CCNA+NP学习笔记—交换网络篇

       本章关于企业网络的最底层——交换层，难度较低，主要为以后三层的路由做铺垫。所有笔记的分类顺序为：序章→交换层→路由层→运营商，体现了从企业网到互联网的学习顺序。

 

注：思科设备命令行通常不分大小写！以后不再赘述。

一。交换机工作原理

1. 数据格式：帧/分组/段头/负载/帧尾

2. 数据传输方式

单播 unicast

广播 broadcast

3.集线器工作原理

特点：信号放大、泛洪

4.交换机原理

Mac地址表：每个接口一个本地mac，接口接收的数据源mac与接口关联。

交换机收到一个未知目的mac的数据帧会泛洪（路由器会丢弃）

一个接口一个冲突域

所有接口构成广播域

5.冲突域与广播域

用集线器组成的二层网络是一个广播域和一个冲突域

用交换机组成的二层网络是一个广播域和多个冲突域

交换机分割冲突域；路由器分割广播域

二。VLAN

1. 虚拟本地接入网：分割广播域（不同vlan间不允许广播流流通）、安全性

2. vlan详解

标识：vlan-id：1~4096或字符标识（便于管理员识别）

一般一个部门一个vlan（一个网段）

3. Vlan类型

Native vlan本帧vlan，vlan 1 默认vlan

Normal vlan 常规vlan 2~1001

保留vlan 1002~1005

扩展vlan 1006~4096

4. vlan的配置（二层交换机）

Step 1 规划

Step 2 进入vlan数据库

Vlan database

Step 3 创建vlan

Vlan<…>name<…>

Step 4 接口划入vlan

Interface<…>

Switch mode access

Switchport access vlan<…>

注：一次进入多个接口的配置模式：如int ran fa0/1-3,fa0/7-9

5. show vlan

三。Trunk-link

1. 在交换机间承载和传递所有vlan流量

让不同交换机上相同vlan流量通信

2. 插入vlan-id tag机制 10bit？

IEEE802.1Q dot1q（公开）

在帧头中插入vlan-id

3. ISL内部交换标签机制（不常用）

添加ISL头和ISL尾 12bit 小巨人帧

4. trunk link carry list

手动设置trunk link可承载的指定vlan流量

5. 因为vlan 1流量没有标签，可以将其他vlan改为vlan 1

6. trunk link的配置

Step 1：分析。（多层交换机之间未必是trunk link）

Step 2：选择用dot1q还是ISL

Step 3：接口下配置

Switchport trunk encapsulation

（二层交换机只要switchport mode trunk）

7. show int

8. 交换机接口模式

Access 二层交换机端口默认

Trunk 交换机之间

Router 一般只有多层交换机有

Dynamic 只有多层交换机用，且是默认

四。VTP

1. 虚拟trunk协议：用来同步vlan的配置

2. vtp模式（默认开启，基于trunk link才能正常工作）

Server 默认模式

创建修改删除vlan配置 发送接收vtp消息 能同步他人也能被他人同步

Client

不能创建修改删除vlan配置 接收vtp消息 能同步他人也能被他人同步

Transparent

创删修vlan配置 透传所能接收的vtp消息 不能同步也不能被同步

Off

关闭模式

3. vtp的域名、密码、修订号

这三个信息被vtp消息所携带，域名与密码一定要相同才能同步

修订号默认0，vlan创建删除都使其加1

4. vtp的配置

Step 1：分析

Step 2：完成trunk link的配置

Step 3：vtp配置

Vlan database

Vtp

Vtp domain<…>

Vtp password<…>

Step 4：vlan 配置

Step 5：接口划入vlan

5. 实验（冗余链路防止单故障点）

实验需求：利用trunk link vlan vtp保证vlan 每个vlan的主机相互通讯

实验步骤

Step 1：设备基本配置

Step 2：配置trunk link

Step 3：配vtp

Step 4：配vlan

Step 5：接口划入vlan

五。生成树协议（重要）

1. 造成环路的问题

交换机建立mac地址列表的过程

单播与广播

错误的mac表

数据帧的重复接收与发送

交换机端口都有学习与转发的能力，可能产生广播风暴

2. stp

Spanning tree生成树协议

在交换网络中避免环路并提供冗余作用

3. Stp版本

IEEE 802.1d（stp）、802.1w（rstp）、802.1s（mstp）

4. stp术语

参考点

非参考点

以根桥为参考点计算到根桥的最佳路径

5. 端口状态（交换机接口所经历的过程）

Init初始 准备参与stp计算

端口不具学习转发能力，2秒进入下一状态

Blk堵塞

也不具备学习转发能力，20秒进入下一状态

Lis帧听 开始stp竞选

不具学习转发能力，选出的DP与RP经15秒后进入下一状态

Lrn学习 DP与RP学习mac地址 但不能转发数据

Fwd转发 既可学习也可转发 正常工作

6. 交换机角色、端口角色

根桥（交换机以前叫做网桥）

非根桥

指定桥

根端口 位于非根桥 用于抵达根桥的接口

指定端口 位于指定桥上（根桥也是指定桥）

7. BPDU

网桥协议数据单元

Stp消息 消息就是不同于正常工作数据的比特流？

35byte（还是挺大的一个消息）

间隔两秒周期发送

用来竞选交换机角色与端口角色

8. stp竞选过程

根桥竞选比较参数

BID网桥ID

根桥竞选后可被取代，非根桥创建老化计时器20s？

根端口的竞选参数

Cost开销（与带宽成反比）

