第三章 路由与交换设备... 2
一、交换机... 2
二、路由器... 3
三、课后题... 4
第四章 交换机与路由器的基础配置... 4
一、交换机命令模式概要... 4
二、访问与配置交换机... 5
三、路由器基本命令概要... 5
四、路由器的配置与管理方式... 6
第六章 VLAN技术... 8
一、VLAN基础... 8
二、VLAN 配置... 10
三、课后习题... 11
第七章 交换机中的冗余链路连接... 12
一、交换机冗余链路... 12
二、生成树算法(STP):避免回路,冗余备份... 13
三、快速生成树算法(RSTP)... 15
四、以太网链路聚合... 16
1、作用:
交换机收到数据包后,对信息进行重新生成并经过内部处理,然后根据所传递数据包的目的地址,转发到指定端口,具备自动寻址能力和交换作用。
2、硬件结构
(1)ROM(只读内存):用于系统初始化等功能,存放Mini OS、 BootStart
(2)Flash(闪存):断电数据不丢失,存放交换机操作系统(RGNOS)、配置文件(config.text)
(3)RAM(可读可写(随机)存储器):断电数据丢失,存放当前运行的配置(running-config)
3、常见接口
(1)Console端口:使用9芯串口线将Console端口与计算机的串口连接,对交换机进行管理。
(2)10Base-T/100Base-TX RJ45端口:支持10Mbps或100Mbps带宽的连接设备,均具有自协商能力。
(3)扩展端口
4、LED指示灯
(1)电源指示:亮、暗
(2)10Base-T/100Base-TX RJ45端口状态指示:
(a)链接/活动指示灯(Link/ACT):亮【正确链接】、暗【】、闪烁【传输数据】
(b)100Mbps状态指示:亮【对应端口传输速率100Mbps】、暗【10Mbps】
(3)扩展模块状态指示灯
5、工作原理
第二层交换机有三个主要功能:地址学习、转发和过滤数据包、消除回路。
交换机开机启动后,会自动生成一张表,即MAC地址表,交换机关机后,MAC地址表中的内容会自动清空。
MAC地址表包含MAC地址、对应接口、VLAN号。
6、MAC地址学习
(1)交换机初始化时MAC地址表是空的
(2)主机之间互相发送数据,交换机会学习数据帧的源MAC地址
(3)已知单播帧:过滤操作Filtering
(4)未知单播帧,广播帧:执行广播操作Flooding
7、三层交换机
三层交换机是具有部分路由器功能的交换机,加快大型局域网内部的数据交换
三层交换技术就是:二层交换技术+三层转发技术。 (不是简单的叠加)
8、交换机安装
(1)在桌面上安装
将交换机放在足够大的桌面上,最好保证交换机的每个面和周围有3英寸的隔离,以保证设备的通风。
(2)在机架上安装
使用2个L形的固定架、2个拉手及6个安装用的沉头螺钉,将交换机固定在机架上。
9、交换机链接
(1)与服务器及工作站相连
确认使用了合适的网络线。
将网线的一端与网络适配器相连,另一端与交换机的RJ45端口相连。
将串口线的一端与交换机上的Console端口相连,另一端与主机上的串口相连。
(2)与其他交换机相连
级联:通过交换机的普通端口通过普通线缆简单联接起来
堆叠:通过堆叠线缆将交换机的背板连接起来,扩大级联带宽
1、作用
通不同的网络、选择信息传送的线路、自动过滤网络广播。
2、硬件结构
(1)ROM:包含路由器加电时首先运行的硬件自检程序、引导程序。
(2)Flash:路由器操作系统的微程序代码驻留在其中。
(3)非易失性RAM(NVRAM):断电不丢失,用于存储路由器启动时初始化系统使用的配置文件(startup-config.text)
随机访问存储器(DRAM):断电丢失,包含路由表、ARP缓存、Fast Switch缓存、数据包缓存、正在运行的路由器配置文件(running-config.text)等
3、常见接口
(1)快速以太网接口
(2)高速同/异步串口
(3)异步串口
4、指示灯
(1)system指示灯:绿闪【自检】、常绿【正常工作】、长红【出故障仍可工作】、红闪【严重故障】
(2)Ready0~1指示灯:常绿【某个模块正常运行】、灭【某个模块故障】
(3)Link/ACT 、100Mbps
5、路由器启动
(1)加电自检,RGNOS将检查其存储器和内部硬件
(2)操作系统加载。此阶段要进行解压缩并加载
(3)配置负载,将启动配置文件加载到内存中
1、为什么交换机一般用于局域网内主机的互连,不能实现不同IP网络的主机互相访问?
