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交换机基础知识培训 什么是交换机 组网会用到什么设备 主要应用在哪些场景 交换组网中常用哪些技术 讨论 以太网硬件入门交换基础技术 以太网传输介质 有线传输介质双绞线光纤同轴电缆 较少使用 无线传输介质空气 3 双绞线概念 概念双绞线由两根绝缘铜导线相互缠绕而成 两根绝缘的铜导线按一定密度互相绞在一起 可降低信号干扰的程度 每一根导线在传输中辐射的电波也会被另一根线上发出的电波抵消 把一对或多对双绞线放在一个绝缘套管中便成了双绞线电缆 在局域网中常用双绞线4对双绞线组成的 4 双绞线分类 非屏蔽双绞线绝缘套管中无屏蔽层价格低廉 用途广泛屏蔽双绞线绝缘套管中外层由铝铂包裹 以减小辐射价格相对较高 高要求场合应用 5 双绞线标准 CAT 1 2 3 41 2 3 4类双绞线 目前已淘汰CAT 55类双绞线 可用于100M以太网传输CAT 5e 6超5类 6类双绞线 可用于1 000M以太网传输CAT 6A超6类双绞线 可用于10 000M以太网传输CAT 77类双绞线 可用于更高标准 大于等于10 000M 以太网传输必须为屏蔽线 6 双绞线接口类型与线序标准 接口类型RJ 45水晶头线序标准568B橙白 1 橙 2 绿白 3 蓝 4 蓝白 5 绿 6 棕白 7 棕 8568A绿白 1 绿 2 橙白 3 蓝 4 蓝白 5 橙 6 棕白 7 棕 8 7 直通双绞线与交叉双绞线 直通双绞线 正线 双绞线两端都采用同一线序标准 568A或568B 制作通常用于异构设备互连PC连接交换机PC连接路由器交换机连接路由器交叉双绞线 反线 双绞线一端采用568A线序标准 另一端采用568B线序标准通常用于同构设备互连PC连接PC交换机连接交换机路由器连接路由器翻转双绞线双绞线一端采用任意线序 另一端线序完全相反用于网络设备console管理 不能用于数据传输 8 AutoMDI MDIX 概述双绞线线序自适应自动检测连接到自己接口上的双绞线类型 直通线或交叉线 并自动进行调节免去同构设备必须使用交叉线 异构设备必须使用直通线的烦恼功能支持情况锐捷所有交换机锐捷绝大部分路由器 RSR20 14的F0 2接口不支持 9 直通双绞线与交叉双绞线图例 图例10 100M网络使用1 3 2 6传输数据1000M网络使用全部8根线缆传输数据 10 8 1 水晶头铜片面向自己且向上 光纤概述 光纤概述一种利用光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理而达成的光传导工具微细的光纤封装在塑料护套中 使得它能够弯曲而不至于断裂光在光导纤维的传导损耗比电在电线传导的损耗低得多 光纤被用作长距离的信息传递光缆概述光缆一般由多根光纤和塑料保护套管及塑料外皮构成 11 光纤分类 单模光纤当光纤的几何尺寸可以于光波长相比拟时 即纤芯的几何尺寸与光信号波长相差不大时 一般为5 10um 光纤只允许一种模式在其中传播 单模光纤具有极宽的带宽 特别适用于大容量 长距离的光纤通信多模光纤多模光纤纤芯的几何尺寸远大于光波波长 一般为50um 62 5um 光信号是以多个模式方式进行传播的 多模光纤仅用于较小容量 短距离的光纤传输通信 12 光纤跳线 带有连接器与保护层的光纤一般被称为光纤跳线光纤跳线颜色分类黄色 单模光纤橙色 多模光纤光纤跳线连接器分类SC FCLC STLC LC 13 光纤接口类型 SCLCSTFCMT RJ 淘汰 14 光电转换器 概述将光纤介质转换成铜线接入将铜线转换成光纤介质接入俗称 光猫 光电收发器 15 光纤终端盒 概述光纤与光纤的熔接 光纤与尾纤的熔接以及光连接器的交接光纤及其元件提供机械保护和环境保护提供光缆终端的安放和余端光纤存储的空间 16 光纤连接 互连示意图设备一侧接口类型多为SC或LC终端盒一侧多为ST或FC 17 16芯多模光缆 接口类型SC或LC 接口类型多为ST或FC 500米 光纤终端盒 光纤跳线 双绞线 常见以太网设备接口 固化接口 扩展插槽 固化接口10 100M自适应电口10 100 1000M自适应电口扩展插槽10 100M自适应电口10 100 1000M自适应电口100M光纤接口1000M光纤接口堆叠接口 18 10 100M 10 100 1000M 扩展插槽 扩展模块 常见以太网设备接口 GBIC GBIC接口 