【CCNP】第八章 二层交换
第一节 观察和配置MAC地址
二层，即OSI第二层数据链路层，数据链路层提出物理编址概念，即MAC地址。
MAC地址：给每一台设备分配一个物理地址（MAC地址），长度为48bit，用十二位十六进制表示。MAC地址的表现形式大体上分为两种：
-
XX-XX-XX-XX-XX-XX ，常见于Windows系统下
-
XXXX-XXXX-XXXX，常见于网络设备中
其中，前24bit用于标识OUI（厂商），后24位由厂商自行定义。
工作在数据链路层的设备为交换机
交换机的基本功能为自动学习MAC地址
交换机转发数据帧依靠MAC地址表，交换机查看源目MAC地址进行数据帧的转发
交换机查看MAC地址
Switch# show mac address-table
MAC地址表的来源：
1.Dynamic：自动学习
自动学习MAC地址是交换机的基本功能，且无法关闭。
交换机查看源MAC地址就是自动学习的过程，将源MAC地址和收到该数据帧的接口进行绑定，形成Dynamic的MAC表项
交换机查看目的MAC地址就是交换过程。
2.Static：静态手动指定
Switch(config)#mac address-table static 6666.6666.6666 vlan 1 int e0/0
手动指定的MAC表项是永远不会消失的
第二节 VLAN（虚拟局域网）
VLAN：Virtual Local Area Network，虚拟局域网
在原先物理局域网的基础上进行划分，分隔成几个小的虚拟的局域网
作用：
1.提高局域网的安全性
2.减小广播域
冲突域和广播域：
冲突域：常见于Hub上，
集线器的所有接口位于一个冲突域中
交换机的每个接口是一个独立的冲突域
广播域：广播报文能够传输的范围
交换机的所有接口都位于一个广播域中
而路由器的一个接口就是一个广播域
VLAN号范围：1-4094，其中
1-1001：标准VLAN号，一般用于二层交换机。
1002-1005：保留VLAN号，用于令牌环网等（几乎用不到）。
1006-4094：扩展VLAN号，一般用于三层交换机。
VLAN的配置：
1.VLAN的创建
在不那么旧的IOS版本上
Switch(config)# vlan x Switch(config-vlan)# name XX
在较老IOS版本上（如2950）
Switch# vlan databse Switch(vlan)# vlan x name y
2.VLAN的删除
在不那么旧的IOS版本上
Switch(config)# no vlan x
在较老IOS版本上（如2950）
Switch# vlan databse Switch(vlan)# no vlan x
查看创建的VLAN信息：
Switch# show vlan brief
3.将某些接口划分进入VLAN中
默认情况下，交换机的所有接口处在VLAN 1下。
(config)# int e0/0 (config-if)# switchport access vlan 10 # 划分进入VLAN10 (config-if)# switchport mode access # 端口模式改为接入模式
VLAN预配的删除
VLAN信息不像路由器保存在running-config中，而是存储在vlan.dat中，因此，交换机清除预配，除了要erase startup-config外，还需要delete flash:vlan.dat。（具体目录通过特权模式下dir看）
第三节 Trunk（干道协议）
Trunk，干道协议，用于在一条或多条链路上传输多个VLAN的数据
Trunk会重新封装数据帧，其具体过程为给数据帧一个VLAN标记，标记本数据帧是属于哪个VLAN的
封装协议分为两种：
1.802.1Q：公有协议，支持所有的VLAN号（1-4094）
2.ISL：Cisco私有协议，只支持标准VLAN号（1-1005）
802.1Q封装需要重新计算FCS处的值，需要消耗一定的硬件资源（如CPU），也会带来一定的延迟。
ISL封装，不更改原数据帧
只有Cisco新设备支持ISL，老版本IOS（如vlan database）的设备不支持
干道配置：
1.定义干道的封装协议，在Cisco的设备上，默认的封装协议是ISL
(config)# interface e0/2 (config-if)# switchport trunk encapsulation dot1q
2.修改接口模式
(config)# interface e0/2 (config-if)# switchport mode trunk
