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1、交换机原理与应用,一、基本以太网 1、以太网标准：以太网是Ethernet的意思，过去使用的是十兆标准，现在是百兆到桌面，千兆做干线。常见的标准有：10BASE-2 细缆以太网 10BASE-5 粗缆以太网 10BASE-T 星型以太网 100BASE-T 快速以太网 1000BASE-T 千兆以太网,2、接线标准 星型以太网采用双绞线连接，双绞线是8芯，分四组，两芯一组绞在一起，故称双绞线。8芯双绞线只用其中4芯：1、2、3、6。常见接线方式有两种：568B接线规范：白橙 橙 白绿 蓝 白蓝 绿 白棕 棕 1 2 3 4 5 6 7 8 568A接线规范：白绿 绿 白橙 蓝 白蓝 橙 白棕
2、棕 1 2 3 4 5 6 7 8 将568B的1和3对调，2和6对调，就得到568A。,3、接线方法 两边采用相同的接线方式叫做平接，两边采用不同的接线方式叫扭接。不同的设备之间连接，使用平接线；相同的设备连接使用扭接线。电脑、路由器与集线器、交换机连接时使用平接线。这是因为网线中的4条线，一对是输入，一对是输出，输入应该与输出对应。如果将1和3连接，2和4连接，相当于自己的输出送给自己的输入。这样可以使网卡进入工作状态，阻止空接口关闭，而影响有些程序的运行。,二、交换机原理与应用 1、冲突域和广播域 交换机是根据网桥的原理发展起来的，学习交换机先认识两个概念：(1)冲突域：冲突域是数据必然
3、发送到的区域。HUB是无智能的信号驱动器，有入必出，整个由HUB组成的网络是一个冲突域。交换机的一个接口下的网络是一个冲突域，所以交换机可以隔离冲突域。(2)广播域：广播数据时可以发送到的区域是一个广播域。交换机和集线器对广播帧是透明的，所以用交换机和HUB组成的网络是一个广播域。路由器的一个接口下的网络是一个广播域。所以路由器可以隔离广播域。,2、交换机原理(1)端口地址表 端口地址表记录了端口下包含主机的MAC地址。端口地址表是交换机上电后自动建立的，保存在RAM中，并且自动维护。交换机隔离广播域的原理是根据其端口地址表和转发决策决定的。(2)转发决策 交换机的转发决策有三种操作：丢弃、转
4、发和扩散。丢弃：当本端口下的主机访问已知本端口下的主机时丢弃。转发：当某端口下的主机访问已知某端口下的主机时转发。扩散：当某端口下的主机访问未知端口下的主机时要扩散。每个操作都要记录下发包端的MAC地址，以备其它主机的访问。(3)成存期：生成期是端口地址列表中表项的寿命。每个表项在建立后开始进行倒记时，每次发送数据都要刷新记时。对于长期不发送数据主机，其MAC地址的表项在生成其结束时删除。所以端口地地表记录的总是最活动的主机的MAC地址。,3、交换网络中的环 以太网是总线或星型结构，不能构成环路，否则会产生两个严重后果：(1)产生广播风暴，造成网络堵塞。(2)克隆帧会在各个口出现，造成地址学习
5、(记录帧源地址)混乱。解决环路问题方案:(1)网络在设计时，人为的避免产生环路。(2)使用生成树STP(Spanning Tree Protocol)功能，将有环的网络剪成无环网络。STP被IEEE802规范为802.1d标准。,生成树协议术语(1)网桥协议数据单元：BPDU(Bridge Protocol Data Unit)BPDU是生成树协议交换机间通讯的数据单元，用于确定角色。(2)网桥号：Bridge ID 交换机的标识号，它由优先级和MAC地址组成，优先级16位，MAC地址48位。(3)根网桥：Root bridge 根网桥定义为网桥号最小的交换机，根网桥所有的端口都不会阻塞。(4
6、)根端口：Root port 非根网桥到根网桥累计路径花费最小的端口，负责本网桥与根网桥通讯的接口。(5)指定网桥：Designated bridge 网络中到根网桥累计路径花费最小交换机，负责收发本网段数据。(6)指定端口：Designated port 网络中到根网桥累计路径花费最小的交换机端口，根网桥每个端口都是指定端口。(7)非指定端口：NonDesignated port 余下的端口是非指定端口，它们不参与数据的转发，也就是被阻塞的端口。(根端口是从非根网桥选出，指定端口是网段中选出)。,生成树协议的状态：生成树协议工作时，所有端口都要经过一个端口状态的建立过程。生成树协议通过BPD
