Redback設(shè)備培訓(xùn)第五節(jié)2層交換技術(shù)

1、2層交換技術(shù)恒泰科技 Pacific Top Technology 2層交換技術(shù) Part.1 以太網(wǎng)交換機(jī)基礎(chǔ)恒泰科技Pacific Top Technology 什么是以太網(wǎng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分2類：采用點(diǎn)到點(diǎn)連接的網(wǎng)絡(luò)和采用廣播信道的網(wǎng)絡(luò)。以太網(wǎng)就是一種典型的廣播網(wǎng)絡(luò)。以太網(wǎng)由施樂(lè)公司PARC研究中心于1973年5月22日首次提出，經(jīng)過(guò)不斷的發(fā)展和創(chuàng)新，已成為世界上最流行的局域網(wǎng)技術(shù)。恒泰科技Pacific Top Technology 以太網(wǎng)與CSMA/CDCSMA/CD（Carrier Sense Multiple Acess with Collision Detection）即載波監(jiān)聽(tīng)多路

2、訪問(wèn)沖突檢測(cè)，它是廣播式以太網(wǎng)共享傳輸介質(zhì)的理論基礎(chǔ)。CSMA/CD規(guī)定一個(gè)想傳輸數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)必須執(zhí)行以下步驟：監(jiān)視信道直到其空閑；傳輸數(shù)據(jù)，并監(jiān)視信道是否有沖突發(fā)生；如果檢測(cè)到?jīng)_突發(fā)生，則停止傳輸并發(fā)出一個(gè)沖突信號(hào)到網(wǎng)絡(luò)上，以便其它節(jié)點(diǎn)知道網(wǎng)絡(luò)上有沖突，再等待一個(gè)隨機(jī)的時(shí)間，然后回到第一步。這個(gè)隨機(jī)時(shí)間依如下規(guī)則選定：如果數(shù)據(jù)包沖突了n次（n15,則放棄發(fā)送。恒泰科技Pacific Top Technology 以太網(wǎng)絡(luò)與802.3標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了以太網(wǎng)的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的MAC子層。IEEE 802.3規(guī)定的以太網(wǎng)物理層： 10BASE-5 使用粗同軸電纜，最大傳輸距離為

3、500m； 10BASE-2 使用細(xì)同軸電纜，最大傳輸距離為200m； 10BASE-T 使用非屏蔽雙絞線，最大傳輸距離為100m； 10BASE-F 使用光纜，最大傳輸距離為2000m；恒泰科技Pacific Top Technology 以太網(wǎng)絡(luò)與802.2標(biāo)準(zhǔn) 邏輯鏈路控制層LLCIEEE 802.2規(guī)定的以太網(wǎng)鏈路層之LLC子層（802.2幀格式）：LLCMAC數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層MAC頭LLC頭數(shù)據(jù)包MAC校驗(yàn)和LLC頭數(shù)據(jù)包比特流數(shù)據(jù)包注意：IEEE802.2 LLC邏輯鏈路控制子層隱藏了各種802網(wǎng)絡(luò)之間的差別，向網(wǎng)絡(luò)層提供了一個(gè)統(tǒng)一的格式和接口。恒泰科技Pacific Top

4、 Technology 3種常用的802.3連接方式1、10Base-5：總線型結(jié)構(gòu)，使用粗纜和收發(fā)器連接主機(jī)。2、10Base-2：總線型結(jié)構(gòu)，使用細(xì)纜和無(wú)源BNC T型接頭連接主機(jī)。3、10Base-T：總線型（或星型）結(jié)構(gòu)，雙絞線和集線器連接主機(jī)。恒泰科技Pacific Top Technology 其他概念（1）沖突域：帶沖突檢測(cè)的載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)(CSMA/CD)以太網(wǎng)中的所有節(jié)點(diǎn)在任何需要的時(shí)候都可以發(fā)送數(shù)據(jù)，而CSMA/CD網(wǎng)絡(luò)卻努力確保任一時(shí)刻只有一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)。但是，兩個(gè)節(jié)點(diǎn)卻有可能同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)，出現(xiàn)這種情況就會(huì)導(dǎo)致沖突。如果一個(gè)設(shè)備檢測(cè)到?jīng)_突，它就停止發(fā)送，并將沖突情況通

