二层交换技术初级一.ppt

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1、二层交换技术初级一二层交换技术初级一福建公司ICND16-2Part.1 以太网交换机基础以太网交换机基础福建公司ICND16-3福建公司ICND16-4福建公司ICND16-5福建公司ICND16-6以太网络与以太网络与802.2802.2标准标准逻辑链路控制层逻辑链路控制层LLCLLCIEEE 802.2IEEE 802.2规定的以太网链路层之规定的以太网链路层之LLCLLC子层（子层（802.2802.2帧格式）：帧格式）：LLCMAC数据链路层数据链路层网络层网络层物理层物理层MAC头头 LLC头头数据包数据包MAC校验和校验和LLC头头数据包数据包比特流比特流数据包数据包注意：注意：

2、IEEE802.2 LLCIEEE802.2 LLC逻辑链路控制子层隐藏了各种逻辑链路控制子层隐藏了各种802802网络（如网络（如802.3802.3、802.4802.4、802.5802.5、802.11802.11等等）之间的差别，向网络层提供了一个统一的格等等）之间的差别，向网络层提供了一个统一的格式和接口。式和接口。福建公司ICND16-73 3种常用的种常用的802.3802.3连接方式连接方式1、10Base-5：总线型结构，使用粗缆和收发器连总线型结构，使用粗缆和收发器连接主机。接主机。2、10Base-2：总线型结构，使用细缆和无源总线型结构，使用细缆和无源BNC T型接头

3、连接主机。型接头连接主机。3、10Base-T：总线型（或星型）结构，双绞线和总线型（或星型）结构，双绞线和集线器连接主机。集线器连接主机。福建公司ICND16-8局域网分段局域网分段冲突域冲突域：广播域广播域：局域网分段局域网分段：影响局域网性能的两个常：影响局域网性能的两个常见问题见问题是是过过高的冲高的冲突和突和过过多的广播多的广播。“分段分段”将网将网络络分割成分割成较较小的段。网小的段。网桥桥、交交换换机和路由器通机和路由器通过过将冲突域分割成将冲突域分割成较较小的部分，从而降小的部分，从而降低低对带宽对带宽的的竞竞争，减少冲突。路由器争，减少冲突。路由器还还有一个好有一个好处处，它

4、可，它可以划分更小的广播域。以划分更小的广播域。福建公司ICND16-9局域网分段设备局域网分段设备设备设备OSIOSI层层分隔冲分隔冲突域突域分隔广分隔广播域播域备注备注HUBHUB物理层物理层不不不不网桥网桥数据链数据链路层路层是是不不每个端口是单独每个端口是单独的冲突域的冲突域交换机交换机数据链数据链路层路层是是不不实际上是多端口实际上是多端口网桥，每个端口网桥，每个端口是单独的冲突域是单独的冲突域路由器路由器网络层网络层是是是是每个端口是单独每个端口是单独的广播域的广播域福建公司ICND16-10交换机的三个功能交换机的三个功能地址学习生成转发表帧的转发/过滤环路防止福建公司ICND1

5、6-11交换机的地址学习交换机的地址学习最初开机时最初开机时MAC地址表是空的地址表是空的1900 1900 最大最大macmac地址表可存地址表可存10241024个个.一旦地址表满一旦地址表满,就会洪泛所有到新就会洪泛所有到新MACMAC地址的帧，直到现存地址的帧，直到现存地址条目老化地址条目老化为止为止.MacMac地址表条目默认老化时间是地址表条目默认老化时间是300300秒，以下命令可改变老化时间秒，以下命令可改变老化时间:wg_sw_a(config)#mac-address-table aging-time?wg_sw_a(config)#mac-address-table ag

6、ing-time?Aging time value Aging time valueMAC地址表地址表0260.8c01.11110260.8c01.22220260.8c01.33330260.8c01.4444E0E1E2E3ABCD福建公司ICND16-12交换机的地址学习交换机的地址学习主机主机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单点传

7、送用泛洪方式泛洪方式)0260.8c01.11110260.8c01.22220260.8c01.33330260.8c01.4444E0:0260.8c01.1111E0E1E2E3DCBAMAC地址表地址表福建公司ICND16-13交换机的地址学习交换机的地址学习主机主机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地址对应端地址对应端口口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.