本征VLAN：
Trunk链路传输过程中无VLAN-ID字段内容的VLAN称之为本征VLAN
默认是VLAN1
VLAN1的数据子啊经过Trunk链路时是不需要经过802.1Q重封装的
如果要修改本征VLAN，需要保证：
1.本征VLAN是基于802.1Q概念的技术，若通过ISL封装，则无本征VLAN概念
2.两端的本征VLAN id要相同
本征VLAN的部署：
(config)# interface e0/2 (config-if)# switchport trunk native vlan 20 # 设置本征VLAN为VLAN 20 # 设置本征VLAN为VLAN 20
第四节 DTP（动态中继协议）
DTP协议：
Dynamic Trunk Protocol，动态中继/干道协议，Cisco交换机是默认开启的。
Cisco私有协议
作用：动态协商交换机之间的Trunk链路
协商内容分为两部分：
1.接口的类型，协商完毕后接口会成为access/trunk类型
2.Trunk的封装协议，协商完毕后接口Trunk的封装协议会成为802.1Q/ISL
DTP的四种模式：
Dynamic Desirable ：动态主动模式，主动向其它接口要求成为Trunk模式。 Dynamic Auto：动态被动模式，被动地响应其它接口的请求，不会主动要求成为 On：主动/强行成为干道。 Off：主动.强行关闭干道。
在DTP协商建立Trunk链路时，只需保证两端有一端是主动端即可成功协商Trunk链路。
DTP在Cisco交换机端口的默认模式：
Switch# show interface e0/2 switchport
Administrative Mode：管理模式
Operational Mode：运行模式
接口下配置修改DTP模式：
(config)# int e0/2 (config-if)# swichport mode dynamic desirable
DTP协商结果图
| DYNAMC DESIRABLE | DYNAMIC AUTO | ON(TRUNK) | OFF(ACCESS) | |
|---|---|---|---|---|
| Dynamc Desirable | Trunk | Trunk | Trunk | Access |
| Dynamic auto | Trunk | Access | Trunk | Access |
| On(Trunk) | Trunk | Trunk | Trunk | - |
| Off(Access | Access | Access | - | Access |
图-DTP协商结果
第五节 CDP（思科发现协议）
CDP：Cisco Discovery Protocol，思科发现协议，Cisco私有协议
作用：用于自动发现思科设备
# show cdp neighbor
第六节 VTP（VLAN中继协议）
VTP协议：Vlan Trunking Protocol，VLAN中继/干道协议
用于自动同步各交换机的VLAN信息
VTP域名：
只有VTP域名相同的交换机才会互相同步VLAN信息。
如果交换机域名为空（还未配置VTP），此时，交换机会自动学习其它交换机的域名
VTP域名的配置：
(config)# vtp domain CCNP
查看VTP信息
# show vtp status
VTP版本：
VTP支持版本1，版本2，版本3
默认运行版本1，常用版本2
(config)# vtp version 2
V1：支持VLAN1-1001（不支持令牌环网）
在旧版本IOS的VTP中，透明模式是不会转发VLAN信息的。
V2：支持VLAN1-1005
V3：支持VLAN1-4094
VTP模式：
Server：服务模式 可以修改和删除VLAN信息，也可以任意修改VTP配置 发送和接收VLAN信息，同步VLAN信息。 Client：客户模式 不可以修改和删除VLAN信息，可以修改少量VTP配置 发送和接收VLAN信息，同步VLAN信息。 Transparent：透明模式 可以修改和删除本地VLAN信息，也可以任意修改VTP配置 转发VTP的VLAN信息，但是不会同步。
实验BUG解释：
如若出现VTP信息不同步的情况，则将没有同步到VLAN信息的设备VTP模式先改为透明模式，再改回客户机模式。
VTP的修订号：
每对VTP或VLAN进行修改后，修订号都会改变
创建、删除、修改VLAN信息，修订号每次都会加1。
VTP的服务模式和客户模式都会自动同步修订号较高的VLAN信息。
VTP的倒灌：
