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1、,第 4 章 网络交换技术,4.1 第二层交换的基本概念,“交换”是网络技术中特定的术语，是指完成信号从网络设备的入口到出口的转发，只要符合这个定义的设备都可以叫做交换设备。,第二层交换设备使用特定集成电路（Application Specific Integrated Circuit，ASIC）硬件来实现低延迟数据流转发。,交换机主要的转发模式有如下3种。 （1）存储转发（Store and Forward） （2）直接交换（Cut Through） （3）无碎片交换（Fragment Free）,典型的以太网第二层交换机增加了可用带宽，减少了每个网段上的用户数量，并将网段连接起来。,4.2
2、 第二层的交换技术,4.2.1 地址学习 地址学习，亦称为地址获悉，地址学习过程对于交换机的正确运行是关键。它通过以太网数据帧的源地址来确定网络上设备的位置。,交换机的目标是隔离数据流，确保前往特定冲突域中主机的分组不会传播到其他网段，而只将其转发到目标主机所在的网段。,4.2.2 转发/过滤决策 交换机通过对数据帧的目的地址判断来作出转发/过滤决策。,4.2.3 回环避免 第二层交换技术，启用生成树协议避免桥接回环的产生，桥接回路将会导致网络性能的下降。避免交换机产生回环的目的是避免形成网络环路。,1消除广播风暴 广播风暴是指由于网络中的广播过多导致网络拥塞。,2避免非广播帧的多个拷贝 大多
3、数协议都不能识别和应对多拷贝的情况。通常，使用序列号机制的协议假定有很多传输是失败的，并循环使用序列号，而其他协议将处理多拷贝的问题交给高层协议去处理，导致结果不可预测。,3避免数据库不稳定 当同一个数据帧的多个拷贝通过不同端口进入交换机时，将导致数据库不稳定。,4交换型网络中的多环路,4.2.4 生成树协议 1生成树协议的概念 生成树协议（Spanning Tree Protocol，STP）是DEC公司开发的一种网桥到网桥（bridge-to-bridge）协议。,STP是在含有物理环路的交换网络上生成无回环的逻辑网络的方法，其目的在于确保网络中没有环路。STP在后台运行监视着网络，找出所
4、有的链路并关闭多余的链路，阻止网络在第二层上产生回路。,2生成树协议的工作原理 运行生成树算法的交换机（网桥）使用网桥协议数据单元（Bridge Protocol Data Unit，BPDU）的多播消息的特殊数据帧，每隔一定的时间（默认值为2s）同其他交换机交换BPDU消息，用它检测生成树的状态，通过生成树算法得到生成树。BPDU包含了根信息、端口信息、本网桥信息等。,3生成树的工作过程 （1）确定根交换机。 （2）确定根端口。 （3）在每个网段上确定选取交换机。 （4）决定选取端口。,4拓扑变化 当某个交换机检测到拓扑变化时，它将向根交换机方向的选取交换机发送拓扑变化通知BPDU，以拓扑变
5、化通知定时器的时间间隔定期发送拓扑变化通知BPDU，直到收到了选取交换机发来的确认拓扑变化信息。,同时选取交换机重复以上过程，继续向根交换机方向的交换机发送拓扑变化通知BPDU。拓扑变化的通知最终传到根交换机。,然后，所有的交换机重新选举决定根交换机、交换机的根端口、以及每个网段的选取交换机和选取端口，这样生成树的拓扑结构也就重新决定了。,5快速生成树协议 快速生成树协议（R Spanning Tree Protocol，RSTP），通过对修改BPDU，并将其用作交换机之间的存活消息来实现的。,4.3 虚拟局域网,4.3.1 VLAN的标准 虚拟局域网（Virtual Local Area N
6、etwork，VLAN）的定义方式和交换机的通信方式是多样的，每个厂家都有自己的虚拟局域网的解决方案。目前已有两种VLAN标准：IEEE 802.10 VLAN标准和IEEE 802.1Q标准。,1IEEE 802.10 VLAN标准,2IEEE 802.1Q标准 IEEE 802.1Q标准用于在多台交换机（路由器或服务器）之间互连VLAN。,4.3.2 冲突域与广播域 冲突域是指若干在同一条物理介质相连接的设备中的任意两台设备同时访问该介质会导致冲突，称其为同一冲突域。广播域是指网络中若干在同一条物理介质相连接的设备，可以相互接收广播消息。,交换机连接的每个网段都是一个独立的冲突域，因为一个
7、网段上发生冲突不会影响其他网段。使用交换机来连接终端设备消除了冲突和争用的问题。,4.3.3 VLAN的基本概念 LAN是一组逻辑上的设备或者用户，也是一个逻辑广播域，可跨越多个LAN的物理网段，甚至可以跨越WAN。,VLAN的优点是，根据功能灵活地重组网络；将广播域分段后，节省更多带宽；分段隔离技术使网络安全性大大提高。,VLAN的网络具有如下特征。 （1）每个逻辑VLAN就像是一立的物理网桥。 （2）VLAN可以跨越多台交换机，能够创建多个广播域。 （3）中继链路能够为多个VLAN传输数据流。,图4.4 典型的VLAN模型,4.3.4 VLAN的划分 1VLAN划分的目的与方式 2基于端口
8、的VLAN划分方式 3基于MAC地址的VLAN划分方式 4其他的VLAN划分方式,4.3.5 VLAN的配置 1VLAN配置概述 （1）创建VLAN之前，确定是否要使用VTP来维护VLAN配置信息。,（2）配置中继链路和VLAN。 （3）以手工方式将各个端口划归到VLAN中被称为静态VLAN成员资格模式。,（1）VLAN中继协议的作用。 中继协议可以在一个具有多台交换机的网络中，将VLAN信息设置在一台主交换机上，并在全网通告、共享主交换机中的VLAN信息。,图4.5 VLAN中继协议,（2）VTP的3种工作模式。 服务器模式（Server）：在本模式下可以建立、修改和删除VLAN及配置其他关
9、于整个VTP管理域的参数。, 客户机模式（Client）：在本模式下不可建立、修改和删除VLAN及配置其他关于整个VTP管理域的的参数，并将VLAN配置信息存储在非易失性随机存取存储器（NVRAM）里。, 透明模式（Transparent）：在本模式下交换机不参与任何VTP管理域中VLAN配置的同步。,（3）VTP的工作原理。每隔一定时间或当VLAN配置发生变化时，VTP的通告在整个管理域中传播。VTP通告以多播帧的方式通过出厂默认VLAN（VLAN 1）传输。VTP通告中有一个配置修订号，修订号越高表示通告的VLAN信息越新。,交换机收到VTP通告后，检查管理域名称和密码是否与本地交换机中的配置相同。若相同，则使用、合并收到的信息。管理域名称和密码用于防止未经授权的交换机修改VTP域。,通过修订号判断，若该信息是在当前使用的配置之后创建的，交换机将用通告的VLAN信息覆盖其VLAN数据库。,3配置VLAN （1）配置VTP。 （2）配置基于端口的VLAN。（3）监测VLAN状况。,