GigaBitrateInterfaceConverter 传输标准 1 000M连接GBIC模块 逐渐被淘汰 常用GBIC模块 19 GBIC接口 注 1 上表中GBIC GT不支持自适应2 根据光纤介质的纤芯大小不同 传输距离会有所不同 常见以太网设备接口 SFP SFP接口 SmallFormfactorPluggable 传输标准 1 000M连接Mini GBIC模块常用Mini GBIC模块 20 SFP接口 注 1 上表中Mini GIBC GT不支持自适应2 根据光纤介质的纤芯大小不同 传输距离会有所不同 3 短距离使用长距模块时需加光衰 常见以太网设备接口 XENPAK XENPAK接口传输标准 10 000M连接XENPAK模块 逐渐被淘汰 常用XENPAK模块 21 XENPAK接口 注 1 根据光纤介质的纤芯大小不同 传输距离会有所不同 2 短距离使用长距模块时需加光衰 常见以太网设备接口 XFP XFP接口传输标准 10 000M连接XFP模块常用XFP模块 22 XFP接口 注 1 根据光纤介质的纤芯大小不同 传输距离会有所不同 2 短距离使用长距模块时需加光衰 以太网设备接口复用 概述接口复用是指在同一台设备中 某些不同类型的接口同一时刻只能使用其中的一个提升设备接口的灵活性 降低用户成本怎样判别接口复用不同接口但编号一致 23 复用接口 模块化硬件设计 概述模块化设计能提升设备的灵活性与扩展性模块化设计能方便的实现硬件冗余与更换简单模块化中低端设备 采用固化端口 扩展插槽方式设计盒式设备全模块化高端设备 引擎 控制中心 线卡 端口接入 电源 风扇全模块化箱式设备 24 网络设备硬件设计标准 标准标准尺寸的网络设备应满足宽为19英寸 约48 26cm高为1U的倍数 1U约4 445cm深未做规定规范网络设备的尺寸 是为了设备保持适当的尺寸以便放机柜上图例 25 19英寸 19英寸 1U 2U PoE 概述PowerOverEthernet 利用以太网双绞线传输数据信号的同时 还能为设备提供直流供电的技术相关概念PSE供电端设备PoE适配器 PoE交换机一般通过双绞线4 5 7 8供电PD受电端设备AP IP电话 网络摄像头一般通过双绞线4 5 7 8受电 26 交换容量 交换容量网络设备接口处理器或接口卡和数据总线间所能吞吐的最大数据量网络设备设计时决定的参数一般用于衡量盒式交换机或箱式交换机整机转发能力交换容量的衡量标准盒式交换容量大于等于 端口速率 端口数量 2 时 可实现全双工无阻塞转发数据箱式交换机整机交换容量等于 线卡交换容量 线卡数量 27 背板带宽 背板带宽线卡插槽和背板之间的接口带宽背板设计时决定的参数一般用于衡量箱式交换机的背板背板的衡量标准背板带宽大于等于 线卡交换容量 线卡数量 2 时 可实现全双工无阻塞转发数据 28 面向十万兆平台的交换机由来 S8610计算例背板 3 2T 设计时决定 线卡数量 8每线卡最大交换容量 3 2T 8 2 0 2T100G接口要求的交换容量 0 1T 2 0 2T每线卡至少可以保证1个100G接口的全双工无阻塞转发 29 以太网包转发速率计算 概念以太网接口每秒转发报文的个数 又叫端口吞吐量单位 pps packetpersecond 端口线速度在物理介质上的最大速度传输 由传输标准所决定 例如1000M以太网帧开销帧间隙 96 8 12字节同步信号 64 8 8字节 30 以太网包转发速率计算 续 包转发速率计算公式最大包转发速率 端口线速度 8 最小帧长 开销 例 1000M端口的最大包转发速率 1000 8 64 20 1 488Mpps包转发速率随着帧长度的增加而降低网络设备开启一定功能后可能会导致包转发速率下降线速转发条件实际包转发速率 所有接口分别乘以接口的最大包转发速率的总和包转发速率计算例 S2628G的线速包转发速率 24 0 1488 4 1 488 9 6Mpps S2628G的实际包转发速率 9 6Mpps 所以S2628G可以线速转发数据RSR10 02的线速包转发速率 2 0 1488 0 298Mpps 298Kpps RSR10 02的实际包转发速率 260Kpps 所以RSR10 02接近线速转发能力 31 转发性能指标计算方法 背板带宽 每根背板信号线提供的速率 每个槽位信号线的数量 槽位数 2 双向 交换容量 客户实际用到的背板带宽 每个槽位的交换容量 槽位数包转发率 能够达到线速转发的最多千兆口数量 1 