第11章二層交換

第十一章

二層交換技術(shù)以太網(wǎng)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)定義了OSI的第二層協(xié)議和第一層技術(shù)，以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)由IEEE802.3和802.2支持，802.3包括OSI的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的下半部分（MAC層），802.2包括OSI的數(shù)據(jù)鏈路層的上半部分（LLC層）。CCNA階段只需要大家掌握802.3標(biāo)準(zhǔn)即可。802.3標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了以太網(wǎng)的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的MAC子層。IEEE802.3規(guī)定的物理層標(biāo)準(zhǔn)：

10BASE-5使用粗同軸電纜，最大傳輸距離為500m

10BASE-2使用細(xì)同軸電纜，最大傳輸距離為200m

10BASE-T使用非屏蔽雙絞線，最大傳輸距離為100m

10BASE-F使用光纜，最大傳輸距離為2000mIEEE802.3規(guī)定的MAC子層的作用：將物理層的比特流組合成字節(jié)進(jìn)而組合成幀用MAC地址訪問(wèn)介質(zhì)（網(wǎng)卡）錯(cuò)誤發(fā)現(xiàn)但不能糾正802.2標(biāo)準(zhǔn)LLC子層負(fù)責(zé)與上層協(xié)議進(jìn)行通信，主要的功能如下：和上層協(xié)議進(jìn)行通信把網(wǎng)絡(luò)層的分組轉(zhuǎn)換成幀識(shí)別網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)議和物理層設(shè)備相對(duì)獨(dú)立以太網(wǎng)與CSMA/CDCSMA/CD，即載波監(jiān)聽(tīng)多路訪問(wèn)／沖突檢測(cè)，它是廣播式以太網(wǎng)共享傳輸介質(zhì)的理論基礎(chǔ)，可以避免以太網(wǎng)發(fā)生沖突。CSMA/CD避免沖突的三個(gè)步驟：監(jiān)視信道直到其空閑；傳輸數(shù)據(jù)，并監(jiān)視信道是否有沖突發(fā)生；如果檢測(cè)到?jīng)_突發(fā)生，則停止傳輸并發(fā)出一個(gè)JAM阻塞信號(hào)到網(wǎng)絡(luò)上，以便其它節(jié)點(diǎn)知道網(wǎng)絡(luò)上有沖突，再等待一個(gè)隨機(jī)的時(shí)間，然后回到第一步。以太網(wǎng)的幀和MAC地址以太網(wǎng)幀的大?。阂粋€(gè)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀的大小總是在64字節(jié)到1522字節(jié)之間，小于64字節(jié)或者大于1522字節(jié)的數(shù)據(jù)幀為非法的數(shù)據(jù)幀，將會(huì)被丟棄。以太網(wǎng)MAC地址：MAC地址用來(lái)確保以太網(wǎng)設(shè)備的全球唯一性，MAC地址一般在生產(chǎn)時(shí)被廠商燒入ROM中，這意味著MAC地址不能被改變，但可以改變MAC地址的顯示；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的時(shí)候，源、目的MAC地址都會(huì)被封裝到數(shù)據(jù)幀中，數(shù)據(jù)幀在被網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備接收到時(shí)，這些設(shè)備都會(huì)查看幀中的目的MAC地址是否和本機(jī)的相同，如果相同，則進(jìn)行解封裝并上傳到上層，如果不相同，則丟棄幀。