8、8c01.11110260.8c01.22220260.8c01.33330260.8c01.4444E0:0260.8c01.1111E3:0260.8c01.4444E0E1E2E3DCABMAC地址表地址表福建公司ICND16-14交换机如何过滤帧交换机如何过滤帧交换机交换机A发送数据帧给主机发送数据帧给主机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E0:0260.8c01.1111E2:0260.8c01.2222E1:0260.8c01.3333E3:0260.8c01.44440260.8c01.11110260.8c01.222

9、20260.8c01.33330260.8c01.4444E0E1E2E3X XX XDCABMAC地址表地址表福建公司ICND16-15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口广播帧或多点帧泛洪到除源端口外的所有端口0260.8c01.11110260.8c01.22220260.8c01.33330260.8c01.4444E0E1E2E3DCABE0:0260.8c01.1111E2:0260.8c01.2222E1:0260.8c01.3333E3:0260.8c01.4444广播帧和多点传送帧广播帧和多点传送帧MAC地址表地址表福建公司I

10、CND16-16 2002,Cisco Systems,Inc.All rights reserved.16Patr.2 生成树协议生成树协议福建公司ICND16-17冗余网络拓扑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福建公司ICND16-18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广播风暴广播风暴服务器服务器/主机主机 X路由器路由器 Y网段网段2网段网段1广播帧广播帧福建公司ICND16-19广播风暴广播风暴交换机

11、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服务器服务器/主机主机 X路由器路由器 Y广播帧广播帧网段网段2网段网段1福建公司ICND16-20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广播风暴交换机交换机 A交换机交换机 B服务器服务器/主机主机 X路由器路由器 Y网段网段2网段网段1广播帧广播帧福建公司ICND16-21重复帧重复帧主机主机X发关一单点帧给路由器发关一单点帧给路由器Y路由器路由器Y的的MAC地址还没有被交换机地址还没有被交换机A和和B学习到学习到交换机交换机 A交换机交换机 B服务器服务器/主机主机 X路由器路由器 Y单点帧单点帧网段网

12、段1网段网段2福建公司ICND16-22 主机主机X发送一单点帧给路由器发送一单点帧给路由器Y路由器路由器Y的的MAC地址还没有被交换机地址还没有被交换机A和和B学习到学习到路由器路由器Y会收到同一帧的两个拷贝会收到同一帧的两个拷贝重复帧重复帧交换机交换机 A交换机交换机 B服务器服务器/主机主机 X路由器路由器 Y单点帧单点帧单点帧单点帧单点帧单点帧网段网段1网段网段2福建公司ICND16-23主机主机X发送一单点帧给路由器发送一单点帧给路由器Y路由器路由器Y的的MAC地址还没有被交换机地址还没有被交换机A和和B学习到学习到交换机交换机A和和B都学习到主机都学习到主机X的的MAC地址对应端口

13、地址对应端口0端口端口 0端口端口1端口端口0端口端口1MACMAC地址表不稳定地址表不稳定交换机交换机 A交换机交换机 B服务器服务器/主机主机 X路由器路由器 Y单点帧单点帧单点帧单点帧网段网段1网段网段2福建公司ICND16-24主机主机X发送一单点帧给路由器发送一单点帧给路由器Y路由器路由器Y的的MAC地址还没有被交换机地址还没有被交换机A和和B学习到学习到交换机交换机A和和B都学习到主机都学习到主机X的的MAC地址对应端口地址对应端口0到路由器到路由器Y的数据帧在交换机的数据帧在交换机A和和B上会泛洪处理上会泛洪处理交换机交换机A和和B都错误学习到主机都错误学习到主机X的的MAC地址

14、对应端口地址对应端口 1MACMAC地址表不稳定地址表不稳定端口端口 0端口端口1端口端口0端口端口1交换机交换机 A交换机交换机 B服务器服务器/主机主机 X路由器路由器 Y网段网段1网段网段2单点帧单点帧单点帧单点帧福建公司ICND16-25多重回路问题多重回路问题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广播帧广播帧福建公司ICND16-26回路的解决办法回路的解决办法:生成树协议生成树协议Spanning-Tree ProtocolSpanning-Tree Protocol将某些端口置于阻塞状态就能防止