10m 100

100m 19

1G 4

10G 2

根桥开销为0

发送者的BID网桥标识（越小越优）

优先级 默认32768（2的15次方）

MAC地址（不是端口地址）（也不在mac表中）

发送者的PID（小则优）

优先级 默认128

接口编号

本地接口编号 大优

指定桥竞选参数

Cost

BID

9. PVST每vlan生成树（默认开启，调用stp）

Stp无环拓扑称为实例instance

Extend system ID：为了保证每个vlan有独立的BID

根桥的修改靠改变优先级、本地cost

根桥的优先级是4096的整数倍

端口优先级是16的整数倍

10. stp增强特性

Portfast快速端口

配置之后，该端口直接进入转发转发状态，一般放在与终端的接口上

Bpdu guard保护

Portfast接口上收到bpdu立刻关闭

Bpdu filter过滤

接口重新参与计算

Guard root根防护

接口收到更优的bpdu被关闭

11. 实验

实验需求：

利用vtp实现vlan同步

Vtp server实现冗余备份

创建vlan 1~10。

mlsw1是奇数vlan根；mlsw2是偶数vlan根

接入层流量按拓扑图走

（模拟器中router3600插槽NM 16ESW）

实验步骤

Step 1：取消路由功能

No ip routing

Step 2：trunk link

Step 3：vtp设置

Step 4：vlan配置并校验

Step 5：接口划入vlan

Step 6：分析查看当前拓扑

Show spanning tree bridge

Show spanning tree root

Show spanning tree brief

Step 7：修改奇偶vlan的根桥

Spanning tree vlan 1 3 5 7 9 priority 4096

Step 8：多层交换机间修改根端口，使得奇偶流量分行

目前奇偶流量都走上面（接口编号小）就是把偶数vlan流量改到下面

接口下：spanning tree vlan 2 4 6 8 10 cost 100

Step 9：校验二层交换机的奇偶vlan是否有自己的根

六。RSTP与MSTP

1. RSTP快速生成树

IEEE 802.3w

端口状态

Discard丢弃状态 等于STP中的前三种状态 15s后进入下一状态

Learn学习状态 15s后进入下一状态

Forward转发状态（正常工作状态）

（用packet tracer模拟器可观察到30s左右完成收敛）

端口角色

DP

RT

ALT替代端口 根端口的备份

BCK备份端口 指定端口的备份

（大部分堵塞端口都是替代端口）

Edge port就是快速端口，直接进入转发状态

接口模式告诉交换机对方是什么

TCN/TCA（建立在TCP连接上）

拓扑改变通告/拓扑改变确认

2. MSTP介绍

IEEE 802.1s

利用stp rstp实现巨型交换网解决方案

允许多个vlan使用同一个vlan实例

允许对交换网层次化的结构设计：骨干层与非骨干层

CIST Common and Internal Spanning Tree公共和内部生成树

IST利用rstp创建无环拓扑

CST利用stp创建无环拓扑

3. MSTP术语

域名 url domain

修订号

实例instance 最多64个

4. MSTP配置流程

Step 1：规划

Step 2：spanning tree mode mst//生成树切换成cst

Spanning tree mst configuration//进入RST模式？

Name<…>

Revision<…>

Instance<…>vlan1 3 5（或1-3）//划入同一个实例

（show mst configuration）

mstp根据实例修改根桥与根端口

spanning tree mst<…>priority<…>

spanning tree mst<…>cost<…>

spanning tree mst<…>port-priority<…>

七。EC与端口安全

1. port security

Mac地址与接口绑定，限制接口关联的mac地址

设置规则，一旦触发规则，接口关闭

Shutdown关闭 默认

Protection保护

Limit限制

2. EC以太网通道

将物理链路捆绑成逻辑链路（做多8个）

被捆绑的链路必须参数一致

逃避stp计算！扩充传输速率

通常配置在核心交换层中

分为二层EC与三层EC

二层EC捆绑链路的模式一致（access或trunk）

3. 二层EC的实施

手动配置：管理员指定哪些接口被绑定

动态协商：

Pagp端口聚合协议

Lacp链路聚合控制协议

4.EC解析实验

实验需求：交换机间实现access和trunk的EC

实验步骤：

Step 1：交换机基础配置

Step 2：access的EC配置

Int ran<…>

Shutdown

Channel-group <组号> mode on

（show etherchannel summary）

（default interface <…>接口恢复出厂配置）

（show run interface<…>）

Step 3：配trunk的EC

Int<…>

Channel protocol

Channel group<…>mode

5. 端口安全试验

Mlsw1配置端口安全，mlsw2作为测试机去触发端口安全规则，观察现象

关键试验步骤：

Show int e0/0 | include hard //筛选关键字

Switchp mode access

Switchp port-security //可加上maximum 1

Switchp port-security mac-address sticky？

（show port-security）

八。初涉路由

