.0.0

10.0.0.0/30 is subnetted, 1 subnetsC 10.1.1.0 is directly connected, FastEthernet0/23C 192.168.1.0/24 is directly connected, Vlan1C 192.168.2.0/24 is directly connected, Vlan2C 192.168.3.0/24 is directly connected, Vlan3S* 0.0.0.0/0 [1/0] via 10.1.1.2

路由接口的网段地址路由接口的网段地址

默认路由默认路由

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三层交换机配置 DHCP 中继实例 7-1三层交换机配置 DHCP 中继实例 7-1

DHCP －动态主机配置协议，用来动态的获取 IP地址

广播发送 IP地址请求

广播发送 IP地址请求

Server A提供 IP 地址

Server A提供 IP 地址

客户机选择 IP 地址（选择 ServerA提供的 IP 地址）

客户机选择 IP 地址（选择 ServerA提供的 IP 地址）

服务器确认服务器确认

主机 A主机 A

Server AServer A

Server BServer B

Server B提供 IP 地址

Server B提供 IP 地址

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DHCP 工作过程

请求 IP 地址广播请求 IP 地址广播

响应 IP 地址广播

192.168.1.50响应 IP 地址广播

192.168.1.50

地址池：192.168.1.10~100

地址池：192.168.1.10~100

客户机选择 IP 地址广播客户机选择 IP 地址广播

服务器确认广播服务器确认广播

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Vlan 1Vlan 2

192.168.1.0/24192.168.2.0/24

Vlan 3

192.168.3.0/24

SW-2L

SW-3L

f0/1-10

f0/11-15f0/16-23

f0/24

f0/24

DHCP Srv192.168.2.100

广播不能跨 VLAN 转发，如果需要实现在某一个 VLAN 中的DHCP Server 为所有 VLAN 的主机分配 IP 地址，就需要在 3层交换上配置 DHCP 中继

广播不能跨 VLAN 转发，如果需要实现在某一个 VLAN 中的DHCP Server 为所有 VLAN 的主机分配 IP 地址，就需要在 3层交换上配置 DHCP 中继

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在各 VLAN 互通的前提下，配置 DHCP 中继服务SW-3L(config)#interface vlan 1

SW-3L(config-if)#ip helper-address 192.168.2.100

SW-3L(config)#interface vlan 3

SW-3L(config-if)#ip helper-address 192.168.2.100

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DHCP服务器端

3 个 VLAN的地址池

3 个 VLAN的地址池

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DHCP客户端

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在客户端使用命令 ipconfig 查看是否获得 IP 地址

演示演示演示演示三层交换机配置演示三层交换机配置演示

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阶段总结 2-1阶段总结 2-1

需要进行哪些配置？需要进行哪些配置？

配置三层交换机，使不同 VLAN 之间实现互通配置 VLAN 和 Trunk配置启动路由功能配置各 VLAN 的 IP 地址配置路由（如果包含 1台以上三层交换机）

配置三层交换机上的路由接口配置启动路由功能配置接口为 3 层模式配置接口 IP 地址配置路由

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阶段总结 2-2阶段总结 2-2

需要进行哪些配置？需要进行哪些配置？

配置 DHCP 中继配置 VLAN 与 Trunk配置启动路由功能配置各 VLAN 的 IP 地址在不连接 DHCP Srv 的 VLAN 上，配置转发的 DHCP

Srv 的 IP 地址

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本章总结本章总结

三层交换三层交换

集中式和分布式交换集中式和分布式交换

基于 CEF 的 MLS基于 CEF 的 MLS

传统的 MLS传统的 MLS


三层交换的配置三层交换的配置

三层交换的工作原理三层交换的工作原理

单臂路由的弱点单臂路由的弱点

三层交换的优势三层交换的优势

DHCP 中继的配置DHCP 中继的配置


点到点路由接口的配置点到点路由接口的配置

线速转发线速转发

一次路由，多次交换一次路由，多次交换使用 FIB 表与邻接关系表实现硬件转发使用 FIB 表与邻接关系表实现硬件转发

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实验实验

任务 1 配置企业网络中的三层交换机

F0/1F0/1

F0/2F0/2

F0/3F0/3

F0/24F0/24 F0/24F0/24 F0/24F0/24

VLAN 1:F0/1VLAN 2:F0/2-8VLAN 3:F0/9-12VLAN 4:F0/13-23

VLAN 1:F0/1VLAN 2:F0/2-8VLAN 3:F0/9-12VLAN 4:F0/13-23

VLAN 1:F0/1VLAN 2:F0/2-8VLAN 3:F0/9-23




F0/24F0/24F0/0F0/0

F0/1F0/1

DHCP Srv→V4DHCP Srv→V4

Sw-2l-1Sw-2l-1 Sw-2l-2Sw-2l-2 Sw-2l-3Sw-2l-3

Sw-3lSw-3l

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实验目标实验目标

实现 VLAN 之间的通信实现各 VLAN 内的主机能够访问路由器连接的主机

在三层交换机上配置 DHCP 中继，实现企业网内各 VLAN 主机能够动态获得 IP 地址

第 2 章内容回顾

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