7、U广播，确定各交换机及其端口的工作状态和角色，交换机上的端口状态分别为：关闭、阻塞、侦听、学习和转发状态。(1)关闭状态：Disabled 不收发任何报文，当接口空连接或人为关闭时处于关闭状态。(2)阻塞状态：Blocking 在机器刚启动时，端口是阻塞状态(20秒)，但接收BPDU信息。(3)侦听状态：listening 不接收用户数据(15秒)，收发BPDU，确定网桥及接口角色。(4)学习状态：learning 不接收用户数据(15秒)，收发BPDU，进行地址学习。(5)转发状态：Forwarding 开始收发用户数据，继续收发BPDU和地址学习,维护STP。,4、关于VLAN VLAN(
8、Virtual Lan)是虚拟逻辑网络，交换机通过VLAN设置，可以划分为多个逻辑网络，从而隔离广播域。具有三层模块的交换机可以实现VLAN间的路由。(1)端口模式 交换机端口有两种模式，access和trunk。access口用于与计算机相连，而交换机之间 的连接，应该是trunk。交换机端口默认VLAN是VLAN1，工作在access模式。Access口收发数据时，不含VLAN标识。具有相同VLAN号的端口在同一个广播域中。Trunk口收发数据时，包含VLAN标识。Trunk又称为干线，可以设置允许多个VLAN通过。(2)VLAN中继协议：VLAN中继协议有两种：ISL(Inter-Swi
9、tch Link)：ISL是Cisco专用的VLAN中继协议。802.1q(dot1q)：802.1q是标准化的，应用较为普遍。,(3)VTP VTP(Vlan Trunking Protocol)是VLAN传输协议，在含有多个交换机的网络中，可以 将中心交换机的VLAN信息发送到下级的交换机中。中心交换机设置为VTP Server，下级交换机设置为VTP Client。VTP Client要能学习到VTP Server的VLAN信息，要求在同一个VTP域，并要口令相同。(4)VLAN共享 如果要求某个VLAN与其他VLAN访问，可以设置VLAN共享或主附VLAN。共享模式的VLAN端口，可以
10、成为多个VLAN的成员或同时属于多个VLAN。在主附VLAN结构中，子VLAN与主VLAN可以相互访问，子VLAN间的端口不能互相访问。一般的VLAN间使用不同网络地址；主附VLAN中主VLAN和子VLAN使用同一个网络地址。,三、三层交换的概念 1、交换机是链路层设备，使用MAC地址，完成对帧的操作。交换机的IP地址做管理用，交换机的IP地址实际是VALN的IP。一个VLAN一个广播域，不同VLAN的主机间访问，相当于网络间的访问，要通过路由实现。不同VLAN间主机的访问有以下几种情况：(1)两个VLAN分别接入路由器的两个物理接口。这是路由器的基本应用。(2)两个VLAN通过trunk接入
11、路由器的一个物理接口，这是应用于子接口的单臂路由。(3)使用具有三层交换模块的交换机。Cisco的3550和华为的3526都是基本的三层交换机。1)通过VLAN的IP地址做网关，实现三层交换，要求设置VLAN的IP地址。2)将端口设置在三层工作，要求端口设置no switchport，再设置端口的IP地址。,2、交换机的通道技术 交换机通道技术是将交换机的几个端口捆绑使用，即端口的聚合。使用通道技术一个方面提高了带宽，同时提高了线路的可靠性。但是如果设置不当，有可能产生环路，造成广播风暴堵塞网络。要聚合的端口要划分到指定的VLAN或trunk。配置三层通道时，先要进入通道，再用no switc
12、hport命令关闭二层，设置通道IP地址。一个通道一般小于8个接口，接口参数应该一致，如工作模式、封装的协议、端口类型。,3、端口协商方式 端口的聚合有两种方式，一种是手动的方式，一个是自动协商的方式。手动的方式很简单，设置端口成员链路两端的模式为“on”。命令格式为：channel-group mode on 自动方式有两种类型：PAgP(Port Aggregation Protocol)和LACP(Link aggregation Control Protocol)。PAgP：Cisco设备的端口聚合协议，有auto和desirable两种模式。auto模式在协商中只收不发，desirable模式的端口收发协商的数据包。LACP：标准的端口聚合协议802.3ad，有active和passive两种模式。active相当于PAgP的auto，而passive相当于PAgP的desirable。,4、通道端口间的负载平衡 通道端口间的负载平衡有两种方式，基于源MAC的转发和基于目的MAC的转发。scr-mac：源MAC地址相同的数据帧使用同一个端口转发。dst-mac：目的MAC地址相同的数据帧使用同一个端口转发。,
