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第八章2层交换技术什么是以太网•计算机网络分2类：采用点到点连接的网络和采用广播信道的网络。以太网就是一种典型的广播网络。•以太网由施乐公司PARC研究中心于1973年5月22日首次提出，经过不断的发展和创新，已成为世界上最流行的局域网技术。以太网络与802.2标准逻辑链路控制层LLC•IEEE802.2规定的以太网链路层之LLC子层（802.2帧格式）：LLCMAC数据链路层网络层物理层MAC头LLC头数据包MAC校验和LLC头数据包比特流数据包注意：IEEE802.2LLC逻辑链路控制子层隐藏了各种802网络之间的差别，向网络层提供了一个统一的格式和接口。•地址学习•帧的转发/过滤•环路防止交换机的三个功能交换机如何学习主机的位置•最初开机时MAC地址表是空的•1900最大mac地址表可存1024个.一旦地址表满,就会洪泛所有到新MAC地址的帧，直到现存地址条目老化为止.•Mac地址表条目默认老化时间是300秒，以下命令可改变老化时间:wg_sw_a(config)#mac-address-tableaging-time?10-1000000AgingtimevalueMAC地址表0260.8c01.11110260.8c01.22220260.8c01.33330260.8c01.4444E0E1E2E3ABCD交换机如何学习主机的位置•主机A发送数据帧给主机C•交换机通过学习数据帧的源MAC地址，记录下主机A的MAC地址对应端口E0•该数据帧转发到除端口E0以外的其它所有端口(不清楚目标主机的单点传送用泛洪方式)0260.8c01.11110260.8c01.22220260.8c01.33330260.8c01.4444E0:0260.8c01.1111E0E1E2E3DCBAMAC地址表交换机如何学习主机的位置•主机D发送数据帧给主机C•交换机通过学习数据帧的源MAC地址，记录下主机D的MAC地址对应端口E3•该数据帧转发到除端口E3以外的其它所有端口(不清楚目标主机的单点传送用泛洪方式)0260.8c01.11110260.8c01.22220260.8c01.33330260.8c01.4444E0:0260.8c01.1111E3:0260.8c01.4444E0E1E2E3DCABMAC地址表交换机如何过滤帧•交换机A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E0:0260.8c01.1111E2:0260.8c01.2222E1:0260.8c01.3333E3:0260.8c01.44440260.8c01.11110260.8c01.22220260.8c01.33330260.8c01.4444E0E1E2E3XXDCABMAC地址表•主机D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MAC地址表Part.2生成树协议冗余网络拓扑•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1网段2服务器/主机X路由器Y广播交换机A交换机B主机X发送一广播信息广播风暴网段1网段2服务器/主机X路由器Y广播广播风暴交换机A交换机B主机X发送一广播信息网段1网段2服务器/主机X路由器Y广播交换机不停地发出广播信息广播风暴交换机A交换机B网段1网段2服务器/主机X路由器Y重复帧单点帧•主机X发送一单点帧给路由器Y•路由器Y的MAC地址还没有被交换机A和B学习到交换机A交换机B网段1网段2服务器/主机X路由器Y单点帧•主机X发送一单点帧给路由器Y•路由器Y的MAC地址还没有被交换机A和B学习到•路由器Y会收到同一帧的两个拷贝单点帧单点帧重复帧交换机A交换机B网段1网段2服务器/主机X路由器Y单点帧单点帧•主机X发送一单点帧给路由器Y•路由器Y的MAC地址还没有被交换机A和B学习到•交换机A和B都学习到主机X的MAC地址对应端口0端口0端口1端口0端口1MAC地址表不稳定交换机A交换机B网段1网段2服务器/主机X路由器YUnicast•主机X发送一单点帧给路由器Y•路由器Y的MAC地址还没有被交换机A和B学习到•交换机A和B都学习到主机X的MAC地址对应端口0•到路由器Y的数据帧在交换机A和B上会泛洪处理•交换机A和B都错误学习到主机X的MAC地址对应端口1MAC地址表不稳定单点帧端口0端口1端口0端口1交换机A交换机B网段1网段2服务器/主机X路由器Y•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/主机工作站回路回路回路多重回路问题广播回路的解决办法:生成树协议Spanning-TreeProtocol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阻塞x#•每个网络只能有一个根桥，根桥具有最低的桥ID，根桥上的所有端口都是指派端口•每个非根桥只能有一个根端口，根端口到达根桥所花代价最低•每段只能有一个指派端口，指派端口到达根桥所花代价最低x指派端口(F)根端口(F)指派端口(F)非指派端口(B)根桥非根桥SWXSWY100baseT10baseT生成树运作交换机Y缺省的优先级32768(8000十六进制)MAC0c0022222222交接机X缺省的优先级32768(8000十六进制)MAC0c0011111111BPDUBPDU=Bridgeprotocoldataunit(缺省地每2秒发送BPDU数据)根桥=有最低桥识别码的桥（桥ID）桥识别码=桥优先级+桥MAC地址例中，哪个交换机的桥识别码最低?RootBridge的选择交接机Y缺省的优先级32768MAC0c0022222222交换机X缺省的优先级32768MAC0c0011111111Rootbridgex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)端口状态1.