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交換機原理交換機原理
交換機原理
一、基本乙太網
1、乙太網標準:
乙太網是Ethernet的意思,過去使用的是十兆標準,現在是百兆到桌面,千兆做幹線。
常見的標準有:
10BASE-2細纜乙太網
10BASE-5粗纜乙太網
10BASE-T星型乙太網
100BASE-T快速乙太網
1000BASE-T千兆乙太網

2、接線標準
星型乙太網採用雙絞線連接,雙絞線是8芯,分四組,兩芯一組絞在一起,故稱雙絞線。
8芯雙絞線只用其中4芯:1、2、3、6。
常見接線方式有兩種:
568B接線規範:白橙橙白綠藍白藍綠白棕棕
12345678
568A接線規範:白綠綠白橙藍白藍橙白棕棕
12345678
將568B的1和3對調,2和6對調,就得到568A。

3、接線方法
兩邊採用相同的接線方式叫做平接,兩邊採用不同的接線方式叫扭接。
不同的設備之間連接,使用平接線;相同的設備連接使用扭接線。
電腦、路由器與集線器、交換機連接時使用平接線。
這是因為網線中的4條線,一對是輸入,一對是輸出,輸入應該與輸出對應。
如果將1和3連接,2和4連接,相當於自己的輸出送給自己的輸入。
這樣可以使網卡進入工作狀態,阻止空介面關閉,而影響有些程序的運行。

二、交換機原理與應用
1、衝突域和廣播域
交換機是根據網橋的原理髮展起來的,學習交換機先認識兩個概念:

(1)衝突域:
衝突域是數據必然發送到的區域。
HUB是無智能的信號驅動器,有入必出,整個由HUB組成的網路是一個衝突域。
交換機的一個介面下的網路是一個衝突域,所以交換機可以隔離衝突域。

(2)廣播域:
廣播數據時可以發送到的區域是一個廣播域。
交換機和集線器對廣播幀是透明的,所以用交換機和HUB組成的網路是一個廣播域。路由器的一個介面下的網路是一個廣播域。所以路由器可以隔離廣播域。

2、交換機原理
(1)埠地址表
埠地址表記錄了埠下包含主機的MAC地址。埠地址表是交換機上電后自動建立的,
保存在RAM中,並且自動維護。
交換機隔離廣播域的原理是根據其埠地址表和轉發決策決定的。

(2)轉發決策
交換機的轉發決策有三種操作:丟棄、轉發和擴散。
丟棄:當本埠下的主機訪問已知本埠下的主機時丟棄。
轉發:當某埠下的主機訪問已知某埠下的主機時轉發。
擴散:當某埠下的主機訪問未知埠下的主機時要擴散。
每個操作都要記錄下發包端的MAC地址,以備其它主機的訪問。

(3)成存期:
生成期是埠地址列表中表項的壽命。每個表項在建立后開始進行倒記時,每次發送
數據都要刷新記時。對於長期不發送數據主機,其MAC地址的表項在生成其結束時刪除。
所以埠地地表記錄的總是最活動的主機的MAC地址。

3、交換網路中的環
乙太網是匯流排或星型結構,不能構成環路,否則會產兩個嚴重後果:
(1)產生廣播風暴,造成網路堵塞。
(2)克隆幀會在各個口出現,造成地址學習(記錄幀源地址)混亂。
解決環路問題方案:
(1)網路在設計時,人為的避免產生環路。
(2)使用生成樹STP(SpanningTreeProtocol)功能,將有環的網路剪成無環網路。
STP被IEEE802規範為802.1d標準。
生成樹協議術語
(1)網橋協議數據單元:BPDU(BridgeProtocolDataUnit)
BPDU是生成樹協議交換機間通訊的數據單元,用於確定角色。
(2)網橋號:BridgeID
交換機的標識號,它由優先順序和MAC地址組成,優先順序16位,MAC地址48位。
(3)根網橋:Rootbridge
根網橋定義為網橋號最小的交換機,根網橋所有的埠都不會阻塞。
(4)根埠:Rootport
非根網橋到根網橋累計路徑花費最小的埠,負責本網橋與根網橋通訊的介面。
(5)指定網橋:Designatedbridge
網路中到根網橋累計路徑花費最小交換機,負責收發本網段數據。
(6)指定埠:Designatedport
網路中到根網橋累計路徑花費最小的交換機埠,根網橋每個埠都是指定埠。

(7)非指定埠:NonDesignatedport
餘下的埠是非指定埠,它們不參與數據的轉發,也就是被阻塞的埠。
(根埠是從非根網橋選出,指定埠是網段中選出)。
生成樹協議的狀態:
生成樹協議工作時,所有埠都要經過一個埠狀態的建立過程。
生成樹協議通過BPDU廣播,確定各交換機及其埠的工作狀態和角色,
交換機上的埠狀態分別為:關閉、阻塞、偵聽、學習和轉髮狀態。

(1)關閉狀態:Disabled不收發任何報文,當介面空連接或人為關閉時處於關閉狀態。
(2)阻塞狀態:Blocking在機器剛啟動時,埠是阻塞狀態(20秒),但接收BPDU信息。
(3)偵聽狀態:listening不接收用戶數據(15秒),收發BPDU,確定網橋及介面角色。
(4)學習狀態:learning不接收用戶數據(15秒),收發BPDU,進行地址學習。
(5)轉髮狀態:Forwarding開始收發用戶數據,繼續收發BPDU和地址學習,維護STP。