(1)从OSI的角度分析交换机和路由器的区别
交换机属于数据链路层设备, 识别数据帧的MAC地址信息进行转发;路由器属于网络层设备,通过识别网络层的IP地址信息进行数据转发。
(2)数据处理方式的区别
交换机对于数据帧进行转发,交换机不隔离广播,交换机对于未知数据帧进行
扩散;路由器对IP包进行转发,路由器不转发广播包,路由器对于知数据包进行丢弃。
(3)数据转发性能方面
交换机是基于硬件的二层数据转发,转发性能强;路由器是基于软件的三层数据转发,转发性能相对较差。
(4)接口类型
交换机一般只具备以太网接口,类型单一 ,接口密度大;路由器能够提供各种类型的广域网接口,能够连接不同类型的网络链路,接口数较少。
(5)应用环境
交换机-般应用于局域网内部,大用户的网络接入设备。路由器般用于网络间的互联。
1、访问
(1)带外管理
通过带外对交换机进行管理(PC 与交换机直接相连)
波特率:9600 数据位:8 停止位:1 无校验,无流量控制
(2)带内管理
通过Telnet 对交换机进行远程管理
通过Web 对交换机进行远程管理
通过SNMP 工作站对交换机进行远程管理
2、配置Telnet功能
(1)配置远程登陆密码
Switch(config)#enable secret level 1 0 ruijie
(2)配置进入特权模式密码
Switch (config)#enable secret level 15 0 ruijie
3、配置管理IP
Switch (config)#interface vlan 1
Switch (config-if)#ip address 192.168.1.1 255.255.255.0
Switch (config-if)#no shutdown
Switch (config-if)#end
注:Switch (config)#ip default-gateway 192.168.1.1 !配置默认网关
未配置网关时,只能同网段的主机连接交换机:telnet 192.168.1.1
配置了网关,没有网段限制
4、三层交换机配置IP
Switch (config)#interface fastethernet 0/1 !配置fastethernet 0/1口
Switch (config-if)#no switchport
Switch (config-if)#ip address 192.168.1.1 255.255.255.0
Switch (config-if)#no shutdown
Switch (config-if)#end
1、配置模式
2、网络检测
ping hostname/ip address 侦测网络的连通性
traceroute hostname/ip address 跟踪远程主机的路径信息
3、IP地址配置和规划注意事项
(1)同一路由器的不同接口的IP网号不能相同。
(2)相邻路由器的一对接口的IP网号必须相同。
(3)除了相邻路由器的相邻接口外,网络中的所有路由器所连接的网段,即所有路由器的任何两个非相邻接口都必须不在同一网段上
1、管理
(1)带外管理
通过带外对路由器进行管理(PC 与路由器直接相连)
(2)带内管理
通过Telnet 对路由器进行远程管理
通过Web 对路由器进行远程管理
通过SNMP 工作站对路由器进行远程管理
2、配置TELNET
(1)第一步:在路由器上配置fastethernet0/0端口的IP地址
RouterA # configure terminal !进入全局配置模式
RouterA(config)# interface fastethernet 0/0 !进入路由器接口配置模式
RouterA(config)# ip address 192.168.0.138 255.255.255.0 !配置路由器管理接口IP地址
RouterA(config)# no shutdown !开启路由器fastethernet0/0接口
(2)第二步:配置路由器远程登录密码
RouterA(config)# line vty 0 4 !进入路由器线路配置模式
RouterA(config-line)# login !配置远程登录
RouterA(config-line)# password ruijie !设置路由器远程登录密码为 “ruijie”
RouterA(config-line)#end
(4)第三步:配置路由器特权模式密码
RouterA(config)# enable secret ruijie !设置路由器特权模式密码为 “ruijie”
RouterA(config)# enable password ruijie !明文显示密码
3、配置文件
(1)保存文件: 将当前运行的参数保存到NVRAM中用于系统初始化时加载配置。
Router#write memory
或者:Router#copy running-config startup-config
(2)将运行配置写入TFTP服务器
Router#copy running tftp:
(3)从TFTP服务器中或NVRAM中读入配置文件:
Router#copy tftp: running
Router#copy start running
(4)删除文件:
Router#erase startup-config 擦除初始配置文件
(5)删除配置
永久性的删除flash 中不需要的文件,使用命令delete flash:config.text
删除当前的配置,在配置命令前加no 例:switch(config-if)# no ip address
4、RGNOS映像的备份与升级
Router#copy flash: tftp: 备份RGNOS映像
Router#copy tftp: flash: 升级RGNOS映像
5、操作系统升级
(1)ROM模式下
1、接好网线和控制线
2、在TFTP Server上运行“超级终端”程序,并设置参数
3、在TFTP Server的微机上运行TFTP Server程序,将升级路径指向放置升级文件(router.bin)的目录
4、路由器加电,在超级终端上按Ctrl+Break进入监控模式,超级终端屏幕出现“boot:”提示符
5、执行命令show-env,查看当前环境变量
6、修改配置(如:“boot:TFTP_SERVER=192.168.12.219”)
7、执行“tftp -r”命令进行升级
8、升级完毕会自动载入到路由器RAM中。进入正常配置模式。但是没有保存到Flash中。
(2)正常模式下
1、路由器和用于升级路由器的主机在同一网络,保证路由器和微机在网络上相通
2、在微机上启动TFTP Server
3、给路由器对应接口配置IP地址,该IP地址不能与网络上的其他设备冲突,并与TFTP Server主机可以相互通信。
4、在路由器方先Ping网络的连通性,如能Ping通,说明使用正常工作模式下的维护功能的环境才能满足。
5、将用于升级的路由器主体程序文件复制到TFTP服务器所指定的目录下,在路由器特权模式下执行: Router#copy tftp flash
6、LINE 模式配置
line
7、控制台速率配置
用来管理路由器的终端的速率设置必须与路由器的控制台的速率一致(9600、19200、38400、57600、115200),默认为9600.
Router(config-line)#speed
1、VLAN的概述
VLAN(虚拟局域网)是在一个物理网络上划分出来的逻辑网络
2、VLAN的种类
(1)基于端口的VLAN
原理:
将交换机上的物理端口和内部的永久虚电路端口分成若干组,每组构成一个虚拟网,相当于一个独立的VLAN交换机
特点:不受主机变化影响,配置过程简单明了
(2)基于协议的VLAN
原理:在一个物理网络中针对不同的网络层协议进行安全划分
特点:
可跨越多个VLAN交换机, 用户可在网络内部自由移动,而VLAN成员身份保留不变。
不足:效率差(需查看第三层IP地址)
(3)基于MAC地址的VLAN
原理:基于用户的网络划分手段,交换机跟踪基于网卡的MAC地址,确认VLAN成员
特点:允许网络用户从一个物理位置移动到另外一个物理位置
不足:
网络管理员需要将每个用户都一一划分在某个VLAN中,在一个大规模的VLAN中,十分困难。
(4)基于组播的VLAN
原理:IP组播实际上也是一种VLAN的定义,一个IP组播组就是一个VLAN
特点:
将VLAN扩大到了广域网,很灵活,适用于不在同一地理范围的局域网用户组成一个VLAN。
不足:不适合局域网,因为效率不高。
3、冲突域与广播域
冲突域是基于物理层
广播域是基于数据链路层
集线器(HUB)不能分割广播域与冲突域
交换机(Switch)可以分割冲突域,不分割广播域
4、IEEE802.1q Header 格式
TPID(标签协议标识符):用来区别为标签的帧,数值设定为0X8100
PCP(优先权代码点):定义用户优先级
CFI(标准格式指示):值为1,则MAC地址为非标准格式
VID(虚拟局域网识别符):指出帧属于哪个特定的VLAN。支持4096(2^12)个VLAN的识别,但可配置的标识符为4094个。VID=0用于识别帧优先级,表示帧不属于人一个VLAN;VID=4095(FFF)作为预留。
5、VLAN端口
(1)访问链接(Access Link) :基于端口,一个端口属于一个VLAN。其交换机端口类型称为Port Vlan。
(a)静态VLAN:手动配置
(b)动态VLAN
(2)汇聚链接(Trunk Link) :两台支持IEEE802.1q的设备之间搭建点对点链路。汇聚链路上流通着加了是被VLAN ID的标签,这种VLAN称为Tag VLAN。
一个端口属于多个VLAN,实现同一VLAN跨越不同的交换机,传输多个VLAN的信息,802.1q数据帧只在交换机的trunk链路上传输,对于用户是完全透明的。
1、Port VLAN的配置
(1)生成VLAN
在特权模式上,通过以下步骤创建或者修改一个VLAN。
① 通过configure terminal由特权模式进入全局配置模式。
② 输入命令vlan vlan-id,生成一个VLAN ID,此时进入VLAN配置模式。
