第17讲 局域网技术.ppt
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转发方式 延时 转发速率 管理功能 MAC地址数 扩展树 背板带宽 端口 堆叠方式 外型尺寸
谢谢欣赏
33
多层交换技术
三层交换技术就是：
二层交换技术＋三层转发技术。 它解决了局域网中网段划分之后，网段中子网必须
依赖路由器进行管理的局面，解决了传统路由器低 速、复杂所造成的网络瓶颈问题。
缺省的优先级 32768
端口1
100baseT
根端口 (F)
端口 0
指派端口 (F)
端口1
100baseT
根端口 (F)
交换机Y MAC 0c0022222222 缺省的优先级 32768
非指派端口 (阻塞)
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?
谢谢欣赏
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?
谢谢欣赏
交换机Y MAC 0c0022222222 缺省的优先级 32768
26
生成树
端口 0
交换机 Z Mac 0c0011110000 缺省的优先级 32768
指派端口(F)
交换机X
端口0
MAC 0c0011111111
E1: 0260.8c01.3333 E3: 0260.8c01.4444
E0
E1
E2
E3
B
0260.8c01.3333
D
0260.8c01.4444
• 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
谢谢欣赏
11
冗余网络拓扑
服务器/主机 X
路由器 Y
网段 1
网段 2
冗余拓扑消除了由于单点故障所引致的网络不通问题
BID用来识别每一个交换机/网桥。 BID用来确定网络的中心，在STP中称为根桥。 优先级默认为32768
开销（Cost）
最短路径是cost累加，而cost是基于链路的速率的。
桥协议数据单元（BPDU）
交换机发送的创建逻辑无环路的数据包称为BPDU BPDU在阻塞的接口上也可以接收，这确保如果链
交换机采用交换方式进行数据转发，每一节点独点 交换机的带宽
谢谢欣赏
4
交换模式
直通转发模式
在接收完整帧之前，帧就被转发。 最快的是只要读到目的地址就转发 这种模式降低了延迟，但是不进行检错
存储转发模式
在转发之前整个帧被接收 由于交换开始之前要接收完整帧，较大的数据帧
延迟较大
准直通转发模式 智能交换模式
被阻塞
谢谢欣赏
22
Root Bridge的选择
交接机 X 缺省的优先级 32768 (8000 十六进制)
MAC 0c0011111111
BPDU
交换机 Y 缺省的优先级 32768 (8000 十六进制)
MAC 0c0022222222
BPDU = Bridge protocol data unit (缺省地每2秒发送BPDU数据)
根桥 = 有最低桥识别码的桥 桥识别码（ID） = 桥优先级 + 桥MAC地址 例中， 哪个交换机的桥识别码最低?
谢谢欣赏
23
端口状态
100baseT
交换机 X 缺省的优先级 32768
MAC 0c0011111111
端口 0 指派端口(F)
Root bridge 端口1
指派端口(F)
端口0
根端口 (F)
四层交换技术
通过使用基于第3层地址和第4层应用信息的硬件交 换对分组进行转发（本质上使用了第2层的地址）。
坚持分组头中包含的第4层协议类型（例如UDP或 TCP）
对第4层分段头进行坚持以确定应用端口号
谢谢欣赏
34
三层交换技术特点
线速路由 路由功能 路由协议支持 自动发现功能 过滤服务功能 VLAN功能
谢谢欣赏
百度文库
37
配置端口的速度和双工模式
以太网交换机（10M/100M）的双工模式 可以设定为全双工（full duplex）或半双 工（half duplex）（缺省为半双工），端 口的速度和双工模式一般设置为自适应 （autonegotiation）
A
0260.8c01.1111
MAC地址表 E0: 0260.8c01.1111
E0
E1
B
0260.8c01.3333
C
E2
0260.8c01.2222
D
E3
0260.8c01.4444
• 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)
所有的网络需要冗余来提高可靠性
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
谢谢欣赏
12
冗余拓扑的特点
冗余拓扑消除了单点故障 交换机对不知道地址的帧进行泛洪 交换机对广播和组播也进行泛洪。 冗余交换拓扑或许会带来广播风暴、多
帧拷贝以及MAC地址表不稳定的问题
谢谢欣赏
13
谢谢欣赏
8
交换机如何学习主机的位置
A
0260.8c01.1111
MAC地址表
E0: 0260.8c01.1111 E3: 0260.8c01.4444
E0
E1
B
0260.8c01.3333
C
E2
E3
D
0260.8c01.2222
0260.8c01.4444
• 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
