交换知识 VLAN VTP STP 单臂路由

第1章 交换基础

1.1 园区网分层结构

1.2 交换机的主要功能

MAC地址表      address learning

转发和过滤的决策forward/filter decision

环路的避免       loop avoidance

1.3 MAC地址

MAC地址有48位，通常被表示为点分十六进制

MAC地址全球唯一，由IEEE对这些地址进行管理和分配。

每个地址由两部分组成，分别是供应商和序列号。其中前24位二进制代表该供应商代码，剩下的24位由厂商自己分配

1.4 交换寻址

初始状态mac地址表为空

第一次会泛洪数据帧

第2章 VLAN 虚拟局域网

2.1 vlan概述

分段性、灵活性、安全性

将交换机的端口进行vlan划分（划分不同的广播域）

通过十进制数进行标识

2.2 vlan的成员模式

2.3 trunk干道

当一条链路需要承载多vlan信息的时候，需要使用trunk来实现

一般见于交换机之间或交换机与路由器之间

2.3.1 ISL封装协议（使用较少）

Ø 通过硬件（ASLC）实现

Ø ISL标识不会出现在工作站，客户端并不知道ISL的封装新信息

Ø 在交换机或路由器 与交换机之间，在交换机与具有ISL网卡的服务器之间可以实现

ISL头部26bytes

2.3.2 dot1q协议(801.1q)

数据包格式

802.1q 并非实际封入原始帧中。相反，在以太网帧格式里，在MAC地址源与以太网类型/长度的原始帧里添加一个32位的域(field)。VLAN标签领域必须遵守下列格式:

2.4 VLAN的特点

1) 一个vlan中所有的设备都在同一广播域内，广播不能跨越VLAN传播

2) 一个Vlan为一个逻辑子网，由被配置为此VLAN成员的设备组成，不同vlan间需要通过路由器实现互相通讯

3) vlan中成员多基于switch端口号码，划分vlan就是对switch接口划分

4) vlan工作与OSI参考模型的第二层

2.5 cisco上vlan范围

2.6 VTP （VLAN Trunking Protocol）

一个能够宣告VLAN配置信息的信息系统

通过一个共有的管理域，维持vlan配置信息的一致性

VTP只能在主干端口（Trunk）发送要宣告的信息

支持混合的介质主干连接（快速以太网,fddi，atm）

2.6.1 vlan使用过程

创建vlan

确立vlan之间的关系

2.6.2 vtp三种模式

2.6.3 VTP的运作

l VTP协议通过组播地址01-00-0C-CC-CC-CC在Trunk链路上发送VTP通告

l VTP Sever和Clients 通过最高的修改定号来同步数据库

l VTP协议没隔5分钟发送一次VTP通告或者有变化时发送

2.6.4 VTP的修剪 Pruning

2.6.4.1 允许所有vlan通过会有什么缺点呢？

你的接入层交换机上明明是没有这个vlan的业务，但是由于trunk链路允许的所有vlan通过，一些其他vlan的广播流量，组播流量，未知单播泛洪流量也莫名的转发到这台交换机上，造成没有必要的带宽资源浪费，增加了广播域的影响范围。

2.7 VLAN基本配置

2.7.1 创建VLAN信息

S-vlan-1(config)# vlan 2

S-vlan-1(config)# name vlan2

2.7.2 将端口划入特定的vlan

S-vlan-1(config)# interface fa 0/1

S-vlan-1(config-if)#switchport mode access

S-vlan-1(config-if)#switchport access vlan [vlan vlan# | dynamic]

2.7.3 配置Trunk封装方式

S-vlan-1(config)# interface fa 0/15

S-vlan-1(config)# switchport trunk encapsulation {ISL|dot1q|negotiate}

2.7.4 开启端口

S-vlan-1(config)# switchport mode{dynamic {auto|desirable}|trunk}

2.8 VTP的基本配置

S-vlan-1#configure terminal

S-vlan-1(config)#vtp mode ?

client       Set the device to client mode.

 server       Set the device to server mode.

transparent  Set the device to transparent mode.

S-vlan-1(config)#vtp domain ?

WORD  The ascii name for the VTP administrative domain.

S-vlan-1(config)#vtp password ?

  WORD  The ascii password for the VTP administrative domain.

