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以太网基础

以太网连接介质

铜缆

铜缆又称为双绞线,双绞线的外部是外套,两端使用RJ-45的标准制作接口。 直连线:两端线序相同;交叉线:两端线序不同 对于同种设备之间的连线,要使用交叉线,不同设备的连接,要使用直连线

光纤

LC-LC接口,用于SFP模块

单播、广播、组播

单播 每次只有两个实体相互通信,发送端和接收端都是唯一确定的。

广播 一个主机向网上的所有其他主机发送帧

组播 组播帧仅传送给属于组的多个主机.

交换机工作原理

泛洪

交换机没有在MAC地址表中找到和目标MAC地址匹配的记录,则交换机将数据帧发送到自己的全部端口,也就是"广播"给下游的所有设备;下游设备也会检查Header,如果发现目标MAC地址和自己的不符,则会默默丢弃。

学习

交换机其中一个主要功能是维护一个 MAC 地址表,将每个交换机端口与所连接设备的 MAC 地址建立映射关系。交换机的MAC地址表一开始是空的,因此每次当交换机接收到数据帧时,都会查看Header,将数据帧中的源MAC地址和接收到数据帧的端口进行映射,并存储在自己的MAC地址表中。慢慢地,每个连接到交换机的设备都会发出一些数据,MAC地址表中的记录会逐渐增加,直到这个局域网下的所有设备的MAC地址和端口映射都存储到了自己的MAC地址表中。因此,交换机只会将数据帧的发送方的MAC地址存储在MAC地址表,对于所有在表中没有记录的MAC地址,会一律使用泛洪作为应对。

转发

交换机在MAC地址表中找到和目标MAC地址匹配的记录,交换机将数据帧转发到对应的端口。

过滤

基本上只有泛洪功能会依赖过滤。过滤主要是为了防止数据帧在泛洪时被发回给来源端口。

VLAN

LAN,局域网。全称为Local Area Network。 广播域:数据帧能到达的范围 突域:数据发送可能产生冲突的范围

VLAN,(Virtual LAN) 虚拟局域网。 VLAN 通过在以太网帧中的地址和类型之间新增了一个字段,字段中定义了VLAN ID。 VLAN ID 区间为 0 到 4095,其中0和4095是保留的,VLAN 1是交换机默认存在的,并且所有接口默认是处于VLAN 1。一个初始化无任何配置的交换机,我们只需要把设备的接口接入交换机,那么这些设备默认都处于VLAN 1 一个 VLAN 就是一个广播域,所以处于一个 VLAN 的所有设备可以互相通信。 不同 VLAN 之间的设备无法互相通信,当一个二层设备接收到二层的以太网帧时,会对以太网帧进行拆分检查,如果查到这个 VLAN ID 不是自己需要转发的,就会将这个二层的以太网帧丢弃。这样VLAN就做到了对广播域的分割。

端口模式

Tag,untag:untag 就是普通的 ethernet 报文,tag 报文被交换机加上了 4bytes 的vlan 信息(包含PVID)

Access

只能属于1个VLAN,有自己的VLAN ID,且该端口不打tag,一般用于连接计算机端口;

Trunk

中继口,Trunk口用于传输二层的以太网帧,一个Trunk口可以传输多个VLAN。可以允许多个VLAN通过,且该端口打tag(PVID),一般用于交换机之间的连接; 本征Vlan是针对Trunk中继链路而言,在trunk链路中默认是非Native vlan 带着Tag标签通过的。为了使传输以太网帧不带Tag标签而引入Native vlan的概念,其作用就是为兼容一些不支持Vlan的设备(比较早的设备或者一些无线AP) 或者不能打Tag标签的协议(如stp等等)。

例如:trunk口允许10,20,30通过,带着10tag的帧可以通过,11tag的不行。而直连在trunk上的特殊设备,帧会被打上本征Vlan的tag。

Hybrid

Hybrid端口允许多个VLAN的报文发送时不打标签,而Trunk端口只允许本征VLAN的报文发送时不打标签。同一个交换机上不能 hybrid 和 trunk 并存。

生成树协议

环路造成的问题:

  1. 广播风暴:因为没有环路的抑制机制,每台交换机都会泛洪无尽的广播包。
  2. 多帧传输:帧的传输在到达目的站之前会无限的走下去,引起网络的堵塞
  3. MAC地址表不稳定:由于交换机上不同端口上接收相同帧的多个副本,造成MAC表的抖动

生成树协议(Spanning Tree Protocol):将局域网中所有可能产生环路的拓扑,通过所有相关设备的选举,抑制某些端口的数据转发,实现消除环路的功能。当任意一交换机中存在到达根网桥有两条或两条以上的链路时,STP会根据算法仅保留一条链路,切断其他链路,从而保证任意两个交换机之间只有一条单一的活动链路。这种生成的拓扑结构类似于以根交换机为树干的树形结构,因此被称为生成树协议。

生成树是如何产生的?

  1. 选择一个根网桥(Root Switch),在一个广播域中只有一个根网桥
  2. 根据最低路径成本来为每个非根网桥选择根端口(Root Port,RP),根端口显示到根网桥的最佳路径方向
  3. 根据最低路径成本选择每个网段的指定端口(DP),每个链路只有一个指定端口
  4. 根端口和指定端口转换到转发状态,其它端口变为阻塞状态

常见的生成树类型:

  • STP协议,最常见,也是最初的生成树协议,对于STP来说,所有VLAN属于一个生成树
  • MSTP协议,常用的生成树协议,对于MSTP来说,可以依据VLAN划分不同的生成树
  • HSTP/RSTP协议,STP协议的快速版本(生成树收敛的速度)
  • 快速MSTP协议,顾名思义,MSTP的快速版本
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