例如要配置吉比特以太网口第一个模块 的第一个接口的命令为：
switch(config)#interface gig1/1
谢谢欣赏
36
配置交换机接口描述
可为交换机的每个端口设置一个名字，方便记忆。可 使用description命令来描述各个接口。
switch(config)#interface gig1/1 switch(config-if)#description test switch(config-if)#end switch#show int gig1/1
路或设备出现问题，新的生成树会被计算
默认，BPDU 2秒发送一次
谢谢欣赏
18
开销（Cost）值
谢谢欣赏
19
生成树要求
• 每个网络只能有一个根桥
•所有端口都处于转发状态，可以发送、接收通信量 •称为标志端口
• 每个非根桥只能有一个根端口
•一个根端口，转发状态并连接到根端口 •从一个非根桥到根桥，根部端口是成本最低的路径
第17讲 局域网技术
主讲：xx
本章内容
掌握交换机的原理 掌握三种交换模式、多层交换的原理和
应用 掌握Catalyst 交换机的基本配置命令 能熟练配置Catalyst 交换机及管理。
谢谢欣赏
2
交换机基础
交换机概述
1993年，局域网交换设备出现 1994年，国内掀起了交换网络技术的热潮 1999年， 交换机的销售量已经大于集线器。
谢谢欣赏
16
回路的解决办法:生成树协议 Spanning-Tree Protocol
x 阻塞
•生成树协议的目的：维护一个无回路的网络
•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
•无环路拓扑称为树，并且是可扩展的树
•创建无环路拓扑的算法称为生成树算法。
谢谢欣赏
17
STP术语
桥ID (Bridge ID)（优先级+端口MAC地址)
谢谢欣赏
5
交换机的三个功能
地址学习 帧的转发/过滤 回路防止
谢谢欣赏
6
交换机如何学习主机的位置
MAC地址表
A
B
0260.8c01.1111
E0
E1
0260.8c01.3333
C
E2
E3
D
0260.8c01.2222
0260.8c01.4444
Q 最初开机时MAC地址表是空的
谢谢欣赏
7
交换机如何学习主机的位置
27
生成树端口状态
生成树会将每个端口的状态作以下变换:
阻塞 侦听 学习 转发
谢谢欣赏
28
生成树重新生成
100baseT
交换机 X
MAC 0c0011111111 缺省的优先级 32768
指派端口
端口 0
Root Bridge
端口 1 指派端口
端口0
根端口 (F)
交换机Y
MAC 0c0022222222 缺省的优先级 32768
E0
XE1
X
E2
E3
B
0260.8c01.3333
D
0260.8c01.4444
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
谢谢欣赏
10
广播帧和多点传送帧
A
0260.8c01.1111
C
0260.8c01.2222
MAC地址表
E0: 0260.8c01.1111
E2: 0260.8c01.2222
服务器/主机 X 广播 交换机 A
广播风暴
路由器 Y
网段 1
交换机 B 网段 2
主机 X 发送一广播信息
谢谢欣赏
14
服务器/主机 X
广播风暴
路由器 Y
交换机 A
广播
网段 1
交换机 B 网段 2
交换机不停地发出广播信息
谢谢欣赏
15
多重回路问题
广播
服务器/主机
回路
回路
回路
工作站
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
作为一种高效率的网连设备，交换机已经取 代了传统的网络设备：集线器
谢谢欣赏
3
交换机与集线器的区别
交换机与集线器的相同点
交换器和集线器都遵循IEEE802．3或IEEE802．3u 其介质存取方式均为CSMA／CD
区别
集线器为共享方式，即同一网段的计算机共享固有 的带宽，传输通过碰撞检测进行，同一网段计算机 越多，传输碰撞也越多，传输速率会变慢。
谢谢欣赏
35
交换机接口类型
交换机接口分为Ethernet（10M），Fast Ethernet（10/100M），GigabitEthernet接 口（10/100/100M）几种类型。。
配置命令为interface Ethernet/ Fast Ethernet/GigabitEthernet
10 Gbps
2
1
1 Gbps
4
1
100 Mbps
19
10
10 Mbps
100
100
谢谢欣赏
25
生成树
端口 0
交换机 Z
Mac 0c0011110000 缺省的优先级 32768
交换机X
端口0
MAC 0c0011111111
缺省的优先级 32768
端口1
100baseT
端口 0
端口1
100baseT
交换机 集线器
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
谢谢欣赏
31
交换机的分类
根据交换机的结构分类
插拔式机箱交换机和固定配置交换机
根据交换机工作的协议层分类
第二层交换机 第三层交换机 第四层等交换机
谢谢欣赏
32
交换机的参数与选购