5、知其他節(jié)點(diǎn)。其他所有正在發(fā)送的節(jié)點(diǎn)得到通知后停止發(fā)送。 廣播域：廣播就是要發(fā)送到網(wǎng)段上的所有節(jié)點(diǎn)、而不是單個(gè)節(jié)點(diǎn)或一組節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。要廣播的節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)送到MAC地址0 xFFFFFFFFFFFF，就能實(shí)現(xiàn)上述目的。廣播域由一組能夠接收同組中所有其他節(jié)點(diǎn)發(fā)來(lái)的廣播報(bào)文的節(jié)點(diǎn)構(gòu)成。局域網(wǎng)分段：影響局域網(wǎng)性能的兩個(gè)常見(jiàn)問(wèn)題是過(guò)高的沖突和過(guò)多的廣播?！胺侄巍睂⒕W(wǎng)絡(luò)分割成較小的段。網(wǎng)橋、交換機(jī)和路由器通過(guò)將沖突域分割成較小的部分，從而降低對(duì)帶寬的競(jìng)爭(zhēng)，減少?zèng)_突。路由器還有一個(gè)好處，它可以劃分更小的廣播域。 恒泰科技Pacific Top Technology地址學(xué)習(xí)幀的轉(zhuǎn)發(fā)/過(guò)濾環(huán)路防止 交換機(jī)的三個(gè)功能

6、恒泰科技Pacific Top Technology 交換機(jī)如何學(xué)習(xí)主機(jī)的位置最初開(kāi)機(jī)時(shí)MAC地址表是空的1900 最大mac地址表可存1024個(gè). 一旦地址表滿, 就會(huì)洪泛所有到新MAC地址的幀，直到現(xiàn)存地址條目老化為止.Mac地址表?xiàng)l目默認(rèn)老化時(shí)間是300秒，以下命令可改變老化時(shí)間: wg_sw_a(config)#mac-address-table aging-time ? Aging time value MAC地址表0260.8c01.11110260.8c01.22220260.8c01.33330260.8c01.4444E0E1E2E3ABCD恒泰科技Pacific Top T

7、echnology 交換機(jī)如何學(xué)習(xí)主機(jī)的位置主機(jī)A發(fā)送數(shù)據(jù)幀給主機(jī)C交換機(jī)通過(guò)學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)幀的源MAC地址，記錄下主機(jī)A的MAC地址 對(duì)應(yīng)端口E0 該數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)發(fā)到除端口E0以外的其它所有端口 (不清楚目標(biāo)主機(jī)的單點(diǎn)傳送用泛洪方式)0260.8c01.11110260.8c01.22220260.8c01.33330260.8c01.4444E0: 0260.8c01.1111E0E1E2E3DCBAMAC地址表恒泰科技Pacific Top Technology 交換機(jī)如何學(xué)習(xí)主機(jī)的位置主機(jī)D發(fā)送數(shù)據(jù)幀給主機(jī)C交換機(jī)通過(guò)學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)幀的源MAC地址，記錄下主機(jī)D的MAC地址對(duì)應(yīng)端口E3該數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)發(fā)到除

8、端口E3以外的其它所有端口 (不清楚目標(biāo)主機(jī)的單點(diǎn)傳送用泛洪方式)0260.8c01.11110260.8c01.22220260.8c01.33330260.8c01.4444E0: 0260.8c01.1111E3: 0260.8c01.4444E0E1E2E3DCABMAC地址表恒泰科技Pacific Top Technology 交換機(jī)如何過(guò)濾幀交換機(jī)A發(fā)送數(shù)據(jù)幀給主機(jī)C在地址表中有目標(biāo)主機(jī)，數(shù)據(jù)幀不會(huì)泛洪而直接轉(zhuǎn)發(fā)E0: 0260.8c01.1111E2: 0260.8c01.2222E1: 0260.8c01.3333E3: 0260.8c01.44440260.8c01.1111

