交换机理论概述

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1、实验二、三 数据链路层交换机,本章目标,通过本章的学习，你应该掌握以下内容: 能描述2层交换(桥接)的运作 掌握交换机的工作原理 能描述回路问题 掌握回路的解决办法: 生成树协议 掌握2950系列交换机的配置和运作 配置一个VLAN 配置VTP (VLAN Trunking Protocol)协议,地址学习 帧的转发/过滤 回路防止,交换机的三个功能,直通转发 交换机检测到目标地址后即转发帧,Frame,片断转发 (直通转发的修订版)Cat1900 的缺省模式 交换机检测到帧的前64字节后即转发,Frame,存贮转发 完整地收到帧并检查无错后才转发,Frame,Frame,Frame,帧交换,

2、交换机如何学习主机的位置,最初开机时MAC地址表是空的,MAC地址表,0260.8c01.1111,0260.8c01.2222,0260.8c01.3333,0260.8c01.4444,E0,E1,E2,E3,A,B,C,D,交换机如何学习主机的位置,主机A发送数据帧给主机C 交换机通过学习数据帧的源MAC地址，记录下主机A的MAC地址 对应端口E0 该数据帧转发到除端口E0以外的其它所有端口 (不清楚目标主机的单点传送用泛洪方式),0260.8c01.1111,0260.8c01.2222,0260.8c01.3333,0260.8c01.4444,E0: 0260.8c01.1111,

3、E0,E1,E2,E3,D,C,B,A,MAC地址表,交换机如何学习主机的位置,主机D发送数据帧给主机C 交换机通过学习数据帧的源MAC地址，记录下主机D的MAC地址对应端口E03 该数据帧转发到除端口E3以外的其它所有端口 (不清楚目标主机的单点传送用泛洪方式),0260.8c01.1111,0260.8c01.2222,0260.8c01.3333,0260.8c01.4444,E0: 0260.8c01.1111,E3: 0260.8c01.4444,E0,E1,E2,E3,D,C,A,B,MAC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

4、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,E0,E1,E2,E3,X,X,D,C,A,B,MAC地址表,主机D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口,0260.8c01.1111,0260.8c01.2222,0260.8c01.3333,0260.8c01.4444,E0,E1,E2,E3,D,C,A,B,E0: 0260.8c01.

5、1111,E2: 0260.8c01.2222,E1: 0260.8c01.3333,E3: 0260.8c01.4444,广播帧传送帧,MAC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 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 1,网段 2,服务器/主机 X,路由器 Y,广播,交换机 A,交换机 B,主机 X 发送一广播信息,广播风暴,网段 1,网段 2,服务器/主机 X,路由器 Y,广播,广播风暴,交换机 A,交换机 B,主机 X 发送一广播信息,网段 1,网段 2,服务器/主机 X,路由器 Y,广播,交换机不停地发出广播信息,广播风暴,交

6、换机 A,交换机 B,网段 1,网段 2,服务器/主机 X,路由器 Y,重复帧,单点帧,主机X发关一单点帧给路由器Y 路由器Y的MAC地址还没有被交换机A和B学习到,交换机 A,交换机 B,网段 1,网段 2,服务器/主机 X,路由器 Y,主机X发送一单点帧给路由器Y 路由器Y的MAC地址还没有被交换机A和B学习到 路由器Y会收到同一帧的两个拷贝,重复帧,交换机 A,交换机 B,网段 1,网段 2,服务器/主机 X,路由器 Y,单点帧,单点帧,主机X发送一单点帧给路由器Y 路由器Y的MAC地址还没有被交换机A和B学习到 交换机A和B都学习到主机X的MAC地址对应端口0,端口 0,端口1,端口0

7、,端口1,MAC地址表不稳定,交换机 A,交换机 B,网段 1,网段 2,服务器/主机 X,路由器 Y,Unicast,主机X发送一单点帧给路由器Y 路由器Y的MAC地址还没有被交换机A和B学习到 交换机A和B都学习到主机X的MAC地址对应端口0 到路由器Y的数据帧在交换机A和B上会泛洪处理 交换机A和B都错误学习到主机X的MAC地址对应端口 1,MAC地址表不稳定,单点帧,端口 0,端口1,端口0,端口1,交换机 A,交换机 B,网段 1,网段 2,服务器/主机 X,路由器 Y,更复杂的拓扑结构可能导致多重回路 在第2层没有能够防止这种回路的机制,服务器/主机,工作站,回路,回路,回路,多重

8、回路问题,回路的解决办法: 生成树协议 Spanning-Tree Protocol,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,阻塞,x,每个网络只能有一个根桥 每个非根桥只能有一个根端口 每段只能有一个指派端口,x,指派端口(F),根端口(F),指派端口(F),非指派端口(B),根桥,非根桥,SW X,SW Y,100baseT,10baseT,生成树运作,交换机 Y 缺省的优先级 32768 (8000 十六进制) MAC 0c0022222222,交接机 X 缺省的优先级 32768 (8000 十六进制) MAC 0c0011111111,BPDU,BPDU = Br