15、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 阻塞阻塞x福建公司ICND16-27每个网络只能有一个根桥，根桥具有最低的桥每个网络只能有一个根桥，根桥具有最低的桥ID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（RP），通过根端口到），通过根端口到达根桥所花代价最低达根桥所花代价最低每个网段只能有一个指派端口，通过指派端口到达根每个网段只能有一个指派端口，通过指派端口到达根桥所花代价最低桥所花代价最低根桥上的所有端口都是指派端口（根桥上的所有端口都是指派端口（DP）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

16、派端口(B)根桥根桥非根桥非根桥SW XSW Y100baseT 10baseT生成树运作生成树运作福建公司ICND16-28交换机交换机 Y缺省的优先级缺省的优先级 32768(8000 十六进制十六进制)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 BPDUBPDU=Bridge protocol data unit(缺省地每缺省地每2秒发送秒发送BPDU数据，其中携带桥数据，其中携带桥ID)桥桥ID（桥识别码）（桥识别码）=桥优先级桥优先级+桥桥MAC地址地址根桥根桥=有最低桥有最低桥I

17、D的桥的桥例中，例中，哪个交换机的桥哪个交换机的桥ID最低最低?根桥的选择根桥的选择福建公司ICND16-29交接机交接机 Y缺省的优先级缺省的优先级 32768MAC 0c0022222222交换机交换机 X缺省的优先级缺省的优先级 32768 MAC 0c0011111111Root bridgex端口端口 0端口端口1端口端口0端口端口1100baseT10baseT 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)端口状态端口状态1.每个非根桥有且仅有一个根端口，其余为非指派端口。选每个非根桥有且仅有一个根端口，其余为非指派端口。选择根端口的原则

18、是比较各端口到达根桥的路径代价值，代择根端口的原则是比较各端口到达根桥的路径代价值，代价最小的端口为根端口。价最小的端口为根端口。2.根端口根端口RP和指派端口和指派端口DP一般处于一般处于forwarding状态，非指状态，非指派派NDP一般是一般是blocked状态状态福建公司ICND16-30连接速率连接速率代价代价(修订的修订的 IEEE 规范规范)代价代价(旧旧IEEE 规范规范)-10 Gbps 21-1 Gbps41-100 Mbps1910-10 Mbps100100路径代价路径代价福建公司ICND16-31交换机交换机YMAC 0c0022222222缺省的优先级缺省的优先级

19、 32768交换机交换机XMAC 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 ZMac 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?100baseT100baseT生成树生成树福建公司ICND16-32端口端口 0 100baseT100baseT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)根端口根端口(F)请

20、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?生成树生成树交换机交换机YMAC 0c0022222222缺省的优先级缺省的优先级 32768交换机交换机XMAC 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 ZMac 0c0011110000缺省的优先级缺省的优先级 32768福建公司ICND16-33交换机交换机YMAC 0c0022222222缺省的优先级缺省的优先级 32768交换机交换机 XMAC 0c0011111111缺省

21、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110baseTx x100baseTRoot 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生成树重新生成福建公司ICND16-34交换机交换机YMAC 0c0022222222缺省优先级缺省优先级 32768交换机交换机 XMAC 0c0011111111缺省优先级缺省优先级 32768 端口端口 0端口端口 1端口端口 0端口端口110baseTx x100baseTRoot 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

22、)指派端口指派端口BPDUx xMAXAGEx x生成树重新生成生成树重新生成1.1.Switch Y Switch Y 在最多在最多2020秒后会发现从秒后会发现从 Switch X Switch X 来的来的 BPDU BPDU 信信号消失，于是就重新计算号消失，于是就重新计算 STP STP。2.2.网络恢复后，网络恢复后，Switch Y Switch Y 将会是根桥，将会是根桥，而且它的所有端口而且它的所有端口都会处于转发状态都会处于转发状态(Designated port)。福建公司ICND16-35 2002,Cisco Systems,Inc.All rights reserv

23、ed.35Part.3 桥接和交换桥接和交换福建公司ICND16-36桥与交换机的比较桥与交换机的比较基于软件实现每个桥只能有一个生成树每个桥通常最多到16个端口基于硬件实现(ASIC)每个交换机可以有多个生成树有更多的端口桥桥交换机交换机福建公司ICND16-37帧交换帧交换直通转发直通转发Cut-through交换机检测到目标地址后交换机检测到目标地址后即转发帧即转发帧Frame交换机一确定帧的目的交换机一确定帧的目的MACMAC地址和正确的端口号，就立即将地址和正确的端口号，就立即将帧转发出去。通常情况下，大约在收到帧头帧转发出去。通常情况下，大约在收到帧头1414个字节个字节左右左右就