MAC地址學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)幀的轉(zhuǎn)發(fā)和過(guò)濾環(huán)路防止-STP協(xié)議交換機(jī)的三大功能交換機(jī)的MAC地址表MAC地址表中存放的是交換機(jī)的接口和MAC地址的對(duì)應(yīng)關(guān)系，最初開(kāi)機(jī)時(shí)MAC地址表是空的，之后會(huì)不斷的學(xué)習(xí)這樣的對(duì)應(yīng)關(guān)系。showmac-address-table命令可以查看交換機(jī)的MAC地址表MAC地址表?xiàng)l目默認(rèn)老化時(shí)間是300秒，以下命令可改變老化時(shí)間:(config)#mac-address-tableaging-time150MAC地址表0260.8c01.11110260.8c01.22220260.8c01.33330260.8c01.4444E0E1E2E3ABCD交換機(jī)如何學(xué)習(xí)主機(jī)的位置主機(jī)A發(fā)送數(shù)據(jù)幀給主機(jī)C如果交換機(jī)收到的是未知幀，它會(huì)泛洪此數(shù)據(jù)幀然后交換機(jī)會(huì)記錄下接口E0對(duì)應(yīng)A的MAC地址，并寫(xiě)入MAC地址表中，這就是交換機(jī)學(xué)習(xí)MAC地址的功能0260.8c01.11110260.8c01.22220260.8c01.33330260.8c01.4444E0:0260.8c01.1111E0E1E2E3DCBAMAC地址表交換機(jī)如何轉(zhuǎn)發(fā)、過(guò)濾幀主機(jī)A再一次發(fā)送數(shù)據(jù)幀給主機(jī)C此時(shí)在地址表中有目標(biāo)主機(jī)，數(shù)據(jù)幀不會(huì)泛洪而直接從E2接口被轉(zhuǎn)發(fā)出去E0:0260.8c01.1111E2:0260.8c01.2222E1:0260.8c01.3333E3:0260.8c01.44440260.8c01.11110260.8c01.22220260.8c01.33330260.8c01.4444E0E1E2E3XXDCABMAC地址表主機(jī)D發(fā)送廣播幀（目的MAC地址為12F，發(fā)給網(wǎng)絡(luò)中的所有主機(jī)）廣播幀也會(huì)被泛洪到除源端口之外的所有端口0260.8c01.11110260.8c01.22220260.8c01.33330260.8c01.4444E0E1E2E3DCABE0:0260.8c01.1111E2:0260.8c01.2222E1:0260.8c01.3333E3:0260.8c01.4444交換機(jī)如何處理廣播幀MAC地址表生成樹(shù)協(xié)議（STP）冗余網(wǎng)絡(luò)冗余拓?fù)湎擞捎趩吸c(diǎn)故障所引致的網(wǎng)絡(luò)不通問(wèn)題，冗余拓?fù)淇梢员Ｕ暇W(wǎng)絡(luò)的高可用性冗余拓?fù)鋮s帶來(lái)了廣播風(fēng)暴、重復(fù)幀、MAC地址表不穩(wěn)定、環(huán)路等缺點(diǎn)網(wǎng)段1網(wǎng)段2服務(wù)器/主機(jī)X路由器Y廣播交換機(jī)A交換機(jī)B主機(jī)X發(fā)送一廣播信息廣播風(fēng)暴網(wǎng)段1網(wǎng)段2服務(wù)器/主機(jī)X路由器Y廣播廣播風(fēng)暴交換機(jī)A交換機(jī)B主機(jī)X發(fā)送一廣播信息網(wǎng)段1網(wǎng)段2服務(wù)器/主機(jī)X路由器Y廣播交換機(jī)不停地轉(zhuǎn)發(fā)廣播信息廣播風(fēng)暴交換機(jī)A交換機(jī)B網(wǎng)段1網(wǎng)段2服務(wù)器/主機(jī)X路由器Y重復(fù)幀單點(diǎn)幀主機(jī)X發(fā)送一單點(diǎn)幀給路由器Y路由器Y的MAC地址還沒(méi)有被交換機(jī)A和B學(xué)習(xí)到交換機(jī)A交換機(jī)B網(wǎng)段1網(wǎng)段2服務(wù)器/主機(jī)X路由器Y