③ 输入命令name vlan-name(可选),为VLAN取一个名字。
④ 输入命令end,返回到全局模式。
(2)设定访问链接,决定各端口属于哪个VLAN
如果把一个端口分配给一个不存在的VLAN,则这个VLAN将自动被创建。
① 通过configure terminal由特权模式进入全局配置模式。
② 输入命令interface interface-type interface-id,设定的交换机端口。
③ 输入命令switchport mode access,将交换机端口类型设定为access访问链接类型,交换机二层端口的默认模式是access。
④ 输入命令switchport access vlan vlan-id,将端口分配一个VLAN ID。
⑤ 输入命令end,返回全局模式。
⑥ 输入命令show interfaces interface-type interface-id switchport,用于检查交换机端口的完整信息。
注:将一组接口加入某一个VLAN
Switch(config)#interface range fastethernet 0/1-10,0/15,0/20
Switch(config-if-range)#switchport access vlan 20
注:连续接口 0/1-10,不连续接口用逗号隔开,但一定要写明模块编号
2、Tag VLAN 配置
在特权模式下,利用如下步骤可以将一个端口配置成一个Trunk模式。
① 通过configure terminal,由特权模式进入全局配置模式。
② 输入命令interface interface-type interface-id,进入需要设定的交换机端口。
③ 输入命令switchport mode trunk,将交换机端口类型设定为Tag VLAN的Trunk汇聚链接类型。
④ 输入命令show interfaces interface-type interface-id trunk,用于检查交换机端口的Trunk设置信息
3、Native VLAN配置
① 通过configure terminal,由特权模式进入全局配置模式。
② 输入命令interface interface-type interface-id,进入需要修改Native VLAN的交换机端口。
③ 输入命令switchport trunk native vlan vlan-id,修改Native VLAN。
4、删除错误配置
①在特权模式下,除默认VLAN 1外,删除生成的VLAN使用命令no vlan vlan-id。
②使用no switchport Trunk接口配置命令,将一个Trunk端口的所有Trunk的相关属性都恢复成默认值。
③将VLAN信息保存到Flash中
使用命令Switch#write memory
或命令Switch#copy running-config startup-config,保存配置文件。
④从Flash中只清除VLAN信息
使用命令Switch#delete flash:vlan.dat。
⑤从RAM中删除VLAN
使用命令Switch(config)#no vlan vlan-id。
1、简述VLAN的概念及优点。
答:VLAN 是指一种将局域网设备从逻辑上划分成一个个网段, 在以太网帧的基础上增加了VLAN 头,用 VLAN ID 把用户划分为更小的工作组,限制不同工作组间的用户互访,每个工作组就是一个虚拟局域网,从而实现在一个物理网络上划分出逻辑网络。
虚拟局域网的好处是可以限制广播范围,对交换网络进行隔离,有助于控制流量、减 少设备投资、简化网络管理、提高网络的安全性。
2、虚拟局域网中可以设定多少个VLAN?为什么?
答:IEEE 802.1Q 结构中的虚拟局域网识别符( VLAN Identifier ,VID )字段长 度为 12 位,用来具体指出帧是属于哪个特定 VLAN 。VLAN ID 是对 VLAN 的识别字段, 在标准 802.1 Q 中常被使用。支持 4096(212)个 VLAN 的识别,在这些 VID 中,VID = 0 用于识别帧优先级,表示帧不属于任何一个 VLAN ;VID=4095 (FFF)作为预留值,所 以 VLAN 配置的标识符共 4094 个。
3、比较Port VLAN和Tag VLAN的优缺点及使用场合。
答:交换机换机端口可以属于一个或多个 VLAN ,属于一个 VLAN 的称之为 Port VLAN ;属于多个 VLAN 的称之为 TAG VLAN 。
对于交换机来说,如果它所连接的以太网段的所有主机都能识别和发送这种带 802.1Q 标签头的数据包,那么把这种端口称为 Trunk 端口;相反,如果该交换机端口连接的以太网段只要有一台主机不支持这种以太网帧头,那么交换机的这个端口称为 Access 端口。
4、Native VLAN默认值为多少?图6-6中在完成了例6-3后,测试PC1和PC4之间可以连通,但修改SwitchA的Native VLAN为4094后网络不通。为什么?如何修改?