每个非根桥有且仅有一个根端口forwarding，根端口到达根桥所花代价＋优先级＋MAC地址＋Port#最小（从左到右依次比较）2.根端口RP和指派端口DP一般处于forwarding状态，非指派NDP一般是blocked状态连接速率代价(修订的IEEE规范)代价(旧IEEE规范)----------------------------------------------------------------------------------------------------10Gbps211Gbps41100Mbps191010Mbps100100路径代价交换机YMAC0c0022222222缺省的优先级32768交换机XMAC0c0011111111缺省的优先级32768端口0端口1端口0端口1交换机ZMac0c0011110000缺省的优先级32768端口0请指出:•根桥•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?100baseT100baseT生成树端口0100baseT100baseT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)请指出:•根桥•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?生成树交换机YMAC0c0022222222缺省的优先级32768交换机XMAC0c0011111111缺省的优先级32768端口0端口1端口0端口1交换机ZMac0c0011110000缺省的优先级32768阻塞Blocking侦听Listening学习Learning转发Forwarding生成树会将每个端口的状态作以下变换:生成树端口状态交换机YMAC0c0022222222缺省的优先级32768交换机XMAC0c0011111111缺省的优先级32768端口0端口1端口0端口110baseTx100baseTRootBridge指派端口根端口(F)非指派端口(阻塞)指派端口生成树重新生成交换机YMAC0c0022222222缺省优先级32768交换机XMAC0c0011111111缺省优先级32768端口0端口1端口0端口110baseTx100baseTRootBridge指派端口根端口(F)非指派端口(阻塞)指派端口BPDUxMAXAGEx生成树重新生成1.SwitchY在最多20秒后会发现从SwitchX来的BPDU信号消失，于是就重新计算STP。2.网络恢复后，SwitchY将会是根桥，而且它的所有单口都会处于转发状态(Designatedport)。Part.3桥接和交换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个端口桥基于硬件实现(ASIC)每个交换机可以有多个生成树有更多的端口交换机桥与交换机的比较透明桥接帧交换直通转发Cut-through交换机检测到目标地址后即转发帧Frame交换机一确定帧的目的MAC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14个字节左右就开始转发。这使得直通转发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64字节的帧以及一些坏帧也一块儿转发，可能浪费带宽。帧交换直通转发交换机检测到目标地址后即转发帧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CRC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发往目的地。好处是能够抛弃小于64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完整的帧。直通转发Cut-through交换机检测到目标地址后即转发帧（快，不准确）Frame片断转发Fragmentfree(直通转发的修订版)—Cat1900的缺省模式(modifiedcut-through)交换机检测到帧的前64字节后即转发Frame存贮转发Storeandforward完整地收到帧并检查无错后才转发FrameFrameFrame帧交换多层交换1.第2层交换：本质上是多端口的透明桥接，但比传统桥接增加了存储转发外的两种转发交换方式。2层交换机比桥增加了VLAN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。2.第3层交换：类似于路由，根据目的IP来转发帧，同时改变帧中的MAC地址，减少生存期TTL域，执行一次帧检测。但3层交换机使用ASIC来实现，传统路由器使用通用微处理器和软件来实现。Cisco实现了“路由一次，交换多次”的快捷交换方式。3.第4层交换：即交换机的ASIC硬件可以识别第4层的传输控制协议TCP和用户数据报协议UDP，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MAC地址、IP地址和上层应用端口号在内的复杂路由与交换功能。半双工(CSMA/CD)•单向数据传送•冲突可能性高•用集线器连接交换机集线器双工综述•集线器永远工作在半双工•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全双工•只能用于点对点•连接到特定的端口•两端均须支持全双工•无冲突•冲突检测电路关闭双工综述半双工(CSMA/CD)•单向数据传送•冲突可能性高•用集线器连接交换机集线器