9、0260.8c01.22220260.8c01.33330260.8c01.4444E0E1E2E3XXDCABMAC地址表恒泰科技Pacific Top Technology主機(jī)D發(fā)送廣播幀或多點(diǎn)幀廣播幀或多點(diǎn)幀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 廣播幀和多點(diǎn)傳送幀MAC地址表恒泰科技Pacific Top Technolo

10、gyPart.2 生成樹(shù)協(xié)議恒泰科技Pacific Top Technology 冗余網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙哂嗤負(fù)湎擞捎趩吸c(diǎn)故障所引致的網(wǎng)絡(luò)不通問(wèn)題冗余拓?fù)鋮s帶來(lái)了廣播風(fēng)暴、重復(fù)幀和MAC地址表不穩(wěn)定的問(wèn)題網(wǎng)段 1網(wǎng)段 2服務(wù)器/主機(jī) X路由器 Y恒泰科技Pacific Top Technology 廣播交換機(jī) A交換機(jī) B主機(jī) X 發(fā)送一廣播信息 廣播風(fēng)暴網(wǎng)段 1網(wǎng)段 2服務(wù)器/主機(jī) X路由器 Y恒泰科技Pacific Top Technology廣播 廣播風(fēng)暴交換機(jī) A交換機(jī) B主機(jī) X 發(fā)送一廣播信息網(wǎng)段 1網(wǎng)段 2服務(wù)器/主機(jī) X路由器 Y恒泰科技Pacific Top Technology

11、廣播交換機(jī)不停地發(fā)出廣播信息 廣播風(fēng)暴交換機(jī) A交換機(jī) B網(wǎng)段 1網(wǎng)段 2服務(wù)器/主機(jī) X路由器 Y恒泰科技Pacific Top Technology 重復(fù)幀 單點(diǎn)幀主機(jī)X發(fā)關(guān)一單點(diǎn)幀給路由器Y路由器Y的MAC地址還沒(méi)有被交換機(jī)A和B學(xué)習(xí)到交換機(jī) A交換機(jī) B網(wǎng)段 1網(wǎng)段 2服務(wù)器/主機(jī) X路由器 Y恒泰科技Pacific Top Technology 單點(diǎn)幀主機(jī)X發(fā)送一單點(diǎn)幀給路由器Y路由器Y的MAC地址還沒(méi)有被交換機(jī)A和B學(xué)習(xí)到路由器Y會(huì)收到同一幀的兩個(gè)拷貝單點(diǎn)幀 單點(diǎn)幀 重復(fù)幀交換機(jī) A交換機(jī) B網(wǎng)段 1網(wǎng)段 2服務(wù)器/主機(jī) X路由器 Y恒泰科技Pacific Top Technolo

12、gy單點(diǎn)幀 單點(diǎn)幀主機(jī)X發(fā)送一單點(diǎn)幀給路由器Y路由器Y的MAC地址還沒(méi)有被交換機(jī)A和B學(xué)習(xí)到交換機(jī)A和B都學(xué)習(xí)到主機(jī)X的MAC地址對(duì)應(yīng)端口0端口 0端口1端口0端口1 MAC地址表不穩(wěn)定交換機(jī) A交換機(jī) B網(wǎng)段 1網(wǎng)段 2服務(wù)器/主機(jī) X路由器 Y恒泰科技Pacific Top Technology Unicast主機(jī)X發(fā)送一單點(diǎn)幀給路由器Y路由器Y的MAC地址還沒(méi)有被交換機(jī)A和B學(xué)習(xí)到交換機(jī)A和B都學(xué)習(xí)到主機(jī)X的MAC地址對(duì)應(yīng)端口0到路由器Y的數(shù)據(jù)幀在交換機(jī)A和B上會(huì)泛洪處理交換機(jī)A和B都錯(cuò)誤學(xué)習(xí)到主機(jī)X的MAC地址對(duì)應(yīng)端口 1 MAC地址表不穩(wěn)定 單點(diǎn)幀端口 0端口1端口0端口1交換機(jī) A

