第17讲局域网技术

1、第17讲 局域网技术 本章内容 q掌握交换机的原理 q掌握三种交换模式、多层交换的原理和 应用 q掌握catalyst 交换机的基本配置命令 q能熟练配置catalyst 交换机及管理。 交换机基础交换机基础 q交换机概述 1993年，局域网交换设备出现 1994年，国内掀起了交换网络技术的热潮 1999年， 交换机的销售量已经大于集线器。 作为一种高效率的网连设备，交换机已经取 代了传统的网络设备：集线器 交换机与集线器的区别 q交换机与集线器的相同点 交换器和集线器都遵循ieee8023或ieee8023u 其介质存取方式均为csmacd q区别 集线器为共享方式，即同一网段的计算机共享固

2、有 的带宽，传输通过碰撞检测进行，同一网段计算机 越多，传输碰撞也越多，传输速率会变慢。 交换机采用交换方式进行数据转发，每一节点独点 交换机的带宽 交换模式 q直通转发模式 在接收完整帧之前，帧就被转发。 最快的是只要读到目的地址就转发 这种模式降低了延迟，但是不进行检错 q存储转发模式 在转发之前整个帧被接收 由于交换开始之前要接收完整帧，较大的数据帧 延迟较大 q准直通转发模式 q智能交换模式 交换机的三个功能 地址学习 帧的转发/过滤 回路防止 交换机如何学习主机的位置 q最初开机时最初开机时mac地址表是空的地址表是空的 mac地址表地址表 0260.8c01.1111 0260.8

3、c01.2222 0260.8c01.3333 0260.8c01.4444 e0e1 e2e3 ab cd 交换机如何学习主机的位置 主机主机a发送数据帧给主机发送数据帧给主机c 交换机通过学习数据帧的源交换机通过学习数据帧的源mac地址，记录下主机地址，记录下主机a的的mac地址地址 对应端口对应端口e0 该数据帧转发到除端口该数据帧转发到除端口e0以外的其它所有端口以外的其它所有端口 (不清楚目标主机的不清楚目标主机的 单点传送用泛洪方式单点传送用泛洪方式) 0260.8c01.1111 0260.8c01.2222 0260.8c01.3333 0260.8c01.4444 e0: 0

4、260.8c01.1111 e0e1 e2e3 dc ba mac地址表地址表 交换机如何学习主机的位置 主机主机d发送数据帧给主机发送数据帧给主机c 交换机通过学习数据帧的源交换机通过学习数据帧的源mac地址，记录下主机地址，记录下主机d的的mac地址对应地址对应 端口端口e3 该数据帧转发到除端口该数据帧转发到除端口e3以外的其它所有端口以外的其它所有端口 (不清楚目标主机的单点不清楚目标主机的单点 传送用泛洪方式传送用泛洪方式) 0260.8c01.1111 0260.8c01.2222 0260.8c01.3333 0260.8c01.4444 e0: 0260.8c01.1111 e

5、3: 0260.8c01.4444 e0e1 e2e3 dc ab mac地址表地址表 交换机如何过滤帧 交换机a发送数据帧给主机c 在地址表中有目标主机，数据帧不会泛洪而直接转发 e0: 0260.8c01.1111 e2: 0260.8c01.2222 e1: 0260.8c01.3333 e3: 0260.8c01.4444 0260.8c01.1111 0260.8c01.2222 0260.8c01.3333 0260.8c01.4444 e0e1 e2e3 x x dc ab mac地址表地址表 主机主机d发送广播帧或多点帧发送广播帧或多点帧 广播帧或多点帧泛洪到除源端口外的所有端

6、口广播帧或多点帧泛洪到除源端口外的所有端口 0260.8c01.1111 0260.8c01.2222 0260.8c01.3333 0260.8c01.4444 e0e1 e2e3 dc ab e0: 0260.8c01.1111 e2: 0260.8c01.2222 e1: 0260.8c01.3333 e3: 0260.8c01.4444 广播帧和多点传送帧 mac地址表地址表 冗余网络拓扑 冗余拓扑消除了由于单点故障所引致的网络不通问题 所有的网络需要冗余来提高可靠性 冗余拓扑却带来了广播风暴、重复帧和mac地址表不稳定的 问题 网段网段 1 网段网段 2 服务器服务器/主机主机 x

7、路由器路由器 y 冗余拓扑的特点 q冗余拓扑消除了单点故障 q 交换机对不知道地址的帧进行泛洪 q交换机对广播和组播也进行泛洪。 q冗余交换拓扑或许会带来广播风暴、多 帧拷贝以及mac地址表不稳定的问题 广播广播 广播风暴 交换机交换机 a 交换机交换机 b 主机主机 x 发送一广播信息发送一广播信息 网段网段 1 网段网段 2 服务器服务器/主机主机 x 路由器路由器 y 广播广播 交换机不停地发出广播信息交换机不停地发出广播信息 广播风暴 交换机交换机 a 交换机交换机 b 网段网段 1 网段网段 2 服务器服务器/主机主机 x 路由器路由器 y 更复杂的拓扑结构可能导致多重回路 在第2层