• 每段只能有一个指派端口
•非指派端口一般处于阻塞状态，以打破回路
• 非指定端口不被使用
100baseT
根桥
指派端口(F)
根端口(F)
SW X
指派端口(F)
非根桥
SW Y
x 非指派端口(B)
谢谢欣1赏0baseT
20
生成树操作
谢谢欣赏
21
生成树操作步骤
选举根桥，BID最小即是 计算自己到根桥距离 选择根端口，距离根桥最近的接口 选指定端口和非指定端口，非指定端口
GigabitEthernet1/1 is down, line protocol is down (notconnect) Hardware is Gigabit Ethernet Port, address is 000d.bc78.2d00 (bia 000d.bc78.2) Description: test
• 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)
谢谢欣赏
9
交换机如何过滤帧
A
0260.8c01.1111
C
0260.8c01.2222
MAC地址表
E0: 0260.8c01.1111 E2: 0260.8c01.2222 E1: 0260.8c01.3333 E3: 0260.8c01.4444
x 端口1
非指派端口 (阻塞)
10baseT
谢谢欣赏
29
桥与交换机的比较
桥
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
交换机
基于硬件实现(ASIC) 每个交换机可以有多个生成树 每个交换机有更多的端口
谢谢欣赏
30
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
交接机 Y
缺省的优先级 32768
x 端口1
MAC 0c0022222222
非指派端口(B)
10baseT
谢谢欣赏
24
路径代价
生成树路径开销是以路径中所有链路带宽为基础计算的整 个路径开销的总和
连接速率
开销(修订的 IEEE 规范) 开销(旧IEEE 规范)
----------------------------------------------------------------------------------------------------
谢谢欣赏
33
多层交换技术
三层交换技术就是：
二层交换技术＋三层转发技术。 它解决了局域网中网段划分之后，网段中子网必须
依赖路由器进行管理的局面，解决了传统路由器低 速、复杂所造成的网络瓶颈问题。
缺省的优先级 32768
端口1
100baseT
根端口 (F)
端口 0
指派端口 (F)
端口1
100baseT
根端口 (F)
交换机Y MAC 0c0022222222 缺省的优先级 32768
非指派端口 (阻塞)
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?
谢谢欣赏
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?
谢谢欣赏
交换机Y MAC 0c0022222222 缺省的优先级 32768
26
生成树
端口 0
交换机 Z Mac 0c0011110000 缺省的优先级 32768
指派端口(F)
交换机X
端口0
MAC 0c0011111111
E1: 0260.8c01.3333 E3: 0260.8c01.4444
E0
E1
E2
E3
B
0260.8c01.3333
D
0260.8c01.4444
• 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
谢谢欣赏
11
冗余网络拓扑
服务器/主机 X
路由器 Y
网段 1
网段 2
冗余拓扑消除了由于单点故障所引致的网络不通问题
BID用来识别每一个交换机/网桥。 BID用来确定网络的中心，在STP中称为根桥。 优先级默认为32768
开销（Cost）
最短路径是cost累加，而cost是基于链路的速率的。
桥协议数据单元（BPDU）
交换机发送的创建逻辑无环路的数据包称为BPDU BPDU在阻塞的接口上也可以接收，这确保如果链
交换机采用交换方式进行数据转发，每一节点独点 交换机的带宽
谢谢欣赏
4
交换模式
直通转发模式
在接收完整帧之前，帧就被转发。 最快的是只要读到目的地址就转发 这种模式降低了延迟，但是不进行检错
存储转发模式
在转发之前整个帧被接收 由于交换开始之前要接收完整帧，较大的数据帧
延迟较大
准直通转发模式 智能交换模式
被阻塞
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22
Root Bridge的选择
交接机 X 缺省的优先级 32768 (8000 十六进制)
MAC 0c0011111111
BPDU
交换机 Y 缺省的优先级 32768 (8000 十六进制)
MAC 0c0022222222
BPDU = Bridge protocol data unit (缺省地每2秒发送BPDU数据)
根桥 = 有最低桥识别码的桥 桥识别码（ID） = 桥优先级 + 桥MAC地址 例中， 哪个交换机的桥识别码最低?