單點(diǎn)幀主機(jī)X發(fā)送一單點(diǎn)幀給路由器Y路由器Y的MAC地址還沒(méi)有被交換機(jī)A和B學(xué)習(xí)到路由器Y會(huì)收到同一幀的兩個(gè)拷貝，重復(fù)幀會(huì)在流量統(tǒng)計(jì)和計(jì)費(fèi)軟件的環(huán)境中造成不精確計(jì)算問(wèn)題單點(diǎn)幀單點(diǎn)幀重復(fù)幀交換機(jī)A交換機(jī)B網(wǎng)段1網(wǎng)段2服務(wù)器/主機(jī)X路由器Y單點(diǎn)幀單點(diǎn)幀主機(jī)X發(fā)送一單點(diǎn)幀給路由器Y路由器Y的MAC地址還沒(méi)有被交換機(jī)A和B學(xué)習(xí)到交換機(jī)A和B都學(xué)習(xí)到主機(jī)X的MAC地址對(duì)應(yīng)端口0端口0端口1端口0端口1MAC地址表不穩(wěn)定交換機(jī)A交換機(jī)B網(wǎng)段1網(wǎng)段2服務(wù)器/主機(jī)X路由器Y

Unicast主機(jī)X發(fā)送一單點(diǎn)幀給路由器Y路由器Y的MAC地址還沒(méi)有被交換機(jī)A和B學(xué)習(xí)到交換機(jī)A和B都學(xué)習(xí)到主機(jī)X的MAC地址對(duì)應(yīng)端口0到路由器Y的數(shù)據(jù)幀在交換機(jī)A和B上會(huì)泛洪處理交換機(jī)A和B都錯(cuò)誤學(xué)習(xí)到主機(jī)X的MAC地址對(duì)應(yīng)端口1MAC地址表不穩(wěn)定單點(diǎn)幀端口0端口1端口0端口1交換機(jī)A交換機(jī)B網(wǎng)段1網(wǎng)段2服務(wù)器/主機(jī)X路由器Y更復(fù)雜的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可能導(dǎo)致多重回路服務(wù)器/主機(jī)工作站回路回路回路多重回路問(wèn)題

廣播回路的解決辦法:生成樹(shù)協(xié)議

Spanning-TreeProtocol將某些端口置于阻塞狀態(tài)（端口處于正常狀態(tài)，但是不能轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)）就能防止冗余結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲挟a(chǎn)生回路、廣播風(fēng)暴、重復(fù)幀、MAC地址表的不穩(wěn)定等問(wèn)題

。阻塞x選出網(wǎng)絡(luò)中唯一的根橋（RootBridge）選出每一個(gè)非根橋的唯一的根端口（RootPort）選出每一個(gè)物理網(wǎng)段的唯一指定端口（DesignatedPort）x指定端口根端口指定端口非指定端口（Block）根橋非根橋SWXSWY100baseT10baseT生成樹(shù)工作原理交換機(jī)Y缺省的優(yōu)先級(jí)32768MAC0c0022222222交接機(jī)X缺省的優(yōu)先級(jí)32768

MAC0c0011111111

BID=橋優(yōu)先級(jí)+橋MAC地址從左往右比較，優(yōu)先級(jí)越小、橋MAC地址越小越有可能成為根橋注意：根橋上的所有端口都為指定端口根橋的選擇交接機(jī)Y缺省的優(yōu)先級(jí)32768MAC0c0022222222交換機(jī)X缺省的優(yōu)先級(jí)32768MAC0c0011111111Rootbridgex端口0端口1端口0端口1100baseT10baseT

指定端口(F)根端口(F)非指定端口(B)指定端口(F)根端口、指定端口的選擇根端口比較：端口到達(dá)根橋所花代價(jià)最小+橋ID最小+發(fā)送方端口優(yōu)先級(jí)最?。J(rèn)128）+發(fā)送方端口ID最小指定端口比較：端口到達(dá)根橋所花代價(jià)最小+橋ID最小+發(fā)送方端口優(yōu)先級(jí)最?。J(rèn)128）+發(fā)送方端口ID最小端口狀態(tài)：根端口RP和指定端口DP一般處于Forwarding狀態(tài)，非指定端口NDP一般處于Blocking狀態(tài)STP下常見(jiàn)鏈路的代價(jià)鏈路速度（bit/s）代價(jià)10G21G4100M1910M100交換機(jī)YMAC0c0022222222缺省的優(yōu)先級(jí)32768交換機(jī)XMAC0c0011111111缺省的優(yōu)先級(jí)32768端口0端口1端口0端口1交換機(jī)ZMac0c0011110000缺省的優(yōu)先級(jí)32768端口0請(qǐng)指出:根橋？根端口、指定端口、阻塞端口？