由于Client设备无法更改VLAN信息，所以正常情况下都应该是Client向Server同步，因为Client修订号应永远等于或小于Server的修订号
但是如果出现Client设备的修订号大于Server的修订号，则Server会向Client端同步VLAN信息，这个过程称为VTP倒灌。
为了防止倒灌现象的发生，新设备在上线前，需要先将设备的VTP模式改为Transparent，再改回Client或者修改VTP域名，并确保修订号归0。
第七节 Etherchannel（以太通道）
Etherchannel：以太通道
将多条物理链路聚合成一条逻辑链路，当其中的某条物理链路故障后，逻辑链路依旧存在，从而防止单点故障。
Etherchannel的封装：
PAGP：端口聚合协议，Cisco私有，支持的物理链路最多8条
模式：
Desirable：主动 Auto：被动
LACP：链路聚合控制协议，公有协议，支持的物理链路最多16条，但其中只有8条可以使用，另外8条作为备用链路。
模式：
Active：主动 Passive：被动
Etherchannel的部署：
1.确定以太通道的协议和以太通道端口号
int ran e0/2,e1/0 channel-protocol pagp/lacp channel-group 1 mode desirable/auto/active/passive
2.将以太通道设置成Trunk
int po1 switchport trunk encapsulation dot1q switchport mode trunk
Etherchannel的负载方式：
# show etherchannel load-balance
Dst-IP：基于目的IP负载 # 常见于三层交换机 Src-IP: 基于源IP负载 # 常见于三层交换机 Drc-dst-IP:基于源目IP负载，默认方式。# 常见于三层交换机 Dst-MAC: 基于目的MAC负载 # 常见于二层交换机 Src-MAC: 基于源MAC负载 # 常见于二层交换机 Src-dst-MAC: 基于源目MAC负载 # 常见于二层交换机
调整Etherchannel的负载方式
(config)# port-channel load-balance xx # 调整负载方式
第八节 STP（生成树协议）
STP，Spanning-Tree PRrotoco：生成树协议
STP技术的产生是为了防止物理链路出现环路，STP会在存在环路的二层网络中构建一个无环的拓扑。
环路的危害：
1.广播风暴
由于交换机之间物理链路冗余，造成广播帧不停地在冗余链路之间来回传输，如果交换机的端口指示灯有规律的一同灭闪，则应注意是否发生了广播风暴。
2.MAC地址表不稳定（翻转）
交换机从不同接口收到同一个源MAC地址的数据，会导致该MAC地址会出现在多个接口下。
BPDU：
Bridge Protocol Data Unit：网桥协议数据单元，交换机之间会通过BPDU来协商链路。类似于IGP的Hello报文。
BPDU字段解释：
Root ID：标识根交换机的MAC地址，占8字节，由两部分组成。
Root ID的组成：
优先级：占2字节，默认值32768，范围0-65535（需要是4096的倍数）
MAC地址：占6字节，根交换机的MAC地址
Bridge ID：网桥ID，占8字节，由两部分组成
Bridge ID的组成：
优先级：占2字节，默认值32768，范围0-65535（需要是4096的倍数）
MAC地址：占6字节，表明本台交换机的MAC地址（选举本交换机MAC地址中最小的地址）
Port ID：端口ID，占2字节，由两部分组成
Port ID的组成：
优先级：占1字节，范围0-255，默认128，递增基数为16
端口号：如0/0
交换机的接口状态：
Disabled：禁用状态，相当于接口被shutdown Blocking：阻塞状态，逻辑意义上shutdown，默认情况下，端口会在此状态停留20s。不能够接收和发送BPDU、数据帧、参与MAC-address-table Listening：监听状态，表明交换机已得知本接口应当参与数据帧的转发。端口会在本状态下停留15s。接收和发送BPDU，不能够收发数据帧，不参与MAC-address-table Learning：学习状态，接口参与填写MAC-address-table，端口会在本状态下停留15s。接收和发送BPDU，参与MAC-Address-table，不能收发数据帧 Forwarding：转发状态
生成树的算法（重点）：
1.选举根交换机
BID值最小者优先成为根交换机