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23
端口状态
100baseT
交换机 X 缺省的优先级 32768
MAC 0c0011111111
端口 0 指派端口(F)
Root bridge 端口1
指派端口(F)
端口0
根端口 (F)
四层交换技术
通过使用基于第3层地址和第4层应用信息的硬件交 换对分组进行转发（本质上使用了第2层的地址）。
坚持分组头中包含的第4层协议类型（例如UDP或 TCP）
对第4层分段头进行坚持以确定应用端口号
谢谢欣赏
34
三层交换技术特点
线速路由 路由功能 路由协议支持 自动发现功能 过滤服务功能 VLAN功能
谢谢欣赏
百度文库
37
配置端口的速度和双工模式
以太网交换机（10M/100M）的双工模式 可以设定为全双工（full duplex）或半双 工（half duplex）（缺省为半双工），端 口的速度和双工模式一般设置为自适应 （autonegotiation）
A
0260.8c01.1111
MAC地址表 E0: 0260.8c01.1111
E0
E1
B
0260.8c01.3333
C
E2
0260.8c01.2222
D
E3
0260.8c01.4444
• 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)
所有的网络需要冗余来提高可靠性
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
谢谢欣赏
12
冗余拓扑的特点
冗余拓扑消除了单点故障 交换机对不知道地址的帧进行泛洪 交换机对广播和组播也进行泛洪。 冗余交换拓扑或许会带来广播风暴、多
帧拷贝以及MAC地址表不稳定的问题
谢谢欣赏
13
谢谢欣赏
8
交换机如何学习主机的位置
A
0260.8c01.1111
MAC地址表
E0: 0260.8c01.1111 E3: 0260.8c01.4444
E0
E1
B
0260.8c01.3333
C
E2
E3
D
0260.8c01.2222
0260.8c01.4444
• 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
例如要配置吉比特以太网口第一个模块 的第一个接口的命令为：
switch(config)#interface gig1/1
谢谢欣赏
36
配置交换机接口描述
可为交换机的每个端口设置一个名字，方便记忆。可 使用description命令来描述各个接口。
switch(config)#interface gig1/1 switch(config-if)#description test switch(config-if)#end switch#show int gig1/1
路或设备出现问题，新的生成树会被计算
默认，BPDU 2秒发送一次
谢谢欣赏
18
开销（Cost）值
谢谢欣赏
19
生成树要求
• 每个网络只能有一个根桥
•所有端口都处于转发状态，可以发送、接收通信量 •称为标志端口
• 每个非根桥只能有一个根端口
•一个根端口，转发状态并连接到根端口 •从一个非根桥到根桥，根部端口是成本最低的路径
第17讲 局域网技术
主讲：xx
本章内容
掌握交换机的原理 掌握三种交换模式、多层交换的原理和
应用 掌握Catalyst 交换机的基本配置命令 能熟练配置Catalyst 交换机及管理。
谢谢欣赏
2
交换机基础
交换机概述
1993年，局域网交换设备出现 1994年，国内掀起了交换网络技术的热潮 1999年， 交换机的销售量已经大于集线器。
谢谢欣赏
16
回路的解决办法:生成树协议 Spanning-Tree Protocol
x 阻塞
•生成树协议的目的：维护一个无回路的网络
•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
•无环路拓扑称为树，并且是可扩展的树
•创建无环路拓扑的算法称为生成树算法。
谢谢欣赏
17
STP术语
桥ID (Bridge ID)（优先级+端口MAC地址)
谢谢欣赏
5
交换机的三个功能
地址学习 帧的转发/过滤 回路防止
谢谢欣赏
6
交换机如何学习主机的位置
MAC地址表
A
B
0260.8c01.1111
E0
E1
0260.8c01.3333
C
E2
E3
D
0260.8c01.2222
0260.8c01.4444
Q 最初开机时MAC地址表是空的
谢谢欣赏
7
交换机如何学习主机的位置
27
生成树端口状态
生成树会将每个端口的状态作以下变换:
阻塞 侦听 学习 转发
谢谢欣赏
28
生成树重新生成
100baseT
交换机 X
MAC 0c0011111111 缺省的优先级 32768
指派端口
端口 0
Root Bridge
