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1、Lesson 7 第二层交换机的功能第二层交换机的功能7.1 第二层交换机的任务原理7.2 生成树协议(STP)7.3 高级生成树协议7.4 第二层交换机的根本配置7.5 交换机的端口平安7.1 第二层交换机的任务原理7.1.1 面板指示灯7.1.2 交换机和网桥的比较7.1.3 交换机的数据转发方式7.1.4 第二层交换机的功能7.1.5 冗余(Redundant)7.1.1 面板指示灯面板指示灯7.1.2 交换机和网桥的比较交换机和网桥的比较网桥(Bridge)交换机(Switch) Cut-Through直通转发Switch checks destination address and
2、immediately begins forwarding frame Fragment-Free碎片丢弃Switch checks the first 64 bytes, then immediately begins forwarding frame Store and Forward存储转发Complete frame is received and checked before forwarding7.1.3 交换机的数据转发方式交换机的数据转发方式7.1.4 第二层交换机的功能第二层交换机的功能地址学习 (Address learning)转发/过滤决议 (Forward/filte
3、r decision)防止循环 (Loop avoidance)MAC地址表地址表(MAC Address Table)交换机上电初始化期间交换机上电初始化期间MAC地址表是空的地址表是空的地址学习地址学习(Learning Addresses)Station A sends a frame to station C.The switch caches the MAC address of station A to port E0 by learning the source address of data frames.The frame from station A to station
4、C is flooded out to all ports except port E0 (unknown unicasts are flooded).地址学习地址学习(Learning Addresses)Station D sends a frame to station C.The switch caches the MAC address of station D to port E3 by learning the source address of data frames.The frame from station D to station C is flooded out to
5、 all ports except port E3 (unknown unicasts are flooded).过滤帧过滤帧(Filtering Frames)Station A sends a frame to station C.The destination is known; the frame is not flooded.过滤帧过滤帧(Filtering Frames )Station A sends a frame to station B.The switch has the address for station B in the MAC address table.Sta
6、tion D sends a broadcast or multicast frame.Broadcast and multicast frames are flooded to all ports other than the originating port.广播广播MAC地址：地址：FF.FF.FF.FF.FF.FF组播组播MAC地址范围地址范围 ：01:00:5E:00:00:00-01:00:5E:FF:FF:FF广播和组播帧广播和组播帧(Broadcast and Multicast Frames)7.1.5 冗余冗余(Redundant)优点：冗余可以防止单点缺点缺陷：交换循环(
7、Switch loop)交换循环的危害交换循环的危害广播风暴(Broadcast Storms)多帧复制(Multiple Frame copies) MAC地址表不稳定 MAC Database Instability Host X sends a broadcast. Switches continue to propagate broadcast traffic over and over.广播风暴广播风暴(Broadcast Storms)Host X sends a unicast frame to router Y.The MAC address of router Y has n
8、ot been learned by either switch.Router Y will receive two copies of the same frame.多帧复制多帧复制(Multiple Frame copies)Host X sends a unicast frame to router Y.The MAC address of router Y has not been learned by either switch.Switches A and B learn the MAC address of host X on port 0.The frame to router
9、 Y is flooded.Switches A and B incorrectly learn the MAC address of host X on port 1.MAC地址表不稳定地址表不稳定(MAC Database Instability7.2 生成树协议生成树协议生成树协议(Spanning-tree protocol, STP)的出现可以运用我们的交换网络既可以发扬冗余技术的的优点，同时处理因交换循环所带来的缺陷 ,采用IEEE802.1D规范7.2.1 STP的术语的术语STP交换机之间经过互送BPDUBridge protocol data unit来检测无环路网络.STP
10、的术语的术语-根桥根桥根桥(Boot Bridge)是桥ID最低的网桥 STP的术语的术语-桥桥ID桥IDBridge ID由桥优先级(思科交换机默以为32768)+交换机的MAC地址 STP的术语的术语-BPDUBPDU (Bridge Protocol Data Unit,网桥协议数据单元)是交换机之间利用BPDU相互交换信息，BPDU中包括桥ID来选举出根网桥。 STP的术语的术语-非根网桥非根网桥非根网桥是除根网桥外的一切其他网桥 STP的术语的术语-根端口根端口 根端口(Root Port)是在一切非根网桥中选举衔接到根网桥开销途径最小的链路所在的端口,假设有开销一样的途径那么运用P