在交换机初始状态下，每台交换机都会互相发送BPDU，初始状态下，大家都会认为自己是根，因此BID=RID。
选举规则：
(1)先比较优先级，越小越优
优先级范围0-65535，默认是32768
(2)再比较MAC地址，越小越优
根交换机选举完成后，其它的非根交换机不会再发送BPDU报文了，只有根交换机在发送BPDU。
2.选举根端口
根端口是在所有的非根交换机上选举，同时每台非根交换机只有一个根端口，用于转发BPDU和数据。
根端口的选举依据：
(1)比较BPDU接收端口到交换机的路径成本，越小越优
| 旧标准（不用了，纯了解） | 新标准（目前使用） | |
|---|---|---|
| 万兆链路（10G链路） | 1 | 2 |
| 1G链路 | 1 | 4 |
| 100M链路 | 10 | 19 |
| 10M链路 | 100 | 100 |
(2)比较对端的BID值（网桥ID值），越小越优
(3)比较对端的PID值（端口ID值），越小越优
端口ID由两部分组成，优先级+端口号
先比较优先级，越小越优
再比较对端端口ID，越小越优（如e0/x永远比e1/x）要小
3.选举指定端口，并阻塞没有角色的端口
在每条链路上都需要选举一个指定端口，用于转发BPDU和数据
(1)根交换机的所有端口全部都为指定端口
(2)非根交换机上根端口的对端一定是指定端口
(3)BPDU转发端口到达根交换机的路径成本，越小越优
(4)本端的BID值越小越优
(5)本端的PID值越小越优
例：生成树选举过程
具体选举过程：
1.选举根交换机
比较各交换机的BID值，发现aabb.cc00.1000，即SW1的MAC地址最小，因此SW1作为根交换机。
2.选举根端口
SW2：
SW2的e0/0端口到根交换机的路径成本为100，e0/1端口到根交换机的路径成本为300，因此，根据路径成本越小越优的道理，我们选择e0/0端口作为SW2的根端口。
SW3：
SW3的e0/1端口到根交换机的路径成本为100，e0/0端口到根交换机的路径成本为300，因此，根据路径成本越小越优的道理，我们选择e0/1端口作为SW2的根端口。
SW4：
SW4的e0/1端口到根交换机的路径成本为200，e0/2端口到根交换机的路径成本为200，因此，根据路径成本比不出来；开始比较对端网桥ID值，则aabb.cc00.2000（SW2）比aabb.cc00.3000（SW3）小，因此，连接到SW2的端口e0/1被选举为根端口。
SW5：
e0/0端口到根交换机的路径成本为300，e0/3端口到根交换机的路径成本为300，因此，根据路径成本比不出来；开始比较对端网桥ID值，对端网桥均为aabb.cc00.4000（SW4）也比不太出来；开始比较对端端口ID值，SW5的e0/0连接到SW4的e0/0，SW5的e0/3连接到SW4的e0/3，则PID值0/0小，则SW5的端口e0/0端口被选举为根端口
3.选举指定端口
(1)根交换机上的端口全部是指定端口，因此SW1的e0/0和e0/1端口都是指定端口
(2)根端口的对端一定是指定端口，因此，SW4的根端口e0/1，对端是SW2的e0/1，因此SW2的e0/1也是指定端口；同理，SW5的根端口是e0/0，对端是SW4的e0/0，因此，SW4的e0/0也是指定端口；
因此，我们只剩下SW4连接SW3的链路及SW4连接SW5的左侧链路没有选择出指定端口。
SW4通过e0/2端口连接到SW3的e0/0端口，首先比较两个端口到根交换机的路径开销。
SW4通过e0/2转发BPDU是转发通过左侧RPe0/1接口收到的BPDU，到根的路径开销值为200，而SW3的e0/0端口转发BPDU是转发通过上方RPe0/0接口收到的BPDU，根路径开销值为100。本着越低越优的原则，优选SW3的E0/0端口作为转发端口。
SW4通过e0/3端口连接到SW5的e0/3端口，首先比较两个端口到根交换机的路径开销。
SW4通过e0/2转发BPDU是转发通过左侧RPe0/1接口收到的BPDU，到根的路径开销值为200，而SW5的e0/3端口转发BPDU是转发通过右侧RPe0/0接口收到的BPDU，根路径开销值为300。本着越低越优的原则，优选SW4的E0/3端口作为转发端口。
生成树的种类：
1.802.1D：STP
Cisco拿过来做了改进，演变出了PVST（Per Vlan Spaning-Tree）
PVST是Cisco交换机默认运行的种类，每个VLAN有一颗独立的生成树。
PVST的配置：