端口 1 指派端口
端口0
根端口 (F)
交换机Y
MAC 0c0022222222 缺省的优先级 32768
E0
XE1
X
E2
E3
B
0260.8c01.3333
D
0260.8c01.4444
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
谢谢欣赏
10
广播帧和多点传送帧
A
0260.8c01.1111
C
0260.8c01.2222
MAC地址表
E0: 0260.8c01.1111
E2: 0260.8c01.2222
服务器/主机 X 广播 交换机 A
广播风暴
路由器 Y
网段 1
交换机 B 网段 2
主机 X 发送一广播信息
谢谢欣赏
14
服务器/主机 X
广播风暴
路由器 Y
交换机 A
广播
网段 1
交换机 B 网段 2
交换机不停地发出广播信息
谢谢欣赏
15
多重回路问题
广播
服务器/主机
回路
回路
回路
工作站
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
作为一种高效率的网连设备，交换机已经取 代了传统的网络设备：集线器
谢谢欣赏
3
交换机与集线器的区别
交换机与集线器的相同点
交换器和集线器都遵循IEEE802．3或IEEE802．3u 其介质存取方式均为CSMA／CD
区别
集线器为共享方式，即同一网段的计算机共享固有 的带宽，传输通过碰撞检测进行，同一网段计算机 越多，传输碰撞也越多，传输速率会变慢。
谢谢欣赏
35
交换机接口类型
交换机接口分为Ethernet（10M），Fast Ethernet（10/100M），GigabitEthernet接 口（10/100/100M）几种类型。。
配置命令为interface Ethernet/ Fast Ethernet/GigabitEthernet
10 Gbps
2
1
1 Gbps
4
1
100 Mbps
19
10
10 Mbps
100
100
谢谢欣赏
25
生成树
端口 0
交换机 Z
Mac 0c0011110000 缺省的优先级 32768
交换机X
端口0
MAC 0c0011111111
缺省的优先级 32768
端口1
100baseT
端口 0
端口1
100baseT
交换机 集线器
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
谢谢欣赏
31
交换机的分类
根据交换机的结构分类
插拔式机箱交换机和固定配置交换机
根据交换机工作的协议层分类
第二层交换机 第三层交换机 第四层等交换机
谢谢欣赏
32
交换机的参数与选购
• 每段只能有一个指派端口
•非指派端口一般处于阻塞状态，以打破回路
• 非指定端口不被使用
100baseT
根桥
指派端口(F)
根端口(F)
SW X
指派端口(F)
非根桥
SW Y
x 非指派端口(B)
谢谢欣1赏0baseT
20
生成树操作
谢谢欣赏
21
生成树操作步骤
选举根桥，BID最小即是 计算自己到根桥距离 选择根端口，距离根桥最近的接口 选指定端口和非指定端口，非指定端口
GigabitEthernet1/1 is down, line protocol is down (notconnect) Hardware is Gigabit Ethernet Port, address is 000d.bc78.2d00 (bia 000d.bc78.2) Description: test
• 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)
谢谢欣赏
9
交换机如何过滤帧
A
0260.8c01.1111
C
0260.8c01.2222
MAC地址表
E0: 0260.8c01.1111 E2: 0260.8c01.2222 E1: 0260.8c01.3333 E3: 0260.8c01.4444
x 端口1
非指派端口 (阻塞)
10baseT
谢谢欣赏
29
桥与交换机的比较
桥
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
交换机
基于硬件实现(ASIC) 每个交换机可以有多个生成树 每个交换机有更多的端口
谢谢欣赏
30
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
交接机 Y
缺省的优先级 32768
x 端口1
MAC 0c0022222222
非指派端口(B)
10baseT
谢谢欣赏
24
路径代价
生成树路径开销是以路径中所有链路带宽为基础计算的整 个路径开销的总和
连接速率
开销(修订的 IEEE 规范) 开销(旧IEEE 规范)
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