11、ID最小的端口。PID端口ID由端口优先级默以为128加端口的MAC地址组成。根端口将被标志为转发端口.可以转发数据帧。 STP的术语的术语-指定端口指定端口在每个冲突域中选举到根网桥开销途径最低的端口，假设有开销一样的途径那么运用桥ID最小的交换机所在端口作为指定端口。指定端口将被标志为转发端口.可以转发数据帧。STP的术语的术语-非指定端口非指定端口在一个交换网络中选举完根端口和指定端口之后剩下的端口被称为非指定端口。非指定端口将被置为阻塞形状。不能转达发数据帧。7.2.2 途径的开销途径的开销 链路带宽链路开销10Gbps21Gbps4100Mbps1910Mbps1007.2.3 ST
12、P的操作的操作选举根网桥 选举根端口 选举指定端口非指定端口 STP的操作的操作STP的计算的计算7.2.4 STP的收敛的收敛收敛(convergence)当一切端口变化到转发或堵塞形状时，网络开场收敛，在网络收敛完成前，一切的数据不能被传送。收敛保证了一切的设备拥有一样的数据库即一样的网络拓扑构造，这样保证全网范围内的数据一致性。普通来说从堵塞形状进入到转发形状需求50 秒左右的时间。在学习和转发形状下将学习在学习和转发形状下将学习MAC地址地址STP端口形状端口形状7.2.5 STP的类型公共生成树公共生成树(CST)一切的一切的VLAN只需单个只需单个STP实例实例,这个实例称为这个实
13、例称为公共生成树公共生成树(Command Spanning Tree, CST).基基于于802.1Q每每VLAN生成树生成树(PVST)Cisco的专利版本的专利版本,每个每个VLAN都有一个独立的都有一个独立的STP实例实例.基于基于Cisco ISL每每VLAN生成树加生成树加(PVST+) 也是也是Cisco的专利版本的专利版本,可以使可以使PVST和和CST协协议的设备可以进展互操作议的设备可以进展互操作.在在802.1Q和和ISL上操上操作作34CST CST 简化交换机的配置,节省计算STP时的CPU的开销不能实如今冗余链路的负载平衡CST不能提供最正确的可靠性和稳定性PVST
14、可以在衔接分给不同的VLAN时经过冗余衔接进展负载平衡PVST+CiscoPVST RegionCommon Spanning-Tree RegionIEEE 802.1Q Trunks7.2.6 STP的配置启用STP (默许是启用的)Switch(config)# spanning-tree vlan vlan-id更改优先级成为根交换机 Switch(config)# spanning-tree vlan vlan-id priority priority调理途径Cost在Trunk端口设置某一VLAN的CostSwitch(config-if)# spanning-tree vlan
15、vlan-id cost cost在access端口设置CostSwitch(config-if)# spanning-tree cost cost启用PortFast Switch(config-if)# spanning-tree portfast启用UplinkFast (不能在根交换机上运用) Switch(config-if)# spanning-tree Uplinkfast启用BackboneFast全部交换机都要启用 Switch(config)# spanning-tree backbonefastPortFastPortFast最小化效力器和任务站的停工时间( downti
16、me)PortFast 只能用在访问端口上 C CEnd-User PC1. PortFastPortFastPortFastUplinkFastUplinkFast最小化网络停工时间( downtime)UplinkFast 是用于在交换机之间衔接时,使网络小于5秒的时间内收敛PortFast 用在中继端口中 New Forwarding Path forVLAN RedNormalForwardingLinkEnd-User PC2. UplinkFast(快速上行链路)UplinkFast3. BackboneFast (快速主干)当指定网桥失去了与根桥的衔接时，会就发出Inferior
17、 BPDU(下级BPDU)，阐明本人是新的根桥。这样对方的交换机就会在本人的Root Port和本来处于Blocking形状的端口都收到BPDU了。BackboneFast (快速主干)运用于没有的交换机上都运用收敛时间从原来的50秒节省到30秒时间查看STP的运转形状ASW11#show spanning-tree vlan 200VLAN0200 Spanning tree enabled protocol ieee Root ID Priority 49352 Address 0008.2199.2bc0 This bridge is the root Hello Time 2 sec
18、Max Age 20 sec Forward Delay 15 sec Bridge ID Priority 49352 (priority 49152 sys-id-ext 200) Address 0008.2199.2bc0 Hello Time 2 sec Max Age 20 sec Forward Delay 15 sec Aging Time 300 Uplinkfast enabledInterface Port ID Designated Port IDName Prio.Nbr Cost Sts Cost Bridge ID Prio.Nbr- - - - - - -Fa0
19、/1 128.1 3019 LIS 0 49352 0008.2199.2bc0 128.1Fa0/2 128.2 3019 LIS 0 49352 0008.2199.2bc0 128.2Switch#show spanning-tree vlan vlan-id 显示STP交换机的信息Switch#show spanning-tree bridge Hello Max FwdVlan Bridge ID Time Age Dly Protocol- - - - - -VLAN0200 49352 (49152,200) 0008.2199.2bc0 2 20 15 ieeeVLAN0202
20、 49354 (49152,202) 0008.2199.2bc0 2 20 15 ieeeVLAN0203 49355 (49152,203) 0008.2199.2bc0 2 20 15 ieeeVLAN0204 49356 (49152,204) 0008.2199.2bc0 2 20 15 ieeeVLAN0205 49357 (49152,205) 0008.2199.2bc0 2 20 15 ieeeVLAN0206 49358 (49152,206) 0008.2199.2bc0 2 20 15 ieeeSwitch#show spanning-tree bridge7.3 高级