(config)# spanning-tree mode pvst # 生成树模式定义为PVST (config)# spanning-tree vlan x priority y # 将该交换机设备在vlan x中的优先级设置为y。
PVST的缺点：
慢
一个端口从Blocking到最后Forwarding的过程如下：
Blocking--20s—Listening--15s—Learning--15s—Forwarding
2.802.1W：RSTP（Rapid Spanning-Tree），快速生成树协议
RSTP相较于PVST，将端口状态数量调整为了4个，去掉了Listening状态。RSTP模式下，一个端口从Blocking到最后Forwarding的过程如下：
Blocking--20s—Learning--15s—Forwarding
RSTP的配置：
(config)# spanning-tree mode rapid-pvst # 生成树模式定义为RSTP
3.802.1S：MST/MSTP（Multiple Spanning-Tree），多生成树协议
把多个VLAN绑定成一个实例，每个实例生成一棵树，实例内的VLAN共享这一棵生成树。
MSTP的配置：
(config)# spanning-tree mode mst # 定义生成树模式为MSTP (config)# spanning-tree mst configuration (config-mst)# name MST (config-mst)# instance 1 vlan 1, 10 # 实例号绑定对应VLAN (config-mst)# instance 2 vlan 20 # 实例号绑定对应VLAN (config)# spanning-tree mst 1 priority 0 # 设置本交换机在实例1 中的优先级值为0。
查看MSTP：
# show spanning-tree mst instance-id
STP的两个特性：
1.Portfast
Portfast接口可无需经过Blocking等状态，直接进入Forwarding状态，如果某个接口下连接的一定是一台终端设备，则可以将这个接口设置为portfast接口。
(config-if)# interface eX/y (config-if)#spanning-tree portfast (edge) # 指定某个接口为快速接口 (config)# spanning-tree portfast edge default # 指定全局接口为快速接口
2.BPDUGuard
BPDU防护，若该接口收到了BPDU，则表明该接口下可能存在交换机，此时有可能会造成二层环路。此时若配置了BPDUGuard，则会主动关闭该接口。
(config-if)# spanning-tree bpduguard enable # 无论该接口是否为快速接口，只要收到BPDU报文，就置入err-disable状态，并且接口置为down状态 (config)# spanning-tree portfast edge bpduguard default # 全局下的快速接口只要收到BPDU报文，就置入err-disable状态，并且接口置为down状态
被BPDU防护关掉的接口，重新恢复up状态的方法
1.重新配置正确的Portfast后重启设备。
2.排除错误之后，进入接口，sh后no sh
3.排除错误之后，使用errdisable自动恢复。
(config)#errdisable recovery cause bpduguard (config)#errdisable recovery interval 30
第九节 VLAN间通信
跨设备通信由于需要网关转发本网络数据包，因此需要借助于三层设备
三层设备：路由器、多层交换机。
多层交换机实现VLAN间通信
借助于多层交换机的SVI接口
SVI接口是一个逻辑接口，在多层交换机上，每一个VLAN可以拥有一个独立的SVI接口，且该SVI接口为所在的VLAN提供服务
创建对应VLAN的SVI接口：
(config)# interface vlan 10 (config-if)# ip add 192.168.1.1 255.255.255.0 (config-if)# no shutdown
路由器实现VLAN间通信
借助于路由器的子接口