2.8.1 注意：

ü 默认情况：VTP模式为sever

ü VTP域名有大小写敏感

ü VTP密码大小写敏感

ü VTP修剪默认关闭

ü 查看vtp 状态 ：show vtp status

2.9 【实验】vlan

2.9.1 拓扑图

2.9.2 交换机配置

S-vlan-1上vlan配置

S-vlan-1(config)#vlan 10

S-vlan-1(config-vlan)#name VLAN10

S-vlan-1(config)#interface f 0/1

S-vlan-1(config-if)#switchport mode access

S-vlan-1(config-if)#switchport access vlan 10

S-vlan-1(config)#vlan 20

S-vlan-1(config-vlan)#name VLAN20

S-vlan-1(config)#interface fastEthernet 0/2

S-vlan-1(config-if)#switchport mode access

S-vlan-1(config-if)#switchport access vlan 20

S-vlan-2上VLAN配置

S-vlan-2(config)#vlan 10

S-vlan-2(config-vlan)#name VLAN10

S-vlan-2(config)#interface fastEthernet 0/1

S-vlan-2(config-if)#switchport mode access

S-vlan-2(config-if)#switchport access vlan 10

S-vlan-2(config)#vlan 20

S-vlan-2(config-vlan)#name VLAN20

S-vlan-2(config)#interface fastEthernet 0/2

S-vlan-2(config-if)#switchport mode access

S-vlan-2(config-if)#switchport access vlan 20

trunk链路配置

S-vlan-1：

S-vlan-1(config)#interface gigabitEthernet 0/1

S-vlan-1(config-if)#switchport mode trunk

S-vlan-1(config-if)#switchport trunk allowed vlan all

S-vlan-1：

S-vlan-2(config)#interface gigabitEthernet 0/1

S-vlan-2(config-if)#switchport mode trunk

S-vlan-2(config-if)#switchport trunk allowed vlan all

2.9.3 查看vlan信息

2.9.3.1 S-vlan-1信息

S-vlan-1#show vlan brief

VLAN Name                             Status    Ports

---- -------------------------------- --------- -------------------------------

1    default                          active    Fa0/3, Fa0/4, Fa0/5, Fa0/6

                                                Fa0/7, Fa0/8, Fa0/9, Fa0/10

                                                Fa0/11, Fa0/12, Fa0/13, Fa0/14

                                                Fa0/15, Fa0/16, Fa0/17, Fa0/18

                                                Fa0/19, Fa0/20, Fa0/21, Fa0/22

                                                Fa0/23, Fa0/24, Gig0/2

10   VLAN10                           active    Fa0/1

20   VLAN20                           active    Fa0/2

1002 fddi-default                     active   

1003 token-ring-default               active   

1004 fddinet-default                  active   

1005 trnet-default                    active   

2.9.3.2 S-vlan-2信息

S-vlan-2#show vlan brief

VLAN Name                             Status    Ports

---- -------------------------------- --------- -------------------------------

1    default                          active    Fa0/3, Fa0/4, Fa0/5, Fa0/6

                                                Fa0/7, Fa0/8, Fa0/9, Fa0/10

                                                Fa0/11, Fa0/12, Fa0/13, Fa0/14

                                                Fa0/15, Fa0/16, Fa0/17, Fa0/18

                                                Fa0/19, Fa0/20, Fa0/21, Fa0/22

                                                Fa0/23, Fa0/24, Gig0/2

10   VLAN10                           active    Fa0/1

20   VLAN20                           active    Fa0/2

1002 fddi-default                     active   

1003 token-ring-default               active   

1004 fddinet-default                  active   

1005 trnet-default                    active   

2.9.3.3 查看trunk信息

S-vlan-1#show interfaces trunk

Port        Mode         Encapsulation  Status        Native vlan

Gig0/1      on           802.1q         trunking      1

Port        Vlans allowed on trunk

Gig0/1      1-1005

Port        Vlans allowed and active in management domain

Gig0/1      1,10,20

Port        Vlans in spanning tree forwarding state and not pruned

Gig0/1      1,10,20

2.10 单臂路由

单臂路由（路由器上一棒）指的英文在路由器的一个接口上通过配置子接口（或“逻辑接口”，并不存在真正物理接口）的方式，实现原来相互隔离的不同VLAN（虚拟局域网）之间的互联互通。

在路由器中创建子接口

2.10.1 【实验】单臂路由配置

2.10.1.1 拓扑图

2.10.1.2 交换机trunk链路配置

S-vlan-2(config)#interface gigabitEthernet 0/2

S-vlan-2(config-if)#switchport mode trunk

S-vlan-2(config-if)#switchport trunk allowed vlan all

2.10.1.3 路由器子接口配置

fastEthernet 0/1.10子接口配置

Router0(config)#interface fastEthernet 0/1.10

Router0(config-subif)#encapsulation dot1Q 10

Router0(config-subif)#ip address 192.168.10.254 255.255.255.0

Router0(config-subif)#no shutdown

Router0(config-subif)#exit

fastEthernet 0/1.20子接口配置

Router0(config)#interface fastEthernet 0/1.20

Router0(config-subif)#encapsulation dot1Q 20

Router0(config-subif)#ip address 192.168.20.1 255.255.255.0

Router0(config-subif)#no shutdown

2.10.1.4 检查配置结果

C:\>ping 192.168.20.1

Pinging 192.168.20.1 with 32 bytes of data:

Reply from 192.168.20.1: bytes=32 time<1ms TTL=127

Reply from 192.168.20.1: bytes=32 time=1ms TTL=127

Reply from 192.168.20.1: bytes=32 time<1ms TTL=127

Reply from 192.168.20.1: bytes=32 time<1ms TTL=127

Ping statistics for 192.168.20.1:

    Packets: Sent = 4, Received = 4, Lost = 0 (0% loss),

Approximate round trip times in milli-seconds:

    Minimum = 0ms, Maximum = 1ms, Average = 0ms

查看路由表

Router0#show ip route

Codes: C - connected, S - static, I - IGRP, R - RIP, M - mobile, B - BGP

       D - EIGRP, EX - EIGRP external, O - OSPF, IA - OSPF inter area

       N1 - OSPF NSSA external type 1, N2 - OSPF NSSA external type 2

       E1 - OSPF external type 1, E2 - OSPF external type 2, E - EGP

       i - IS-IS, L1 - IS-IS level-1, L2 - IS-IS level-2, ia - IS-IS inter area

       * - candidate default, U - per-user static route, o - ODR

       P - periodic downloaded static route

Gateway of last resort is not set

C    192.168.10.0/24 is directly connected, FastEthernet0/1.10

C    192.168.20.0/24 is directly connected, FastEthernet0/1.20

Router0#

第3章 STP生成树

生成树协议（英语：Spanning Tree Protocol，STP），又称扩展树协议，是一基于OSI网络模型的数据链路层（第二层）通信协议，用作确保一个无环路的局域网环境。

3.1 生成树的概念

3.1.1 冗余拓扑

l 冗余拓扑能够解决单点故障问题

l 冗余拓扑造成广播风暴，多帧复用，Mac地址不稳定的问题

3.1.2 广播风暴

l HOST x发送广播帧

l 交换机继续没完没了的更新广播流量

3.1.3 多帧复制

l Host X 发送一个单播数据帧给 ROUTE Y

l ROUTE Y 的MAC地址还没有被每个交换机学习到

l ROUTE Y 接收2份相同的数据帧拷贝

3.1.4 MAC表紊乱

l Host X 发送一个单播数据帧给 ROUTE Y

l ROUTE Y 的MAC地址还没有被每个交换机学习到

l switch A 和 B 在port1上学习到Host X 的MAC地址

l 到达Route Y 的数据帧被泛洪

l Switch A和B 不正确的在Port2上学习到Host X的MAC 地址。

3.1.5 复杂的多环路网络

……

3.2 使用STP，可以达到四个效果

1、防止环路；

2、防止MAC地址震荡；

3、防止重复帧的出现；

4、防止广播风暴的出现。

3.2.1 采用生成树STP解决环路

l 通过将特定的端口选为Blocking state，实现无环路拓扑

l IEEE 802.1D 规定了这一行为

l Cisco 采用 IEEE 802.1D 的增强的私有协议生成树PVST+

3.3 STP的操作

1. 每个广播域选择一个根桥root

2. 每个非根桥上选择一个根端口RP

3. 每个段选择一个指定端口

4. 选择一个非指定端口

3.3.1 每个广播域选择一个根桥 （Bridge ID）

BPDU数据包--泛洪--选举

产生一个或多个非指定端口进行阻塞

Bridge ID （两部分组成）: 其依据是网桥优先级（bridge priority）和MAC地址组合生成的桥ID

3.3.2 每个非根桥上选择一个根端口

根端口：具有最低的根路径的接口

要考虑的因素：

1. 最低的根桥ID

2. 最低的根路径代价

3. 最低的发送者根桥ID

4. 最低端口ID

3.3.3 stp路径开销cost

最短路径时cost累加，而cost时基于链路的速率的

3.3.4 每个段选择一个指定端口

指定端口：具有最低根路径的接口

要考虑的因素：

1. 最低的根桥ID

2. 最低的根路径代价

3. 最低的发送者根桥ID

4. 最低端口ID

3.4 【案例】root 、rp 、dp

比较过程：

1. 最低的根桥ID

2. 最低的根路径代价

3. 最低的发送者根桥ID

4. 最低端口ID

3.5 STP端口状态

3.6 【实验】stp

3.6.1 拓扑图

3.6.2 配置命令

修改优先级

S-STP-1 (config-if)spanning-tree vlan vlan-id port-priority

3.6.3 检查STP情况的命令

S-STP-1#show spanning-tree

S-STP-1#show spanning-tree active

S-STP-1#show spanning-tree detail 

S-STP-1#show spanning-tree interface interface-id

S-STP-1#show spanning-tree vlan vlanid

S-STP-1(config)#do sh spann

VLAN0001

  Spanning tree enabled protocol ieee

  Root ID    Priority    32769

             Address     0001.C944.E360

 This bridge is the root

             Hello Time  2 sec  Max Age 20 sec  Forward Delay 15 sec

  Bridge ID  Priority    32769  (priority 32768 sys-id-ext 1)

             Address     0001.C944.E360

             Hello Time  2 sec  Max Age 20 sec  Forward Delay 15 sec

             Aging Time  20

Interface        Role Sts Cost      Prio.Nbr Type

---------------- ---- --- --------- -------- --------------------------------

Fa0/1            Desg FWD 19        128.1    P2p

Gi0/1            Desg FWD 4         128.25   P2p

Gi0/2            Desg FWD 4         128.26   P2p