09-VLAN

交换

• 交换机的基本功能

  • 维护MAC地址表

  • 转发数据帧

• 对称交换：每个端口带宽相同

  • 缺点：跨网段通信时，会出现拥塞

• 非对称交换：为服务器端口分配更多带宽

  • 交换机中需要内存缓冲：在阻塞时存储帧

    • 基于端口的缓冲：不会影响其他端口

    • 共享的缓冲：另外记录端口号

交换方法

• 存储转发：接收到整个帧后，计算校验和，再转发（延迟大，可以发现所有错误）

• 直通：仅检查目的 MAC ，不计算校验和（延迟小，无法发现错误）

• Fragment-Free：仅检查前 64 字节（可以发现大部分错误）

多层交换机

• 默认交换机是第二层设备，可以简单获知第三、四层信息

生成树协议

• 网络回路：数据在网络中循环传输

  • 原因：冗余/配置错误

  • 后果：广播风暴（以太网帧没有 TTL）

• 生成树协议：计算生成树，在有冗余道路的拓扑中防止回路

Bridge ID

• 8 字节

  • 2 字节：优先级，0-65535，默认 32768

  • 6 字节：MAC 地址

• 根桥（根交换机）：Bridge ID 最小的交换机被钦定为根桥，作为生成树的根节点，其他交换机通过 BPDU 交换计算生成树

BPDU (Bridge Protocol Data Unit) 生成树帧

• 发送涉及裁判规则的相关信息，构建生成树

• 交换机之间，不涉及用户数据

STP 状态

状态	是否转发数据帧	其他动作
Disabled	否	未听到 BPDU
Blocking	否	听到 BPDU
Listening	否	监听数据帧
Learning	否	学习 MAC 地址
Forwarding	是	学习 MAC 地址

STP 端口裁判规则

1. 选择到根桥的路径开销最短的作为路径 （路径开销与带宽负相关，若有多段路程开销相加）

2. 若开销相同，发送者 Bridge ID最小的作为路径

3. 若发送者 Bridge ID 相同，发送者端口 ID 最小的作为路径

STP 初始化

1. 网络启动后，所有网桥将 BPDU 涌入网络

2. 选举根桥：先默认根桥为自己，若收到的 BPDU Bridge ID 更低，则更新

3. 选举每个桥的根端口：根据裁判规则选择根端口（开销通过收到的而非自己的 BPDU 计算）（根桥无根端口）

4. 选举各个网段（每两台设备之间）的指定端口：根据裁判规则比较，每个链路只有一个负责收发的指定端口，其余端口被阻塞

带宽	开销
10 Mbps	100
100 Mbps	19
1 Gbps	4
10 Gbps	2

VLAN (Virtual Local Area Network) 虚拟局域网

• 通过软件逻辑分割设备，分割广播域

• 通过VLAN ID区分不同的广播域，只有当 VLAN ID 相同时，才会转发广播帧

• 划分方式：端口、MAC 地址、协议、应用

• 同一 VLAN 内的设备可以直接通信

• 不同 VLAN 需要经过路由器

VLAN 中的帧

• 交换器根据帧的数据决定过滤/转发

• 主要方法

  • 帧过滤：交换机共享记录 VLAN ID 和 MAC 地址的表，根据表内信息决定是否过滤

  • 帧标记：在帧头添加 VLAN ID，交换机根据 VLAN ID 过滤

使用 VLAN

• 静态 VLAN：手动配置

• 动态 VLAN：根据 MAC 地址自动配置

• 以端口为基础的 VLAN：所有 VLAN 节点都连接到同一路由接口，统一管理

Access / Trunk 链路

• Native VLAN：未打标 VLAN 的帧默认所属的 VLAN

• Access：只属于一个 VLAN

  • 被属于的 VLAN 是 Native VLAN

  • 所有链接到该端口的设备都不知道 VLAN 的存在（发的帧不带 VLAN ID，由 Access 端口添加）

• Trunk：可以传输多个 VLAN 的数据，帧头中有 VLAN ID

  • 同样存在 Native VLAN 作为备用

VLAN 配置

# 常规配置
Switch# vlan database
Switch(vlan)# vlan <vlan-number> # 创建 VLAN
Switch(vlan)# exit
Switch(config)# interface <interface-id>
Switch(config-if)# switchport mode access # 设置为 Access
Switch(config-if)# switchport access vlan <vlan-number> # 设置 VLAN
Switch(config-if)# switchport mode trunk # 设置为 Trunk
Switch(config-if)# switchport trunk native vlan <vlan-number> # 设置 Native VLAN
Switch# show vlan # 查看 VLAN 信息
Switch# no vlan <vlan-number> # 删除 VLAN

# 子接口
Router(config)# interface <interface-id>.<subinterface-id>
Router(config-subif)# encapsulation dot1q <vlan-number> # 设置 VLAN
Router(config-subif)# ip address <ip-address> <subnet-mask> # 设置 IP 地址