9、idge protocol data unit (缺省地每2秒发送BPDU数据) 根桥 = 有最低桥识别码的桥 桥识别码 = 桥优先级 + 桥MAC地址 例中， 哪个交换机的桥识别码最低?,Root Bridge的选择,交接机 Y 缺省的优先级 32768 MAC 0c0022222222,交换机 X 缺省的优先级 32768 MAC 0c0011111111,Root bridge,x,端口 0,端口1,端口0,端口1,100baseT,10baseT,指派端口(F),根端口 (F),非指派端口(B),指派端口(F),端口状态,生成树会将每个端口的状态作以下变换:,生成树端口状态,连接速率

10、代价(修订的 IEEE 规范) 代价(旧IEEE 规范) - 10 Gbps 2 1 1 Gbps 4 1 100 Mbps 19 10 10 Mbps 100 100,路径代价,交换机Y MAC 0c0022222222 缺省的优先级 32768,交换机X MAC 0c0011111111 缺省的优先级 32768,端口0,端口1,端口 0,端口1,交换机 Z Mac 0c0011110000 缺省的优先级 32768,端口 0,请指出: 根桥 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?,100baseT,100baseT,生成树,端口 0,100baseT,100bas

11、eT,指派端口(F),根端口 (F),非指派端口 (阻塞),指派端口 (F),根端口 (F),请指出: 根桥 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?,生成树,交换机Y MAC 0c0022222222 缺省的优先级 32768,交换机X MAC 0c0011111111 缺省的优先级 32768,端口0,端口1,端口 0,端口1,交换机 Z Mac 0c0011110000 缺省的优先级 32768,分段灵活性 安全性,第三层,第二层,第一层,销售部,人力资源部,工程部,一个VLAN =一个广播域 = 逻辑网段 (子网),VLAN综述,交换机 A,绿色 VLAN,黑色

12、VLAN,红色 VLAN,每个逻辑的VLAN就象一个独立的物理桥,VLAN运作,交换机A,交换机B,每个逻辑的VLAN就象一个独立的物理桥 同一个VLAN可以跨越多个交换机,VLAN运作,绿色 VLAN,黑色 VLAN,红色 VLAN,绿色 VLAN,黑色 VLAN,红色 VLAN,交换机A,交换机B,主干连接,每个逻辑的VLAN就象一个独立的物理桥 同一个VLAN可以跨越多个交换机 主干功能支持多个VLAN的数据,快速以太网,VLAN运作,绿色 VLAN,黑色 VLAN,红色 VLAN,绿色 VLAN,黑色 VLAN,红色 VLAN,ISL标识,通过硬件(ASIC)实现 ISL标识不会出现在

13、工作站，客户端并不知道ISL的封装信息 在交换机或路由器与交换机之间，在交换机与具有ISL网卡的服务器之间可以实现,ISL的主干功能使得VLAN信息可以穿越主干线,进入主干线前加上VLAN标识,离开主干线后去掉VLAN标识,ISL支持VLAN的标识,ISL封装,ISL 头 26 bytes,以太帧数据,CRC 4 bytes,用ISL头与CRC进行帧封装 可以支持多个VLAN (1024) VLAN号 BPDU控制位,DA,Type,User,SA,LEN,AAAA03,HSA,VLAN,BPDU,BPDU,INDEX,RES,VTP协议 (VLAN Trunking Protocol ),一

14、个能够宣告VLAN配置信息的信息系统 通过一个共有的管理域，维持VLAN配置信息的一致性 VTP只能在主干端口发送要宣告的信息 支持混合的介质主干连接(快速以太网, FDDI, ATM),1.“新增一个vlan”,3.同步最新的vlan信息,2,VTP 域 “ICND”,VTP模式,服务器模式,客户模式,透明模式,发送/转发 信息宣告 同步 不会存贮于NVRAM,创建vlan 修改vlan 删除vlan 发送/转发 信息宣告 同步 存贮于NVRAM,创建vlan 修改vlan 删除vlan 转发 信息宣告 不同步 存贮于NVRAM,VTP是如何工作的,VTP信息宣告以多点传送的方式来进行 VT

15、P服务器和客户模式下会同步最新版本的宣告信息 VTP信息宣告每隔5分钟或者有变化时发生,VTP信息宣告以多点传送的方式来进行 VTP服务器和客户模式下会同步最新版本的宣告信息 VTP信息宣告每隔5分钟或者有变化时发生,1.新增VLAN 2.版本3 版本4,服务器,客户,客户,4.版本3 版本4 5.同步新的VLAN信息,3,3,4.版本3 版本4 5.同步新的VLAN信息,VTP是如何工作的,通过阻止不必要数据的泛洪传送来增加可用的带宽 例如: 主机A发出广播，广播仅仅泛洪到已有端口被分配到红色VLAN的所有交换机,交换机4,交换机2,交换机6,交换机3,交换机 1,端口 2,被泛洪的数据在这些地方被阻止,红色 VLAN,