100baseT100baseT生成樹(shù)練習(xí)題端口0

100baseT100baseT指定端口(F)根端口(F)非指定端口(B)指定端口(F)根端口(F)生成樹(shù)練習(xí)題答案交換機(jī)YMAC0c0022222222缺省的優(yōu)先級(jí)32768交換機(jī)XMAC0c0011111111缺省的優(yōu)先級(jí)32768端口0端口1端口0端口1交換機(jī)ZMac0c0011110000缺省的優(yōu)先級(jí)32768xBPDU（橋協(xié)議數(shù)據(jù)單元）報(bào)文用于保證STP協(xié)議的正常運(yùn)行，用于根橋、根端口、指定端口的選舉，BPDU中包含很多STP常用的字段，如：RootID、Cost、BID、PortID等；BPDU默認(rèn)是2s發(fā)送一次，來(lái)保證STP的正常運(yùn)行BPDU阻塞Blocking偵聽(tīng)Listening學(xué)習(xí)Learning轉(zhuǎn)發(fā)Forwarding生成樹(shù)會(huì)將每個(gè)端口的狀態(tài)作以下變換:生成樹(shù)端口狀態(tài)交換機(jī)YMAC0c0022222222缺省優(yōu)先級(jí)32768交換機(jī)XMAC0c0011111111缺省優(yōu)先級(jí)32768端口0端口1端口0端口110baseTx100baseTRootBridge指派端口根端口(F)非指派端口(阻塞)指派端口BPDUxMAXAGEx生成樹(shù)重新生成交換機(jī)X斷開(kāi)后，交換機(jī)Y在最多20秒后會(huì)發(fā)現(xiàn)從交換機(jī)X來(lái)的BPDU信號(hào)消失，于是重新計(jì)算STP。

網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)后，SwitchY將會(huì)是根橋，而且它的所有端口都會(huì)處于轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)（都成為了指定端口）普通的STP，一個(gè)端口從UP到Forwarding大約要50s的時(shí)間，收斂速度較慢，我們一般都是使用更高級(jí)的STP，如：RSTP和MSTPRSTP：比普通生成樹(shù)快很多，有時(shí)不到1s的時(shí)間就可以完成收斂，開(kāi)啟的命令為：Switch（config）spanning-treemoderapid-pvstMSTP：多個(gè)vlan被映射到同一個(gè)生成樹(shù)實(shí)例高級(jí)的STP交換機(jī)的三種轉(zhuǎn)發(fā)方式直通轉(zhuǎn)發(fā)Cut-through交換機(jī)檢測(cè)到目標(biāo)地址后即轉(zhuǎn)發(fā)幀F(xiàn)rame交換機(jī)一確定幀的目的MAC地址和正確的端口號(hào)，就立即將幀轉(zhuǎn)發(fā)出去。通常情況下，大約在收到幀頭14個(gè)字節(jié)左右就開(kāi)始轉(zhuǎn)發(fā)。這使得直通法比存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)法具有更小且相對(duì)固定的延遲時(shí)間，但它連小于64字節(jié)的幀以及一些壞幀也一塊兒轉(zhuǎn)發(fā)，可能浪費(fèi)帶寬。交換機(jī)的三種轉(zhuǎn)發(fā)方式存貯轉(zhuǎn)發(fā)Storeandforward完整地收到幀并檢查無(wú)錯(cuò)后才轉(zhuǎn)發(fā)直通轉(zhuǎn)發(fā)交換機(jī)檢測(cè)到目標(biāo)地址后即轉(zhuǎn)發(fā)幀F(xiàn)rameFrameFrameFrame交換機(jī)將幀向目的端口轉(zhuǎn)發(fā)之前要先收到完整的幀并進(jìn)行CRC校驗(yàn)、確定目的地址。交換機(jī)將整個(gè)幀存儲(chǔ)在內(nèi)存緩沖區(qū)中，直到它獲