网桥、交换机和路由器

目录

网桥

交换机

VLAN

交换原理

交换机的接口模式

Tag和Pvid

端口隔离和端口安全

华为模拟器中的配置 

三层交换机 

路由器

无线路由器 

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网桥

网桥是一种链路层产品，能够记录终端主机的MAC地址和端口的对应，生成CAM表。网桥能够进行冲突域隔离，有效的提高网络带宽利用率，不同接口之间的数据不会相互冲突。

网桥的缺点：接口比较有限，默认是两个接口，对网络的冲突域隔离比较有限，网桥没有专用的硬件而是采用CPU来处理数据，所以处理速度相对较慢

交换机

交换机(Switch)是网桥演变过来的，所以也是一种链路层产品，交换机一般是用在局域网内数据传送，但是也有广域网交换机。交换机可以隔离冲突域，但是不能隔离广播域。

交换机相比网桥，主要有几个优势：

• 接口数量更多
• 采用专用的ASIC硬件芯片进行高速转发，所以速度更快
• 能够进行VLAN隔离(不仅仅可以隔离冲突域，通过VLAN可以隔离广播域)

VLAN

VLAN(Virtual Local Area Network)虚拟局域网，一个VLAN就是一个广播域，VLAN之间的通信是通过三层路由实现的。
设计二层VLAN时，应保证全局所有交换机VLAN信息都一致，VLAN可以隔离广播域
turnk通道在传输不同VLAN时，会在数据帧的中加入802.1Q数据，里面包含有VLAN的信息，以区分不同VLAN

交换原理

转发决策
交换机的转发决策有三种操作：丢弃、转发和扩散。

• 丢弃：当本端口下的主机访问已知本端口下的主机时丢弃。
• 转发：当某端口下的主机访问已知某端口下的主机时转发。
• 扩散：当某端口下的主机访问未知端口下的主机时要扩散。

每个操作都要记录下发包端的源MAC地址，然后放入CAM表，以备其它主机的访问
 
生存期
生存期是端口地址列表中表项的寿命。每个表项在建立后开始进行倒记时，每次发送数据都要刷新记时。对于长期不发送数据的主机，其MAC地址的表项在生存期结束时删除。所以端口地址表记录的总是最活跃的主机的MAC地址。
 
网管功能
一台交换机所支持的管理程度反映了该设备的可管理性与可操作性。带网管功能的交换机可对每个端口的流量进行监测，设置每个端口的速率，关闭/打开端口连接。通过对交换机端口进行监测，便于对网络业务流量的区分和迅速进行网络故障定义，提高了网络的可管理性。

交换机的接口模式

交换机的端口有三种模式：Access、Trunk、Hybrid

• Access类型的端口只能属于一个VLAN，一般用于连接主机
• Trunk类型的端口可以允许多个VLAN通过，可以接收和发送多个VLAN的报文，一般用于和交换机或路由器之间连接的端口
• Hybrid类型的端口可以允许多个VLAN通过，可以接收和发送多个VLAN的报文，可以用于交换机之间连接，也可以用于连接用户的计算机

注：Hybrid端口和Trunk端口在接收数据时，处理方法是一样的，唯一不同之处在于发送数据时：Hybrid端口可以允许多个VLAN的报文发送时不打标签，而Trunk端口只允许缺省VLAN的报文发送时不打标签。
 
从access口进入的数据帧会加入VLAN tag信息，从access口出去的数据帧会去除VLAN tag
 
trunk接口的缺省VLAN

• Access端口只属于1个VLAN，所以它的缺省VLAN就是它所在的VLAN，不用设置 
• Hybrid端口和Trunk端口属于多个VLAN，所以需要设置缺省VLAN ID。缺省情况下，Hybrid端口和Trunk端口的缺省VLAN为VLAN 1
• 当端口接收到不带VLAN Tag的报文后，则将报文转发到属于缺省VLAN的端口。当端口发送带有VLAN Tag的报文时，如果该报文的VLAN ID与端口缺省的VLAN ID相同，则系统将去掉报文的VLAN Tag，然后再发送该报文。 

注：对于华为交换机缺省VLAN被称为“Pvid Vlan”，对于思科交换机缺省VLAN被称为“Native Vlan"。所有接口的缺省VLAN一定要相等 

Tag和Pvid

注：trunk默认放行本地已经创建的VLAN,所有trunk接口的pvid必须都相等
PC1和PC4通信(当trunk接口的pvid != 10)
pc1发送消息从g0/0/1口进入LSW1，进入LSW1后，交换机给数据包中加入tag(包含VLAN信息)。然后从g0/0/2口发给LSW2的g0/0/2口，再从LSW2的g0/0/3口发给LSW3的g0/0/3口，进入LSW3中。这之间数据包一直含有tag信息。然后LSW3将数据包的tag信息剥除，从g0/0/1口发出到达PC4
PC1和PC4通信(当trunk接口的pvid=10)
pc1发送消息从g0/0/1口进入LSW1，进入LSW1后，交换机给数据包中加入tag(包含VLAN信息)。然后从g0/0/2口发出，因为pvid=10，所以把tag信息剥除，到达LSW2的g0/0/2口进入LSW2中，因为pvid=10，又加入了tag信息，从LSW2的g0/0/3口发出又把tag信息剥除了，进入LSW3的g0/0/3口，又加入了tag信息。然后再剥除信息后从LSW3的g0/0/1口发出给PC4(在交换机内一直是有tag信息的，在线路上一直是没tag信息的)