488Mbps计算方法如下 1 000 000 000bps 8bit 64 8 12 byte 1 488 095pps 以太网硬件入门交换基础技术 二层交换机工作原理 PC1192 168 10 10255 255 255 0192 168 10 254MAC PC1 PC2192 168 10 20255 255 255 0192 168 10 254MAC PC2 PC3192 168 10 30255 255 255 0192 168 10 254MAC PC3 二层交换机工作原理以以太网帧的形式理解数据在内存中建立并维持MAC地址表基于收到的数据的源MAC学习如果一个帧的入口和MAC地址表中该MAC地址对应的端口不同 该地址条码将更新到到新的端口地址表条目的老化时间是300秒 35 MAC地址表 0260 8c01 1111 0260 8c01 2222 0260 8c01 3333 0260 8c01 4444 E0 0260 8c01 1111 E0 E1 E2 E3 D C B A E1 0260 8c01 3333 二层交换机工作原理 根据MAC地址转发数据 VLAN 什么是VLAN VLAN VirtualLAN 翻译成中文是 虚拟局域网 那什么是LAN呢 LAN localareanetwork LAN可以是由少数几台家用计算机构成的网络 也可以是数以百计的计算机构成的企业网络 VLAN所指的LAN特指使用路由器分割的网络 也就是广播域 37 如果没有vlan 38 如果没有vlan 39 VLAN的作用 工程部 销售部 一层 二层 三层 减小广播域增强安全性灵活组网 VLAN的重要性 如果整个网络只有一个广播域 那么一旦发出广播信息 就会传遍整个网络 并且对网络中的主机带来额外的负担 因此 在设计LAN时 需要注意如何才能有效地分割广播域 也就是要设计合理的VLAN 通过利用VLAN 我们可以自由设计广播域的构成 提高网络设计的自由度 41 交换机是如何使用VLAN分割广播域的 首先 在一台未设置任何VLAN的二层交换机上 任何广播帧都会被转发给除接收端口外的所有其他端口 Flooding 例如 计算机A发送广播信息后 会被转发给端口2 3 4 42 交换机是如何使用VLAN分割广播域的 43 就这样 VLAN通过限制广播帧转发的范围分割了广播域 上图中为了便于说明 以红 蓝两色识别不同的VLAN 在实际使用中则是用 VLANID 来区分的 VLAN应用 VLAN应用 STP 问答 1 有以太网的时候 就有生成树协议 STP 了吗 2 交换机又是如何将环路引入以太网的 3 环路对网络有什么危害 4 STP在其中的作用 5 拥有良好的规划的网络中 是不是就不需要STP了 二层冗余网络面临的环路问题 二层冗余网络解决方案 STP概述 50 STP SpanningtreeProtocol 二层链路管理协议 启用了STP的交换机通过有选择的堵塞冗余链路 生成无环路的拓扑 来达到消除网络二层环路的目的 同时具有链路的备份功能 STP分类STPIEEE802 1DRSTPIEEE802 1WMSTPIEEE802 1S STP工作原理 在交换机之间传递BPDU 比较其中的参数 根据STP算法打开好的端口 阻塞差的端口 从而打破物理环路 建立一个无循环的逻辑拓扑 SW3 SW2 SW1 ACL 场景描述 访问控制列表ACL 访问控制列表 AccessControlList ACL 是路由器和交换机接口的指令列表 用来控制端口进出的数据包 引入ACL的技术背景网络中数据流的多样性用户要求对某些特定的数据流采取特殊的策略只允许特定的主机访问服务器限制FTP流量占用的带宽过滤某些路由信息需要一种技术来挑选相应的数据流 54 ACL作用 ACL作用包过滤允许或者拒绝特定的数据流经网络设备 保证网络安全对特定的数据流 路由条目等进行匹配和标识 用于其它目的路由过滤QoS ACL包过滤 缺省情况下 网络设备会转发所有数据在接口下绑定IPaccess groupACL编号in out会对流经接口的数据包进行控制入栈 in 对从该接口进入设备内部的数据包进行包过滤出栈 out 对从该接口向外发送数据时进行包过滤一个接口在一个方向只能应用一个ACL F1 0 F1 1 IN OUT 什么时候使用ACL 静态路由 什么是路由 路由是指导IP报文发送的路径信息 N R1 M R1 目标网络N 其它网络 路由的来源 手工配置静态路