高级交换笔记.docx
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高级交换笔记
前言
某一天看到网上的同僚对cisco考证特别钟爱，自己一不小心也挤进了这支队伍。
在网站上交流的同时，自己获得网友的无私奉献。
虽然工作很忙，也发誓不甘心落伍，于是每天带着倦意的躯体回到居室，又啃起书本来，实在是现在的记性没有以前好，所以还是学学愚公精神，书籍上的一些知识点自然成了笔记中的主要内容。
看到现在网上还没有switch的笔记，就想把这份笔记share出来，一则感谢帮助我的很多朋友，二则非常支持很多讨论热烈的技术论坛，尤其是为上面投射出的互助精神所感动。
笔记的主要来源就是人邮的书籍，当然没有覆盖全部的考点，所以收集者注意自己补充。
之所以传给根本，因为有目共睹，网上根本的踪迹很多。
本人就欣赏过他的捕鱼札记，受益匪浅。
Smallbilly
第一章园区网概述
园区网特点
1.在一个固定地理区域内的一个公司或一个公司的一部分。
2.拥有该园区网的公司通常也拥有该园区内所用的物理线路。
传统园区网的主要问题
1.可用性
2.性能
在传统园区网中，通常用多端口网桥将一个局域网分段成隔离的碰撞域。
这样可解决两个问题：
1.碰撞域（CollisionDomain）
2.距离限制
网络中通信的三种形式：
单播（Unitcast）、组播（Multicast）、广播（Broadcast）。
1.多点广播实例：
CiscoIP/TV分发多媒体数据、定位IP服务上的Novell5。
2.提出请求的广播：
IP的地址解析协议（ARP）、NetBIOS的名字请求、网间包交换协议（IPX）寻找最近服务器（GetNearestServer，GNS）请求。
3.发布通告的广播：
IPX服务通告协议（SAP）数据包、路由信息协议（RIP）、内部网关路由选择协议（IGRP）。
遏制广播的两种方法：
1.使用路由器生成多个子网；
2.利用交换机实施VLAN。
当前园区网由两部分组成：
1.局域网交换机
2.路由器
传统的80/20规则和新的20/80规则
1.80/20规则：
在设计恰当地网络环境中，一个给定网段上80%的流量是本地的，不超过20%的网络流量需要通过主干。
2.20/80规则：
只有20%的流量是到本地工作组局域网的，而80%的流量需要流出本地网络。
导致流量模式的改变有两个因素：
1.基于Web应用的计算普遍，很多PC既是信息的接受者，也是信息的发布者；
2.企业部署集中式的服务器群（既降低成本、提高安全、便于管理）。
新的园区网模型中的3类服务
1.本地服务：
本地数据流不进入网络主干或通过路由器
2.远程服务：
远程服务数据流穿过广播域边界，但可能也可不通过网络主干
3.企业级服务：
放在距离网络主干很近的一个独立的子网上
与OSI分层相应的PDU和设备类型
模型层
PDU类型
设备类型
数据链路层（第2层）
数据帧
交换机/网桥
网络层（第3层）
数据包
路由器
传输层（第4层）
TCP数据分段
TCP端口
多层交换机
多层交换基于单独的流，MLS-SE为MLS流维护一个缓存条目并为每个流存储统计信息。
流中的所有数据包都与缓存中的信息进行比较。
缺省情况下，256秒之后，如果没有任何流利用到一个MLS缓存项（CacheEntry），那么这个缓存项将从缓存中删除。
路由器的优势
决定转发路径
验证3层包头的完整性、有效期（onheaderonly）
修改TTL
处理并响应任何选项信息
MIB中更新转发统计数据
安全控制
第3层交换的优势（路由器没有）
低成本
低延时
交换机和网桥
第二层交换机由于采用ASIC（专用集成电路，Application-SpecifiedIntegratedCircuits）硬件处理技术，所以交换机可比以太网桥低得多的成本提供高达Gbit速率的可扩展性和低时延。
第三层交换机主要有两种产品
多层交换
Cisco快速转发（CEF）
Cisco分层模型中各层使用的主要设备
层次
层次名
设备
第一层
访问层
Catalyst1900，2820，2900，4000，5000
第二层
分布层
Catalyst5000（支持多层交换，带路由模块），2926G（需要外部路由支持）6000（密集Fast或Gigabit以太网口，如120个Gigabit端口）
第三层
核心层
Catalyst6500，8500（multicastrouting，支持PIM协议）
接入层交换机应用
接入端口数
交换机
Lessthan50
19xx,2820,29xx（如CAD/CAM和IC设计环境），35xx
Lessthan100
4xxx（可提供多达36Gbit以太网端口，96个用户接入）
Morethan100
5xxx（Multigigabit10/100/1000Mbps）
园区两个基本元素：
1.交换区块（SwitchingBlock）
2.核心区块（CoreBlock）
影响交换区大小的主要因素：
1.数据类型和行为；
2.工作组的大小和数量（一般不超过2000个用户）
说明交换区过大：
1.分布层路由上出现流量瓶颈；
2.广播和Multicast降低了Switch和Router的处理速度。
分割交换区的原则
1.应基于网络上通过的流量（TrafficFlow），而不是Blocking中的节点数；
2.为了进行分割，需要定期进行流量采集。
有两种基本的核心层设计：
1.紧缩核心（Collapsed）
◎分布层和核心层功能由同一个设备执行；
◎每台接入层交换机到分布层交换机都有一条冗余链路；
◎第三层冗余是由运行HSRP的两台分布层交换机提供的。
2.双核心（Dual）：
在核心层至少有两个设备提供冗余。
但他们之间没有连接，以防止生成树循环。
路由选择协议所支持Blocking的最大数量