24、开始转发。这使得直通法比存储转发法具有更小且相对就开始转发。这使得直通法比存储转发法具有更小且相对固定的延迟时间，但它连小于固定的延迟时间，但它连小于6464字节的帧以及一些坏帧也字节的帧以及一些坏帧也一块儿转发，可能浪费带宽。一块儿转发，可能浪费带宽。福建公司ICND16-38帧交换帧交换存储转发Store and forward完整地收到帧并检查无错后才转发直通转发直通转发交换机检测到目标地址后交换机检测到目标地址后即转发帧即转发帧FrameFrameFrameFrame交换机将帧向目的端口转发之前要先收到完整的帧并进行交换机将帧向目的端口转发之前要先收到完整的帧并进行CRCCRC校验、确

25、定目校验、确定目的地址。交换机将整个帧存储在内存缓冲区中，直到它获得有效资源才将其的地址。交换机将整个帧存储在内存缓冲区中，直到它获得有效资源才将其发往目的地。好处是能够抛弃小于发往目的地。好处是能够抛弃小于6464字节的帧以及其他任何受损的帧，这样字节的帧以及其他任何受损的帧，这样可以节约带宽。缺点是延迟较大且不固定，因为它在转发之前要收到并处理可以节约带宽。缺点是延迟较大且不固定，因为它在转发之前要收到并处理完整的帧。完整的帧。福建公司ICND16-39Frame无碎片转发无碎片转发Fragmentfree(直通转发的修订版直通转发的修订版)Cat1900的缺省模式的缺省模式(modifi

26、edcut-through)交换机检测到帧的前交换机检测到帧的前64字节后即转发字节后即转发FrameFrameFrameFrame帧交换帧交换存储转发存储转发Storeandforward完整地收到帧并检查无错完整地收到帧并检查无错后才转发后才转发直通转发直通转发交换机检测到目标地址后交换机检测到目标地址后即转发帧即转发帧福建公司ICND16-40多层交换多层交换1.1.第第2 2层交换：本质上是多端口的透明桥接，但比传统桥接增层交换：本质上是多端口的透明桥接，但比传统桥接增加了加了存储转发存储转发外的两种转发交换方式。外的两种转发交换方式。2 2层交换机比桥增加层交换机比桥增加了了VLAN

27、VLAN功能，同一交换机可以当作多个独立的桥使用，在分功能，同一交换机可以当作多个独立的桥使用，在分割冲突域的同时，分隔广播域。割冲突域的同时，分隔广播域。2.2.第第3 3层交换：类似于路由，根据目的层交换：类似于路由，根据目的IPIP来转发帧，同时改变来转发帧，同时改变帧中的帧中的MACMAC地址，减少生存期地址，减少生存期TTLTTL域，执行一次帧检测。但域，执行一次帧检测。但3 3层交换机使用层交换机使用ASICASIC来实现，传统路由器使用通用微处理器和来实现，传统路由器使用通用微处理器和软件来实现。软件来实现。CiscoCisco实现了实现了“一次路由，交换多次一次路由，交换多次”

28、的快捷的快捷交换方式。交换方式。3.3.第第4 4层交换：即交换机的层交换：即交换机的ASICASIC硬件可以识别第硬件可以识别第4 4层的传输控制层的传输控制协议协议TCPTCP和用户数据报协议和用户数据报协议UDPUDP，并且使用不同的服务层次来并且使用不同的服务层次来区分应用。也就是说，可以一次完成基于区分应用。也就是说，可以一次完成基于MACMAC地址、地址、IPIP地址地址和上层应用端口号在内的复杂路由与交换功能。和上层应用端口号在内的复杂路由与交换功能。福建公司ICND16-41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双工综述双工综述集线器永远工作在半双工集线器永远工作在半双工有冲突的环境只能使用半双工有冲突的环境只能使用半双工无冲突的环境可以使用全双工无冲突的环境可以使用全双工福建公司ICND16-42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福建公司ICND16-43 谢谢！谢谢！