13、交換機(jī) B網(wǎng)段 1網(wǎng)段 2服務(wù)器/主機(jī) X路由器 Y恒泰科技Pacific Top Technology更復(fù)雜的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可能導(dǎo)致多重回路在第2層沒(méi)有能夠防止這種回路的機(jī)制服務(wù)器/主機(jī)工作站回路回路回路 多重回路問(wèn)題 廣播恒泰科技Pacific Top Technology 回路的解決辦法: 生成樹(shù)協(xié)議 Spanning-Tree Protocol將某些端口置于阻塞狀態(tài)就能防止冗余結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲挟a(chǎn)生回路 阻塞x恒泰科技Pacific Top Technology#每個(gè)網(wǎng)絡(luò)只能有一個(gè)根橋，根橋具有最低的橋ID，根橋上的所有端口都是指派端口每個(gè)非根橋只能有一個(gè)根端口，根端口到達(dá)根橋所花代價(jià)最低每段

14、只能有一個(gè)指派端口，指派端口到達(dá)根橋所花代價(jià)最低x指派端口(F)根端口(F)指派端口(F)非指派端口(B)根橋非根橋SW XSW Y100baseT 10baseT 生成樹(shù)運(yùn)作恒泰科技Pacific Top Technology交換機(jī) Y缺省的優(yōu)先級(jí) 32768 (8000 十六進(jìn)制)MAC 0c0022222222交接機(jī) X缺省的優(yōu)先級(jí) 32768 (8000 十六進(jìn)制) MAC 0c0011111111 BPDUBPDU = Bridge protocol data unit (缺省地每2秒發(fā)送BPDU數(shù)據(jù))根橋 = 有最低橋識(shí)別碼的橋（橋ID）橋識(shí)別碼 = 橋優(yōu)先級(jí) + 橋MAC地址例中

15、， 哪個(gè)交換機(jī)的橋識(shí)別碼最低? Root Bridge的選擇恒泰科技Pacific Top Technology交接機(jī) Y缺省的優(yōu)先級(jí) 32768MAC 0c0022222222交換機(jī) X缺省的優(yōu)先級(jí) 32768 MAC 0c0011111111Root bridgex端口 0端口1端口0端口1100baseT10baseT 指派端口(F)根端口 (F)非指派端口(B)指派端口(F) 端口狀態(tài) 每個(gè)非根橋有且僅有一個(gè)根端口forwarding ，根端口到達(dá)根橋所花代價(jià)優(yōu)先級(jí)MAC地址Port#最小（從左到右依次比較）根端口RP和指派端口DP一般處于forwarding狀態(tài)，非指派NDP一般是b

16、locked狀態(tài)恒泰科技Pacific Top Technology連接速率代價(jià)(修訂的 IEEE 規(guī)范) 代價(jià)(舊IEEE 規(guī)范)-10 Gbps 211 Gbps41100 Mbps191010 Mbps100100 路徑代價(jià)恒泰科技Pacific Top Technology交換機(jī)YMAC 0c0022222222缺省的優(yōu)先級(jí) 32768交換機(jī)XMAC 0c0011111111缺省的優(yōu)先級(jí) 32768 端口0端口1端口 0端口1交換機(jī) ZMac 0c0011110000缺省的優(yōu)先級(jí) 32768端口 0請(qǐng)指出:根橋指派端口、非指派端口和根端口?各端口分別是轉(zhuǎn)發(fā)還是阻塞狀態(tài)? 100base

17、T100baseT 生成樹(shù)恒泰科技Pacific Top Technology端口 0 100baseT100baseT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)請(qǐng)指出:根橋指派端口、非指派端口和根端口?各端口分別是轉(zhuǎn)發(fā)還是阻塞狀態(tài)? 生成樹(shù)交換機(jī)YMAC 0c0022222222缺省的優(yōu)先級(jí) 32768交換機(jī)XMAC 0c0011111111缺省的優(yōu)先級(jí) 32768 端口0端口1端口 0端口1交換機(jī) ZMac 0c0011110000缺省的優(yōu)先級(jí) 32768恒泰科技Pacific Top Technology阻 塞 Blocking偵 聽(tīng) Listenin

