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2019
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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  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(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)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BPDU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(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-Switch 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。


 5、交换机和路由器的口令恢复:

    (1)交换机的口令恢复:

       交换机的口令恢复的操作是先启动超级终端,在交换机上电时按住的mode键.

       几秒后松手,进入ROM状态,将nvram中的配置文件config.txt改名或删除,再重启。

       参考命令为:

    switch:rename flash:config.text flash:config.bak

    switch:erase flash:config.text


    (2)路由器的口令恢复:

       路由器的口令恢复操作先启动超级终端,在路由器上电时按计算机的Ctrl+Break键,

    进入ROM监控状态rommon>,用配置寄存器命令confreg设置参数值0x2142,跳过配置文件

    设置口令后再还原为0x2102。

       参考命令为:

    rommon>confreg 0x2142

    router(config)#config-register 0x2102

       没有特权口令无法进入特权状态,只能进入ROM监控状态,使用confreg 0x2142命令。

       当口令修改完后,可以在特权模式下恢复为使用配置文件状态。


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 switchport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 <number> 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。


文章如无特别注明均为原创! 作者: Eagle, 转载或复制请以 超链接形式 并注明出处 枫叶落
原文地址《 交换机原理与应用》发布于2016-3-1

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