端口隔离和端口安全

端口隔离
端口隔离可以实现同一个VLAN内的端口之间的隔离，可以设置同一个VLAN内的不同端口同处于一个group，那么同一个组内的端口都不可以通信。
在华为模拟器中，端口隔离有两个模式： all 和 l2

端口隔离的设置

进入该端口下: [Huawei-GigabitEthernet0/0/1] port-isolate enable group 2

如图，PC1、PC2、PC3都处于VLAN10中，PC1、PC2在group2中、PC3在group1中。那么PC1不能和PC2通信，PC3可以和PC1、PC2通信

端口安全
端口安全是允许该端口最大的max地址数量，超过该数量后，实施保护策略
端口安全的三种措施： protect 、restrict 、shutdown

[Huawei-GigabitEthernet0/0/1] port-security enable
[Huawei-GigabitEthernet0/0/1] port-security max-mac-num 2
[Huawei-GigabitEthernet0/0/1] port-security mac-address sticky
[Huawei-GigabitEthernet0/0/1] port-security protect-action shutdown

如图，给交换机的G0/0/1口设置端口安全，设置最多只能保存两个MAC地址，当PC3插入hub与其他主机通信时，交换机的G0/0/1端口会被关闭

华为模拟器中的配置 

创建多个VLAN ：vlan batch 10  20
设置端口类型：port link-type access/trunk/hybrid
放行所有VLAN：port trunk allow-pass vlan all
设置交换机trunk接口的pvid：port trunk pvid vlan 10
 
给g0/0/0创建子接口: interface GigabitEthernet 0/0/0.10
让子接口识别vlan10的数据帧和对数据帧加tag：[Huawei-GigabitEthernet0/0/0.10] dot1q termination vid 10
让子接口支持arp广播：[Huawei-GigabitEthernet0/0/0.10]  arp broadcast enable

三层交换机 

三层交换机是二层交换+三层路由，相当于是在二层交换机基础上，增加了路由引擎。
三种转发技术：

• 进程交换
• 快速交换，一次路由，多次交换，思想是，某一个流量的第一个报文，需要通过路由引擎进行处理，处理之后 ，转发决定会被缓存在ASIC硬件芯片中，后续流量直接通过ASIC芯片进行快速转发。如果识别同一条数据流（标识数据流的五元组：源目IP、源目端口、协议号）
• CEF转发 硬件芯片会自动产生转发表（无关乎流量），所有流量的处理都通过硬件芯片来完成，是最快的转发技术。

交换机的所有接口为二层接口，在配置网关地址时，不能直接在物理接口下配置。那么我们可以针对不同的vlan，配置虚拟接口，比如，针对vlan10，配置虚拟接口，interface vlan 10 .
 但是要注意到三层交换机并不能完全取代路由器，因为它主要是为了实现处于两个不同子网的Vlan进行通讯，而不是用来作数据传输的复杂路径选择

分别进入vlan10和vlan20，配网关地址即可
[LSW1] int vlan 10
[LSW1-Vlanif10] ip add 192.168.1.254  24
[LSW1] int vlan 20
[LSW1-Vlanif10] ip add 192.168.2.254  24

路由器

路由器(Router) 是连接因特网中各局域网、广域网的设备，它会根据信道的情况自动选择和设定路由，以最佳路径，按前后顺序发送信号。一般路由器有两个部分组成，WAN和LAN，WAN是用来拨号的，是让路由自身能上网的一个部分，LAN是用来局域网内交换数据的，外接的网线插在WAN端口，我们电脑通过网线连接LAN端口，无线路由器的无线部分一般属于LAN，所以一般叫WLAN。路由器内置DHCP服务器，可以为使用路由的电脑自动分配IP，所以他们直接插上就能上网

无线路由器 

WLAN系统一般由 AC(接入控制器)  和 AP(Access Point无线接入点）组成。

• AP:为AccessPoint简称，一般翻译为“无线访问节点”，它是用于无线网络的无线交换机，也是无线网络的核心。无线AP是移动计算机用户进入有线网络的接入点，主要用于宽带家庭、大楼内部以及园区内部，典型距离覆盖几十米至上百米，目前主要技术为802.11系列。大多数无线AP还带有接入点客户端模式（APclient），可以和其它AP进行无线连接，延展网络的覆盖范围。
• AC：它是指无线接入控制服务器(AC)，接入控制器(AC)无线局域网接入控制设备，负责把来自不同AP的数据进行汇聚并接入Internet，同时完成AP设备的配置管理、无线用户的认证、管理及宽带访问、安全等控制功能