4、關於VLANVLAN(VirtualLan)是虛擬邏輯網路,交換機通過VLAN設置,可以劃分為多個邏輯網路,
從而隔離廣播域。具有三層模塊的交換機可以實現VLAN間的路由。

(1)埠模式
交換機埠有兩種模式,access和trunk。access口用於與計算機相連,而交換機之間
的連接,應該是trunk。
交換機埠默認VLAN是VLAN1,工作在access模式。
Access口收發數據時,不含VLAN標識。具有相同VLAN號的埠在同一個廣播域中。
Trunk口收發數據時,包含VLAN標識。Trunk又稱為幹線,可以設置允許多個VLAN通過。

(2)VLAN中繼協議:
VLAN中繼協議有兩種:
ISL(Inter-SwitchLink):ISL是Cisco專用的VLAN中繼協議。
802.1q(DOT1Q):802.1q是標準化的,應用較為普遍。

(3)VTP
VTP(VlanTrunkingProtocol)是VLAN傳輸協議,在含有多個交換機的網路中,可以
將中心交換機的VLAN信息發送到下級的交換機中。
中心交換機設置為VTPServer,下級交換機設置為VTPClient。
VTPClient要能學習到VTPServer的VLAN信息,要求在同一個VTP域,並要口令相同。

(4)VLAN共享
如果要求某個VLAN與其他VLAN訪問,可以設置VLAN共享或主附VLAN。
共享模式的VLAN埠,可以成為多個VLAN的成員或同時屬於多個VLAN。
在主附VLAN結構中,子VLAN與主VLAN可以相互訪問,子VLAN間的埠不能互相訪問。
一般的VLAN間使用不同網路地址;主附VLAN中主VLAN和子VLAN使用同一個網路地址。

5、交換機和路由器的口令恢復:
(1)交換機的口令恢復:
交換機的口令恢復的操作是先啟動超級終端,在交換機上電時按住的mode鍵.
幾秒后鬆手,進入ROM狀態,將nvram中的配置文件config.txt改名或刪除,再重啟。
參考命令為:
switch:renameflash:config.textflash:config.bak
switch:eraseflash:config.text

(2)路由器的口令恢復:
路由器的口令恢復操作先啟動超級終端,在路由器上電時按計算機的Ctrl+Break鍵,
進入ROM監控狀態rommon>,用配置寄存器命令confreg設置參數值0x2142,跳過配置文件
設置口令后再還原為0x2102。

參考命令為:
rommon>confreg0x2142
router(config)#config-register0x2102沒有特權口令無法進入特權狀態,只能進入ROM監控狀態,使用confreg0x2142命令。當口令修改完后,可以在特權模式下恢復為使用配置文件狀態。

三層交換的概念
1、交換機是鏈路層設備,使用MAC地址,完成對幀的操作。
交換機的IP地址做管理用,交換機的IP地址實際是VALN的IP。
一個VLAN一個廣播域,不同VLAN的主機間訪問,相當於網路間的訪問,要通過路由實現。
不同VLAN間主機的訪問有以下幾種情況:
(1)兩個VLAN分別接入路由器的兩個物理介面。這是路由器的基本應用。
(2)兩個VLAN通過trunk接入路由器的一個物理介面,這是應用於子介面的單臂路由。
(3)使用具有三層交換模塊的交換機。Cisco的3550和華為的3526都是基本的三層交換機。
1)通過VLAN的IP地址做網關,實現三層交換,要求設置VLAN的IP地址。
2)將埠設置在三層工作,要求埠設置noswitchport,再設置埠的IP地址。

2、交換機的通道技術
交換機通道技術是將交換機的幾個埠捆綁使用,即埠的聚合。
使用通道技術一個方面提高了帶寬,同時提高了線路的可靠性。
但是如果設置不當,有可能產生環路,造成廣播風暴堵塞網路。
要聚合的埠要劃分到指定的VLAN或trunk。
配置三層通道時,先要進入通道,再用noswitchport命令關閉二層,設置通道IP地址。
一個通道一般小於8個介面,介面參數應該一致,如工作模式、封裝的協議、埠類型。

3、埠協商方式
埠的聚合有兩種方式,一種是手動的方式,一個是自動協商的方式。
手動的方式很簡單,設置埠成員鏈路兩端的模式為「on」。命令格式channel-groupmodeon
自動方式有兩種類型:
pagp(PortAggregationProtocol)和LACP(LinkaggregationControlProtocol)。
PAgP:Cisco設備的埠聚合協議,有auto和desirable兩種模式。
auto模式在協商中只收不發,desirable模式的埠收發協商的數據包。
LACP:標準的埠聚合協議802.3ad,有active和passive兩種模式。
active相當於PAgP的auto,而passive相當於PAgP的desirable。

4、通道埠間的負載平衡
通道埠間的負載平衡有兩種方式,基於源MAC的轉發和基於目的MAC的轉發。
scr-mac:源MAC地址相同的數據幀使用同一個埠轉發。
dst-mac:目的MAC地址相同的數據幀使用同一個埠轉發。

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