(config)# interface e0/0.10 (config-if)# encapsulation dot1Q 10 # 封装给VLAN10使用 (config-if)# ip address 192.168.1.1 255.255.255.0 (config)# interface e0/0.20 (config-if)# encapsulation dot1Q 20 # 封装给VLAN20使用 (config-if)# ip address 192.168.2.1 255.255.255.0 (config)# interface e0/0 (config-if)# no shutdown # 打开母接口
第十节 FHRP(首跳冗余协议)
FHRP协议，即First Hop Redundancy Protocol，首跳冗余协议，这里的首跳也就意味着是网关。
FHRP协议的分类
HSRP
VRRP
HSRP协议
Hot standby Router Protocol，热备份路由器协议，是Cisco私有协议
HSRP路由器的两种角色：
Active：活动路由器，用于实际承担流量转发（当前的实际网关）。
Standby：备份路由器，一旦Active路由器发生故障，则Standby设备就会顶替原先Active路由器，并承担原Active路由器的工作。Standby路由器会监听Active路由器的状态。
Active路由器会向Standby路由器定期地主动发送存活报文（3s一次，目的地址224.0.0.2），如果在一定时间内Standby路由器没有收到Active路由器的存活报文，则表明Active路由器可能DOWN，此时Standby路由器会接替Active路由器。
HSRP组：
即由多台HSRP路由器组成。
HSRP角色选举：
1.比较优先级，优先级越大越优，默认值100，修改范围0-255。
2.比较IP地址，越大越优。
HSRP中的虚拟路由器&IP&MAC：
由Active路由器和Standby路由器共同虚拟化为一台虚拟路由器。
虚拟路由器的IP地址即是将来要设置的网关，可以实现网关的备份冗余。
虚拟IP地址：虚拟路由器的IP地址，可自行设置，不可与现有地址重复
虚拟MAC地址：0000.0c07.acxx，xx表示HSRP组号
HSRP的基本配置
(config)# interface vlan10 (config-if)# standby 10 ip 192.168.10.254 # 即表示加入组号为10的HSRP备份组，该组的虚拟IP地址为192.168.10.254
HSRP的抢占
默认情况下，组内的设备不会主动抢占Active路由器的角色，即使其优先级或者IP地址并当前的Active设备更大。
若想发生Active路由器角色的切换，则需要手动开启HSRP的抢占
(config)# interface vlan10 (config-if)# standby 10 priority 110 # 将此设备的优先级调高。 (config-if)# standby 1 preempt # 开启抢占，若比当前Active路由器更大，则直接发生抢占。
HSRP的链路监测机制：
(config)# track 1 interface e0/0 line-protocol # 通过track检测链路是否DOWN (config-if)# standby 1 track 1 decrement 20 # 如果链路DOWN，则将本地HSRP优先级降低20
此功能必须搭配HSRP的抢占一起使用。
VRRP协议
Virtual Router Redundancy Protocol，虚拟路由器冗余协议。公有协议
VRRP路由器的两种角色：
Master路由器：活动路由器，用于实际承担流量转发（当前的实际网关）。
Backup路由器：备份路由器，一旦Master路由器发生故障，则Backup设备就会顶替原先Active路由器，并承担原Master路由器的工作。
VRRP的目的地址：224.0.0.18
VRRP的虚拟IP&虚拟MAC：
虚拟IP地址：VRRP的虚拟IP地址可以和现有的IP地址重叠，IP地址拥有者VRRP优先级为255。
虚拟MAC地址：0000.5e00.01xx # xx表示组ID
VRRP的抢占：
VRRP的抢占功能是默认开启的。
VRRP的部署：
(config)# interface vlan 10 (config-if)# vrrp 10 ip 192.168.10.254 # 将该设备加入VRRP备份组10中，虚拟IP是192.168.10.254 (config-if)# vrrp 10 priority 110 # 将该设备在VRRP组中的优先级设置为110 (config-if)# vrrp 10 track 1 decrement 20 # VRRP也可联动track技术实现链路检测