1. 定义：基于路由表寻路，找出最佳路径抵达目标网络

路由表也叫RIB（路由信息库）

（show ip route）

路由代码：描述路由条目如何进入RIB的

格式：code目标网络 AD/metric 下一跳 出口 计时器

路由表构建过程

直连网络（包括环回口）

手动（如静态路由）

动态（路由协议）

路由选路：逐条最长匹配

2. 单臂路由实验

利用路由器使二层不同vlan通讯

实验需求：利用单臂路由让PC0与PC1通讯

实验步骤：

Step 1：完成PC上ip设置

Step 2：交换机基础配置

Step 3：路由器上的配置

Router(config)#interf f0/0 

Router(config-if)#no shut 

Router(config-if)#exit 

Router(config)#interf f0/0.1 

Router(config-subif)#enca dot1q 10

Router(config-subif)#ip add 192.168.1.254 255.255.255.0 

Router(config-subif)#exit 

Router(config)#interf f0/0.2 

Router(config-subif)#enca dot1q 20

Router(config-subif)#ip add 192.168.2.254 255.255.255.0

Step 4：PC相互ping通

3. 多层交换机的路由功能

SVI交换机虚拟接口：vlan被添加ip当做接口使用

关键命令：

Ip routing

Int vlan <…>

Ip add <…>

九。网关协议（重要）

1. 网关冗余的挑战

网关ip地址

多余的arp

巨大延迟

不透明

2. 首跳冗余性协议FHRP（first hop redundancy protocols）包括：

热备份路由器协议HSRP（hot standby router protocol）。

虚拟路由冗余协议VRRP(virtual router redundancy protocol)。

网关负载均衡协议GLBP（gateway load balancing protocol）。

HSRP	VRRP（模仿HSRP）	GLBP
思科私有RFC2281	IEEE标准RFC3768	思科私有
UDP1985	IP协议112（端口号）	UDP3222
224.0.0.2	224.0.0.18（通告地址）	224.0.0.102
每组通常2台网关	最多16个网关	最多4个网关
最多16组？	最多255组（每个路由器）	最多1024组
0000.0c07.acXX	0000.5e00.01XX（虚拟mac）	0007.b4XX.XXYY
1个活跃和备份（其余候选）	1个主用，若干备用	1个AVG若干AVF
一个ip一个mac	一个ip一个mac	一个ip多个mac
虚拟ip与接口ip不同	虚拟ip可与接口ip相同	虚拟ip与真接口ip不同
可追踪接口或对象	只可追踪对象	只可追踪对象
默认hello 3s，hold 10s	默认hello 1s，有skew时间	默认hello 3s，hold 10s
明文认证	明/密文认证	明文认证

3. HSRP的问题

组中2台设备

Active一旦选定通常不变

监控不足

Ip地址的消费

4. HSRP配置流程

Step 1：确认组号，虚拟ip，优先级及抢占跟踪等问题

Step 2：接口下（路由器）或SVI下（多层交换机）配置

Standby<组号>ip<虚拟ip地址>

Standby<组号>priority<0~255>

Standby<组号preempt

（show standby brief）

5. HSRP解析实验

补充知识：环回接口是一个逻辑接口，可分配ip模拟一个目标网络

实验需求：R2是active；R1是standby；互为备份

实验步骤：

Step 1：完成PC的ip设置

Step 2：路由器基础配置

Int loopback0

Ip add <…>

Step 3：完成HSRP配置

其中在R2上：

Int e0/0

Standby 12 ip 10.1.1.3 255.255.255.0

Standby 12 priority 101

Standby 12 preempt

PC上追踪路径：

Trace 10.1.1.3

Step 4：R1R2上都配置对象跟踪

Track 1 int loop0 line-p

接口下：standby 12 track 1 decrement 10

6. VRRP

vrrp group-number track {interface-name | track-id} [decrement]

no vrrp group-number track {interface-name | track-id}

描述 group-number 指定group-number号，取值范围是1-255。

interface-name 指定监控的接口。

track-id 指定监控的track对象ID。

Decrement 指定优先级降低幅度。缺省10。

这里还要在全局模式下配置track组

track track-ip intface intface-id line-protocol

注意： 在启动了vrrp后，才可以配置该命令。

7. GLBP术语

热备份组 组中最多4台设备

一个虚拟网关ip

最多四个虚拟网关mac 由AVG分配

AVG激活虚拟网关

AVF激活虚拟转发者 组中4台都是AVF

Weight权重

8. GLBP实验

实验需求：R1~R4创建环回口，模拟目标网络

R3扮演AVG

R1~R4做权重跟踪

（show glbp brief）

接口下配置对象跟踪：

Glbp 1 weighting 100 lower 90

Glbp 1 weighting 100 upper 110

Glbp 1 weighting track 1 decrement 10