答:Native VLAN缺省值为 VLAN 1 。网络不通是因为Native VLAN修改为非VLAN 1 后,所有相关端口必须全部修改Native VLAN 为 4094,修改方法是将交换机 SwitchB 的 F0/23 端口的 Native VLAN 为 VLAN 4094。交换机 SwitchB 的参考配置如下:
SwitchB(config)# interface fastethernet 0/23
SwitchB(config-if)# switchport trunk native vlan 4094
SwitchB(config-if)#end
1、环路形成
交换网络中单链路的网络容易形成单点故障,为了缓解单点故障对网络造成 的影响, 希望能够在交换网络中提供冗余链路, 也就是从一点到达另一点时有多条链路可以 达到。
2、冗余链路问题
(1)广播风暴:
(2)多帧复制:
(3)不稳定的MAC地址表:
3、 生成树协议
生成树协议的作用是为了提供冗余链路,解决网络环路问题。
① 有一个唯一的组地址(01-80-C2-00-00-00)标识一个特定LAN上的所有的交换机。这个组地址能被所有的交换机识别。
② 每个交换机有一个唯一的标识(Bridge Identifier)。
③ 每个交换机的端口有一个唯一的端口标识(Port Identifier)。
1、工作原理
生成树协议定义了一个数据包,叫做桥协议数据单元BPDU,网桥用BPDU来相互通信。
Protocal Identifier:协议ID,2字节,固定为0.
Protocol Version Identifier:版本号,1字节,00:IEEE802.1d;02:IEEE802.1w
BPDU type:消息类型,1字节,0x00:BPDU;0x80:TCN
Flag:标志,1字节,低位:标识TC(拓扑变化);高位:标识TCA(拓扑变化确认)
Root ID:根网桥ID,由2字节(priority)优先级和6字节MAC组成。priority默认为0x8000,即32768.
Cost of Path:路径开销是从Switch到Root Bridge的方向叠加的。
Bridge ID:网桥ID,由2字节优先级和6字节MAC组成。priority范围0~61440,默认32768,只能为0或4096倍数,共16个。
Port ID:端口信息由1字节端口优先级和1字节端口ID组成。priority范围0~240,默认值128,为0或16的倍数,共16个。
Message age:消息老化时间。
Max Time:当一段时间未收到任何BPDU,生存期达到Max Age时,网桥则认为该端口连接的链路发生故障。默认20秒。
Hello Time:发送BPDU的周期。默认2秒。
Forward Delay:BPDU全网传输延迟。默认15秒
2、生成树过程
(1)选举根交换机(RootBridge
(2)所有非根交换机选择一条到达根交换机的最短路径
(3)所有非根交换机产生一个根端口
(4)每个LAN确定指定端口
(5)将所有根端口和指定端口设为转发状态
(6)将其他端口设为阻塞状态
3、决定根交换机
(1) 所有交换机首先认为自己是根交换机,将自己的 Bridge Id 填充为 Root ID ;
(2) 向其他交换机发送 BPDU;
(3) 如发现别人的Root ID小于自己的Root ID将自己BPDU中的Root ID进行修改;
(4) 经过一段时间后交换网络中所有的交换机选一个Root ID最小的做为根交换机;
(5)Root Id 由两部分构成:优先级+ MAC 地址。
4、决定根端口(选最佳路径)
根端口不在根交换机上,是能提供佳短路径的每台交换机的端口。
(1) 比较路径开销,带宽越小开销越大;
(2) 比较发送者的 Bridge ID ,选择参数小的;
(3) 比较发送者的 Port ID ,选择参数小的;
(4) 比较交换机端口物理编号。
5、决定指定交换机
(1) 所有交换机首先认为自己是LAN的指定交换机。
(2) 向其他交换机发送 BPDU;
(3) 如发现别人的最佳路径花费更低,不在宣称自己是指定交换机;