8、没有能够防止这种回路的机制 服务器服务器/主机主机 工作站工作站 回路回路 回路回路 回路回路 多重回路问题 广播广播 回路的解决办法:生成树协议 spanning-tree protocol 生成树协议的目的：维护一个无回路的网络生成树协议的目的：维护一个无回路的网络 将某些端口置于阻塞状态就能防止冗余结构的网络拓扑将某些端口置于阻塞状态就能防止冗余结构的网络拓扑 中产生回路中产生回路 无环路拓扑称为树，并且是可扩展的树无环路拓扑称为树，并且是可扩展的树 创建无环路拓扑的算法称为生成树算法。创建无环路拓扑的算法称为生成树算法。 阻塞阻塞x stp术语 q桥id (bridge id)（优先级

9、+端口mac地址) bid用来识别每一个交换机/网桥。 bid用来确定网络的中心，在stp中称为根桥。 优先级默认为32768 q开销（cost） 最短路径是cost累加，而cost是基于链路的速率的。 q桥协议数据单元（bpdu） 交换机发送的创建逻辑无环路的数据包称为bpdu bpdu在阻塞的接口上也可以接收，这确保如果链 路或设备出现问题，新的生成树会被计算 默认，bpdu 2秒发送一次 开销（cost）值 每个网络只能有一个根桥每个网络只能有一个根桥 所有端口都处于转发状态，可以发送、接收通信量 称为标志端口 每个非根桥只能有一个根端口每个非根桥只能有一个根端口 一个根端口，转发状态并

10、连接到根端口 从一个非根桥到根桥，根部端口是成本最低的路径 每段只能有一个指派端口每段只能有一个指派端口 非指派端口一般处于阻塞状态，以打破回路 非指定端口不被使用非指定端口不被使用 x 指派端口指派端口(f)根端口根端口(f) 指派端口指派端口(f) 非指派端口非指派端口(b) 根桥根桥非根桥非根桥 sw xsw y 100baset 10baset 生成树要求 生成树操作 生成树操作步骤 q选举根桥，bid最小即是 q计算自己到根桥距离 q选择根端口，距离根桥最近的接口 q选指定端口和非指定端口，非指定端口 被阻塞 交换机交换机 y 缺省的优先级缺省的优先级 32768 (8000 十六进

11、制十六进制) mac 0c0022222222 交接机交接机 x 缺省的优先级缺省的优先级 32768 (8000 十六进制十六进制) mac 0c0011111111 bpdu bpdu = bridge protocol data unit (缺省地每缺省地每2秒发送秒发送bpdu数据数据) 根桥根桥 = 有最低桥识别码的桥有最低桥识别码的桥 桥识别码（桥识别码（id） = 桥优先级桥优先级 + 桥桥mac地址地址 例中，例中， 哪个交换机的桥识别码最低哪个交换机的桥识别码最低? root bridge的选择 交接机交接机 y 缺省的优先级缺省的优先级 32768 mac 0c002222

12、2222 交换机交换机 x 缺省的优先级缺省的优先级 32768 mac 0c0011111111 root bridge x 端口端口 0 端口端口1 端口端口0 端口端口1 100baset 10baset 指派端口指派端口(f)根端口根端口 (f) 非指派端口非指派端口(b)指派端口指派端口(f) 端口状态 连接速率连接速率开销开销(修订的修订的 ieee 规范规范) 开销开销(旧旧ieee 规范规范) - 10 gbps 21 1 gbps41 100 mbps1910 10 mbps100100 路径代价 生成树路径开销是以路径中所有链路带宽为基础计算的整生成树路径开销是以路径中所有

13、链路带宽为基础计算的整 个路径开销的总和个路径开销的总和 交换机交换机y mac 0c0022222222 缺省的优先级缺省的优先级 32768 交换机交换机x mac 0c0011111111 缺省的优先级缺省的优先级 32768 端口端口0 端口端口1 端口端口 0 端口端口1 交换机交换机 z mac 0c0011110000 缺省的优先级缺省的优先级 32768 端口端口 0 请指出请指出: 根桥根桥 指派端口、非指派端口和根端口指派端口、非指派端口和根端口? 各端口分别是转发还是阻塞状态各端口分别是转发还是阻塞状态? 100baset 100baset 生成树 端口端口 0 100b

14、aset 100baset 指派端口指派端口(f) 根端口根端口 (f) 非指派端口非指派端口 (阻塞阻塞)指派端口指派端口 (f) 根端口根端口 (f) 请指出请指出: 根桥根桥 指派端口、非指派端口和根端口指派端口、非指派端口和根端口? 各端口分别是转发还是阻塞状态各端口分别是转发还是阻塞状态? 生成树 交换机交换机y mac 0c0022222222 缺省的优先级缺省的优先级 32768 交换机交换机x mac 0c0011111111 缺省的优先级缺省的优先级 32768 端口端口0 端口端口1 端口端口 0 端口端口1 交换机交换机 z mac 0c0011110000 缺省的优先级

