以太网交换机原理及配置本章学习目标 以太网发展历史及现状 以太网基础 交换式以太网原理 STP，MSTP VLAN 链路聚合 交换机配置以太网发展历史及现状以太网由Xerox公司PARC研究中心于1973年5月22日首次 提出 DIX标准 VS IEEE 802.3标准以太电缆电缆xI c分接器接口电缆电缆收发发器站点接 口控制器终终端器学习目标 以太网发展历史及现状 以太网基础 交换式以太网原理 STP，MSTP VLAN 链路聚合 交换机配置 IEEE 802.3 IEEE 802.2 IEEE 802.3u IEEE 802.3z IEEE 802.3ab以太网相关标准以太网帧结构PRE: 先导字节, 7个10101010 SFD: 帧开始标志, 10101011 DA: 目的 MAC地址 SA: 源MAC地址 LEN: LLC帧长度 DATA: 数据字段 PAD: 填充字段 CRC: 校验字段71662464到1518字节字节CRCPADDATALENSADASFDPRE46到1500字节MAC地址00d0.d001.234500d0.d001.2345Vender CodeSerial Number24 bits24 bitsRomRamMAC地址由48bits组成，ZTE的GAR产品MAC地址前六位为00d0d0Fei_1/1传统以太网基本概念CSMA/CD终结器终结器中继器中继器中继器中继器以太网适用于突发小流量数据通讯环境学习目标 以太网发展历史及现状 以太网基础 交换式以太网原理 STP，MSTP VLAN 链路聚合 交换机配置透明桥的工作原理Station CStation BPort 1Segment ASegment B交换机有着透明桥相同的特点Station AStation DPort 2 地址学习 转发/过滤 避免环路透明桥的功能 地址学习最开始的地址表是空的MAC address table0260.8c01.11110260.8c01.22220260.8c01.33330260.8c01.4444E0E1E2E3ABCD Station A 发送一个frame 给 Station C 交换机从端口 E0 学习到 station A 的 MAC 地址 将该帧做 “洪泛（flooding）” 转发MAC address table0260.8c01.11110260.8c01.22220260.8c01.33330260.8c01.4444E0: 0260.8c01.1111E0E1E2E3DCBA地址学习MAC address table0260.8c01.11110260.8c01.22220260.8c01.33330260.8c01.4444E0: 0260.8c01.1111 E3: 0260.8c01.4444E0E1E2E3DCAB地址学习 Station D 发送一个frame 给 Station C 交换机从端口 E3 学习到 station D 的 MAC 地址 将该帧做 “洪泛（flooding）” 转发转发/过滤Station A 发送一个 frame 给 station C 目标地址已经知道, 不再 “洪泛” 发送，直接从 E2 端口发送出去。 E0: 0260.8c01.1111 E2: 0260.8c01.2222 E1: 0260.8c01.3333 E3: 0260.8c01.44440260.8c01.11110260.8c01.22220260.8c01.33330260.8c01.4444E0E1E2E3X XDCABMAC address table广播、组播和目的MAC地址未知帧的转发 工作站D发出广播、组播或目的MAC地址未知（交换 机转发表中无此MAC地址）的帧 广播、组播或目的MAC地址未知的帧被从除进入端口 外其他所有端口转发0260.8c01.11110260.8c01.22220260.8c01.33330260.8c01.4444E0E1E2E3DCABE0: 0260.8c01.1111 E2: 0260.8c01.2222 E1: 0260.8c01.3333 E3: 0260.8c01.4444MAC address table转发/过滤流程目的地址 是否为广播或组 播地址？YESNO是否 目的MAC地址 已知YESNO根据MAC-Port 表进行转发Frame到达端口除进入端口外 所有端口转发 （洪泛）Hub冲突域/广播域Switch传统以太网与交换式以太网比较冲突域冲突域广播域Hub工作在物理层 简单地再生，放大信号Switch工作在数据链路层 根据MAC地址转发或过滤数据帧HUBf2f2 b3f3f3 b2f4f4 b5f5f5 b4f4f4 b5f5f5 b4Access LayerVLANs: 23234545f =forwarding b=blockingf2 f2 f3f3Distribution LayerDSW 1 VLAN2Link A Link BDSW 2保证网络的可靠性Segment 1Segment 2Server/host XRouter Y环路（loop）带来的问题： 广播风暴 帧的重复复制 交换机 MAC 地址表的不稳定冗余拓扑 Segment 1Segment 2Server/host XRouter YBroadcastSwitch ASwitch BHost X 发送广播帧广播风暴Segment 1Segment 2Server/host XRouter YBroadcastSwitch ASwitch B交换机洪泛广播帧广播风暴Segment 1Segment 2Server/host XRouter