18、g學(xué) 習(xí) Learning轉(zhuǎn) 發(fā) Forwarding生成樹(shù)會(huì)將每個(gè)端口的狀態(tài)作以下變換: 生成樹(shù)端口狀態(tài)恒泰科技Pacific Top Technology交換機(jī)YMAC 0c0022222222缺省的優(yōu)先級(jí) 32768交換機(jī) XMAC 0c0011111111缺省的優(yōu)先級(jí) 32768 端口 0端口 1端口0端口110baseTx100baseTRoot Bridge指派端口根端口 (F)非指派端口(阻塞)指派端口 生成樹(shù)重新生成恒泰科技Pacific Top Technology交換機(jī)YMAC 0c0022222222缺省優(yōu)先級(jí) 32768交換機(jī) XMAC 0c0011111111缺省優(yōu)先

19、級(jí) 32768 端口 0端口 1端口 0端口110baseTx100baseTRoot Bridge指派端口根端口 (F)非指派端口(阻塞)指派端口BPDUxMAXAGEx 生成樹(shù)重新生成Switch Y 在最多20秒后會(huì)發(fā)現(xiàn)從 Switch X 來(lái)的 BPDU 信號(hào)消失，于是就重新計(jì)算 STP 。 網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)后， Switch Y 將會(huì)是根橋， 而且它的所有單口都會(huì)處于轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)(Designated port)。恒泰科技Pacific Top TechnologyPart.3 橋接和交換恒泰科技Pacific Top Technology基于軟件實(shí)現(xiàn)每個(gè)橋只能有一個(gè)生成樹(shù)每個(gè)橋通常最多到16個(gè)

20、端口橋基于硬件實(shí)現(xiàn)(ASIC)每個(gè)交換機(jī)可以有多個(gè)生成樹(shù)有更多的端口交換機(jī) 橋與交換機(jī)的比較透明橋接恒泰科技Pacific Top Technology 幀交換直通轉(zhuǎn)發(fā)Cut-through交換機(jī)檢測(cè)到目標(biāo)地址后即轉(zhuǎn)發(fā)幀F(xiàn)rame交換機(jī)一確定幀的目的MAC地址和正確的端口號(hào)，就立即將幀轉(zhuǎn)發(fā)出去。通常情況下，大約在收到幀頭14個(gè)字節(jié)左右就開(kāi)始轉(zhuǎn)發(fā)。這使得直通法比存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)法具有更小且相對(duì)固定的延遲時(shí)間，但它連小于64字節(jié)的幀以及一些壞幀也一塊兒轉(zhuǎn)發(fā)，可能浪費(fèi)帶寬。 恒泰科技Pacific Top Technology 幀交換存貯轉(zhuǎn)發(fā)Store and forward完整地收到幀并檢查無(wú)錯(cuò)后才轉(zhuǎn)發(fā)直通轉(zhuǎn)發(fā)交換機(jī)檢測(cè)到目標(biāo)地址后即轉(zhuǎn)發(fā)幀F(xiàn)rameFrameFrameFrame交換機(jī)將幀向目的端口轉(zhuǎn)發(fā)之前要先收到完整的幀并進(jìn)行CRC校驗(yàn)、確定目的地址。交換機(jī)將整個(gè)幀存儲(chǔ)在內(nèi)存緩沖區(qū)中，直到它獲得有效資源才將其發(fā)往目的地。好處是能夠拋棄小于64字節(jié)的幀以及其他任何受損的幀，這樣可以節(jié)約帶寬。缺點(diǎn)是延遲較大且不固定，因?yàn)樗谵D(zhuǎn)發(fā)之前要收到并處理完整的幀。 恒泰科技Pacific Top Technology直通轉(zhuǎn)發(fā)Cut-through交換機(jī)檢測(cè)到目標(biāo)地址后即轉(zhuǎn)發(fā)幀F(xiàn)rame片斷轉(zhuǎn)發(fā) Fragment free (直通轉(zhuǎn)發(fā)的修訂版)Cat1900