(4) 同一LAN中有多台交换机有同样的根路径花费,选优先级最高的作为指定交换机。
(5)在一个LAN中,只有指定交换机可以接收和转发帧,其他交换机的所有端口都被置为阻塞状态。
6、决定指定端口
(1)指定交换机和LAN相连的端口称为指定端口
(2)除根端口之外,可以在网络中获准转发流量的所有端口,都指的是指定端口。
7、端口状态
1)阻塞(Blocking) :接收 BPDU,不学习 MAC地址,不转发数据帧
2)监听(Listening) :接收 BPDU,不学习 MAC地址,不转发数据帧,但交换机向其他交换机通 告该端口,参与选举根端口或指定端口
3)学习(Learning ):接收 BPDU,学习 MAC地址,不转发数据帧
4)转发(Forwarding ):正常转发数据帧
生成树经过一段时间(默认值是50秒左右)稳定之后,所有端口要么进入转发状态,要么进入阻塞状态。
8、拓扑变化
(1)根交换机失效
(2)某个交换机检测到拓扑变化
(3)通知根交换机
(4)Forward Delay
1、对比STP的改进之处
(1) 第一点改进:为根端口和指定端口设置了快速切换用的替换端口和备份端口两种角色,当根端口 / 指定端口失效的情况下,替换端口 / 备份 端口就会无时延地进入转发状态;
(2) 第二点改进:在只连接了两个交换端口的点对点链路中,指定端口只需与下游交换 机进行一次握手就可以无时延地进入转发状态;
(3) 第三点改进: 直接与终端相连而不是把其他交换机相连的端口定义为边缘端口。边缘端口可以直接进入转发状态,不需要任何延时。
BPDU中01:备份或替换端口 10 :根端口11:指定端口
2、缺陷
(1)只有一颗生成树,网络规模较大时会导致较长的收敛时间,拓扑改变影响面也较大。
(2)网络结构不对称时,单生成树会影响网络连通性。
3、与STP的区别
(1) 生成树协议只有根可以发送“拓扑改变消息” 、其他交换机只能发送“拓 扑改变通知消息”;
(2) 快速生成树协议所有交换机都可以直接发送“拓扑改变消息”;
(3) 生成树协议的拓扑改变是由根向下扩散的,快速生成树协议的拓扑改变是 由任一台交换机向全网扩散的。
4、配置方式
(1)打开关闭生成树协议
开启生成树协议:Switch(config)#Spanning-tree
关闭生成树协议:no spanning-tree 全局配置命令进行设置
(2)类型配置
配置生成树协议的类型:Switch(config)#Spanning-tree mode stp/rstp
注:锐捷全系列交换机默认使用MSTP协议
(3)配置交换机优先级
Switch(config)#spanning-tree priority <0-61440>
(“0”或“4096”的倍数、共16个、缺省32768)
恢复到缺省值,可用 no spanning-tree priority全局配置命令进行设置
(4)配置端口优先级
Switch(config-if)#spanning-tree port-priority <0-240>
(“0”或“16”的倍数、共16个、缺省128)
(5)显示
Switch#show spanning-tree !显示交换机生成树的状态
Switch#show spanning-tree interface fa 0/1 !显示交换机接口的状态
宽带不够用
1、端口聚合(链路聚合)
将交换机上的多个端口在物理上连接起来,在逻辑上捆绑在一起,形成一个拥有较大宽带的端口,形成一条干路,可以实现均衡负载,并提供冗余链路。
2、IEEE802.3ad (定义了如何链接的标准。)
① 链路聚合技术(也称端口聚合)帮助用户减少了宽带不足的压力。
② 可靠性强。
③ 链路聚合标准在点到点链路上提供了固有的、自动的冗余性。
3、流量平衡
根据报文的源MAC地址、目的MAC地址或IP地址进行流量平衡,即把流量平均地分配到AP的成员链路中去。
4、配置aggregate port的注意事项
(1) 组端口的速度必须一致;
(2) 组端口必须属于同一个 VLAN;
(3) 组端口使用的传输介质相同;
(4) 组端口必须属于同一层次,并与 AP也要在同一层次。