YBroadcast广播流量不断被复制，并且无法被消除Switch ASwitch B广播风暴Segment 1Segment 2Server/host XRouter YUnicastSwitch ASwitch B Host X 发送一个单播帧到 router Y Router Y MAC 地址尚未被Switch A 和 Switch B 学习到复制出多个重复的帧Segment 1Segment 2Server/host XRouter YUnicastSwitch ASwitch BHost X发送一个单播帧到 Router Y Router Y MAC 地址尚未被Switch A 和 Switch B 学 习到 Router Y 将接收到完全相同的两个帧UnicastUnicast复制出多个重复的帧Segment 1Segment 2Server/host XRouter YUnicastUnicastSwitch A Switch BHost X发送一个单播帧到 Router Y Router Y MAC 地址尚未被Switch A 和 Switch B 学习 到 Switch A 和 B都在port 0学到 Host X MACPort 0Port 1Port 0Port 1MAC 地址表的不稳定Segment 1Segment 2Server/host XRouter YUnicastUnicastSwitch ASwitch B到 Router Y 的帧被Switch A 和 B在port 1上被转发 Switch A and B 错误地在 port 1 学到 Host X 的MAC地址Port 0Port 1Port 0Port 1MAC 地址表的不稳定 面对这么多的环路，怎么办？Server/hostWorkstationsLoopLoopLoopBroadcast环路问题生成树协议能够发现并自动消除冗余网络拓扑中的环路Blockx环路避免: 生成树协议 (Spanning-Tree Protocol)学习目标 以太网发展历史及现状 以太网基础 交换式以太网原理 STP、MSTP VLAN 链路聚合 交换机配置 每个网络中，有一个 “根” 交换机 每个 “非根” 交换机上，有一个 “根端口” 每个网段有一个 “指定端口（designated port）”xDesignated port (F)Root port (F)Designated port (F)Nondesignated port (B)Root bridgeNonroot bridgeSW XSW Y100baseT10baseTSpanning-Tree 的运作Switch Y 缺省优先级 32768 (8000 hex) MAC 0c0022222222Switch X 缺省优先级 32768 (8000 hex) MAC 0c0011111111BPDUBPDU = Bridge protocol data unit 桥接协议数据单元 (缺省每2秒种发送) Root bridge = 有最底桥ID的交换机 Bridge ID = 桥优先级 + 桥 MAC 地址 在本例中, 哪个交换机有最低桥ID？STP 根的选择 Root bridge xPort 0Port 1Port 0Port 1100baseT10baseTDesignated port (F)Root port (F)Nondesignated port (B)Designated port (F)STP 的端口状态Switch Y 缺省优先级 32768 (8000 hex) MAC 0c0022222222Switch X 缺省优先级 32768 (8000 hex) MAC 0c0011111111BPDU 的作用: 选举根桥 检测发生环路的位置 通告网络状态的改变 监控生成树的状态桥接协议数据单元 (BPDU)开始启动时: Bridge ID = Root ID根的选择过程到根桥的距离?根路径的选择1001001919 Path Cost to Root Is 38Switch CRootSwitch ASwitch BPath cost Bridge ID Port IDSwitch D191/21/1Path Cost to Root Is 38根路径的选择ListeningForwardingLearningBlocking阻塞 倾听 学习 转发 关闭 (off)STP 的端口状态TimeBlocking20 SecListeningLearning15 SecForwarding15 SecForward DelayForward DelayMax-AgeSTP Timer生成数使用计时器来决定状态间转换所需的时间关键问题: 收敛时间 收敛 （Convergence）：当所有的交换机的端口都 处于 forwarding 或 blocking 状态时。 当网络拓扑发生变化时，交换机必须重新计算生成 树，在新的生成树没有建立完成之前，链路是中断 的。MSTP基于多实例的生成树协议RootSwitch AInstance 1 forwardingInstance 2 blockingInstance 1 blockingInstance 2 forwardingPort 1Port 2Instance 1 包括 VLAN 1-VLAN 20Instance 2 包括 VLAN 21-VLAN 40学习目标 以太网发展历史及现状 以太网基础 交换式以太网原理 STP，MSTP VLAN 链路聚合 交换机配置VLANs一个 VLAN 就是一个广播域。 区段化 灵活性 安全性3rd floor