21、生成树协议RSTP Rapid Spanning Tree Protocol,快速生成树协议MST Multiple Spanning Tree Protocol,多生成树协议7.3.1 RSTP 采用IEEE802.1W协议.可以比采用802.1D的传统生成树协议更快收敛.1、RSTP 的端口类型根端口指定端口可选端口：非根网桥到根网桥的次最小开销链路所在端口备份端口：网段到根网桥的次最小开销链路所在的端口RSTP 端口形状RSTP RSTP RSTP 端口形状端口形状端口形状端口形状端口形状端口形状DiscardingDiscardingDiscarding丢弃丢弃丢弃丢弃丢弃丢弃STP
22、STP STP 端口形状端口形状端口形状端口形状端口形状端口形状DisabledDisabledDisabled禁用禁用禁用禁用禁用禁用端口能否包括在端口能否包括在端口能否包括在端口能否包括在端口能否包括在端口能否包括在活动的拓扑中活动的拓扑中活动的拓扑中活动的拓扑中活动的拓扑中活动的拓扑中NoNoNo端口能否学习端口能否学习端口能否学习端口能否学习端口能否学习端口能否学习MACMACMAC地址地址地址地址地址地址NoNoNoDiscarding Discarding Discarding 丢弃丢弃丢弃丢弃丢弃丢弃BlockingBlockingBlocking阻塞阻塞阻塞阻塞阻塞阻塞NoNo
23、NoNoNoNoDiscarding Discarding Discarding 丢弃丢弃丢弃丢弃丢弃丢弃ListeningListeningListening监听监听监听监听监听监听NoNoNoNoNoNoLearningLearningLearning学习学习学习学习学习学习LearningLearningLearning学习学习学习学习学习学习NoNoNoYesYesYesForwardingForwardingForwarding转发转发转发转发转发转发ForwardingForwardingForwarding转发转发转发转发转发转发YesYesYesYesYesYes2、RSTP的
24、BPDU 格式3、RSTP的收敛4、拓扑改动和RSTP7.3.2 MST MSTMultiple Spanning Tree Protocol,多生成树协议，MST是由IEEE802.1s规范定义。MST可以运用多个STP实例，每个协议支持不同的VLAN组Standard 802.1Q CaseMST CaseMST 区域(Regions)MST configuration on each switch:NameRevision numberVLAN association table7.4 交换机的根本配置交换机的根本配置7.4.1 Catalyst 2950交换机的默许配置： IP add
25、ress: 0.0.0.0CDP: enabled100BaseT port: autonegotiate duplex modeSpanning tree: enabledConsole password: none7.4.2 交换机的根本配置交换机的根本配置配置主机名：Switch (config)# hostname 主机名配置IP地址：Switch(config)#int vlan1Switch(config-if)#ip address IP地址 子网掩码Switch(config-if)#no shut配置网关地址： Switch(config)# ip default-gatew
26、ay ip address查看交换机的查看交换机的IP地址地址Switch# show interfaces vlan 1Vlan1 is up, line protocol is upHardware is CPU Interface, address is 0008.a445.9b40 (bia 0008.a445.9b40)Internet address is 10.2.2.11/24. . .Switch#查看交换的查看交换的MAC地址表地址表Switch# show Mac-address-table Mac Address Table-Vlan Mac Address Type
27、Ports- - - - All 0008.a445.9b40 STATIC CPU All 0100.0ccccc STATIC CPU All 0100.0ccccd STATIC CPU All 0100.0cdd.dddd STATIC CPU 1 0008.e3e8.0440 DYNAMIC Fa0/2Total Mac Addresses for this criterion: 5Switch#7.5 交换机的端口平安交换机的端口平安交换机的端口平安(Port Security)是基于识别站点的MAC地址来约束进入到一个交换机端口的访问。可以约束可以进入到交换机端口的MAC地址数量
28、，也可以约束进入到交换机的特定MAC地址。配置交换机的端口平安配置交换机的端口平安指定端口方式为访问(Access)方式 Switch(config-if)# switchport mode access指定可以进入端口的最大MAC地址数量Switch(config-if)# switchport port-security maximum 1-132设置可以进入端口的特定MAC地址Switch(config-if)# switchport port-security Mac-address Mac-address设置违反端口平安后的动作 Switch(config-if)# switchpo
29、rt port-security violation protect |restrict | shutdownshutdown：封锁，默许参数protect： 维护，超越规定的MAC地址数量时，丢弃数据但不封锁端口restrict： 限制将设置的平安规那么运用端口Switch(config-if)# switchport port-security查看端口平安查看端口平安Switch# show port-securitySecure Port MaxSecureAddr CurrentAddr SecurityViolation Security Action (Count) (Count) (Count)- Fa0/2 1 1 0 Shutdown-Total Addresses in System (excluding one mac per port) : 0Max Addresses limit in System (excluding one mac per port) : 1024The End