15、缺省的优先级 32768 阻阻 塞塞 侦侦 听听 学学 习习 转转 发发 生成树会将每个端口的状态作以下变换生成树会将每个端口的状态作以下变换: 生成树端口状态 交换机交换机y mac 0c0022222222 缺省的优先级缺省的优先级 32768 交换机交换机 x mac 0c0011111111 缺省的优先级缺省的优先级 32768 端口端口 0 端口端口 1 端口端口0 端口端口1 10baset x 100baset root bridge 指派端口指派端口根端口根端口 (f) 非指派端口非指派端口 (阻塞阻塞) 指派端口指派端口 生成树重新生成 q基于软件实现基于软件实现 q每个桥只

16、能有一个生成树每个桥只能有一个生成树 q每个桥通常最多到每个桥通常最多到16个端口个端口 桥桥 q基于硬件实现基于硬件实现(asic) q每个交换机可以有多个生成树每个交换机可以有多个生成树 q每个交换机有更多的端口每个交换机有更多的端口 交换机交换机 桥与交换机的比较 全双工全双工 只能用于点对点只能用于点对点 连接到特定的端口连接到特定的端口 两端均须支持全双工两端均须支持全双工 无冲突无冲突 冲突检测电路关闭冲突检测电路关闭 双工综述 半双工半双工 (csma/cd) 单向数据传送单向数据传送 冲突可能性高冲突可能性高 用集线器连接用集线器连接 交换机交换机 集线器集线器 交换机的分类

17、q根据交换机的结构分类 插拔式机箱交换机和固定配置交换机 q根据交换机工作的协议层分类 第二层交换机 第三层交换机 第四层等交换机 交换机的参数与选购 q转发方式 q延时 q转发速率 q管理功能 qmac地址数 q扩展树 q背板带宽 q端口 q堆叠方式 q外型尺寸 多层交换技术 q三层交换技术就是： 二层交换技术三层转发技术。 它解决了局域网中网段划分之后，网段中子网必须 依赖路由器进行管理的局面，解决了传统路由器低 速、复杂所造成的网络瓶颈问题。 q四层交换技术 通过使用基于第3层地址和第4层应用信息的硬件交 换对分组进行转发（本质上使用了第2层的地址）。 坚持分组头中包含的第4层协议类型（

18、例如udp或 tcp） 对第4层分段头进行坚持以确定应用端口号 三层交换技术特点 q线速路由 q路由功能 q路由协议支持 q自动发现功能 q过滤服务功能 qvlan功能 交换机接口类型 q交换机接口分为ethernet（10m），fast ethernet（10/100m），gigabitethernet接 口（10/100/100m）几种类型。 q配置命令为interface ethernet/ fast ethernet/gigabitethernet q例如要配置吉比特以太网口第一个模块 的第一个接口的命令为： switch(config)#interface gig1/1 配置交换机接

19、口描述 q可为交换机的每个端口设置一个名字，方便记忆。可 使用description命令来描述各个接口。 qswitch(config)#interface gig1/1 qswitch(config-if)#description test qswitch(config-if)#end qswitch#show int gig1/1 gigabitethernet1/1 is down, line protocol is down (notconnect) hardware is gigabit ethernet port, address is 000d.bc78.2d00 (bia 00

20、0d.bc78.2) description: test 配置端口的速度和双工模式 q以太网交换机（10m/100m）的双工模式 可以设定为全双工（full duplex）或半双 工（half duplex）（缺省为半双工），端 口的速度和双工模式一般设置为自适应 （autonegotiation） q配置命令为 speed 10 | 100 | 1000 | auto | nonegotiate duplex auto | full | half 具体配置如下 qswitch(config)#int gig2/1 qswitch(config-if)#speed 100 qswitch(co

21、nfig-if)#duplex full qswitch(config-if)#int gig2/2 qswitch(config-if)#speed auto qswitch(config-if)#interface gigabitethernet3/5 qswitch(config-if)# speed nonegotiate qswitch#show int gig2/1 激活端口 q交换机端口缺省配置为关闭（shut down） 状态，需输入命令来激活。 配置命令为no shut down 具体配置命令如下： switch(config)# interface gigabitether

22、net0/2 switch(config-if)# no shutdown switch(config)#ip default-gateway 10.5.5.3 switch(config)# ip default-gateway ip address 配置交换机缺省网关 设置双工模式 switch(config)#interface e0/1 switchconfig-if)# duplex auto | full | full-flow-control | half switch#sh mac-address-table number of permanent addresses : 0 number of restricted static addresses : 0 number of dynamic addresses : 6 address dest interface type source interface list - 00e0.1e5d.ae2f ethernet 0/2 dynamic all 00d0.588f.b604 fastethernet 0/26 dynamic all 00e0.1e5d.ae2b fast