协议
支持路由对等的最大数量
核心层子网数
Blocking数
OSPF
50
2
25
EIGRP
50
2
25
RIP
30
2
15
实施第三层核心的好处：
很多设计采用第二层――第三层――第二层的模型，取得了成功，但有些情况下需要使用第三层核心，主要好处：
1.快速收敛：
路由协议收敛时间5s~10s，而生成树收敛时间在50s；
2.自动负载均衡：
路由协议可在多条等成本路径间均衡负载；
3.消除对等问题：
可以支持更多的SwitchingBlocking，达100个。
坏处：
费用和性能。
传统路由器功能：
_Determinepathsbasedonlogicaladdressing
_Runlayer3checksums（onheaderonly）
_UseTimetoLive（TTL）
_Processandrespondstoanyoptioninformation
_CanupdateSimpleNetworkManagementProtocol（SNMP）managerswithManagementInformationBase（MIB）information
_ProvideSecurity
第三层交换机优点：
_Hardware-basedpacketforwarding
_High-performancepacketswitching
_High-speedscalability
_Lowlatency
_Lowerper-portcost
_Flowaccounting
_Security
_Qualityofservice（QoS）
QualityofService的含义
Messagesaregivenmoreresourcesiftheyneedit.例如电视会议应用比电子邮件可能会得到更多的带宽。
所以第四层的路由器或交换机可以根据第四层信息来控制流量。
一种方法是采用标准的或扩展的访问控制列表。
另一种方法是通过NetFlow交换来提供流的第四层统计。
第二章连接交换区块
快速以太网的距离限制
技术
线缆分类
线缆长度
100BaseTX
EIA/TIA类型5（UTP）
非屏蔽双绞线2对
100m
100BaseT4
EIA/TIA类型3,4,5（UTP）
非屏蔽双绞线4对
100m
100BaseFX
多模光纤MMF缆线62.5um光纤核心，125um外层包装（62.5/125）
400m
Gbit以太网距离限制
技术
线缆分类
线缆长度
1000BaseCX
铜质屏蔽双绞线
25m
1000BaseT
铜质EIA/TIA类型5（UTP）
非屏蔽双绞线4对
100m
1000BaseFX
多模光纤62.5um光纤核心和50um光纤芯，使用波长为780nm
260m
1000BaseLX
单模光纤9um光纤芯，使用波长为1300nm
3km（Cisco最长支持10km）
Catalyst两种OS
OS类型
交换机
CiscoIOS
Catalyst1900/2800，2900XL
Set命令集
Catalyst2926，2926G，1948G，4000，5000，6000
自动协商优先级识别
优先级次序
物理层技术
A
100BaseTX全双工
B
100BaseT4
C
100BaseTX半双工
D
10BaseT全双工
E
10BaseT半双工
TokenRing分段方法
Method
ForwardingDecision
FrameModification
RingNumbering
Transparentbridging
MACaddress
N/A
Source-routebridging
RIF
RIF
Ringnumbersmustbeuniqueamongbridgeports.
Source-routetransparentbridging
MACaddressorRIF
RIF
Ringnumbersmustbeuniqueamongbridgeports.
Source-routeswitching
Routedescripto
Ringnumberscanbesameacrossswitchports（singleringcanbesegmentedonseveralports）.
IOS命令集标识一个端口（1900/2800，2900XL）
Switch（config-if）#descriptiondescription-string
如果在标识字串中有空格，必须用引号括起来。
Switch（config-if）#description“descriptionstring”
而基于set命令的交换机设置端口标识没有这个问题，命令不同，用Setportname命令。
UTP电缆遵守100m规则：
1.从交换机到配线架（PatchPanel）为5m；
2.从PatchPanel到办公室模块（Punch-downBlock）为90m；
3.从Punch-downBlock到Desktop为5m。
CDP协议
是Cisco的专有协议，用来发现邻居设备，Cisco设备每60s发送基于第二层的Multicast，目的MAC地址是0100.0ccc.cccc。
第三章通过VLAN定义共同工作组
设置VLANMembership两种常用方法：
1.静态VLAN――基于端口的成员身份，通过将端口指派给一个VLAN建立。
2.动态VLAN――通过管理软件，如Ciscoworks2000或CWSI建立，基于设备MAC地址。
CiscoIOS下配置静态VLAN
Switch#vlandatabase
Switch（vlan）#vlanvlan-numnamevlan-name
Switch（vlan）#exit
Switch#configureterminal
Switch（config）#interfaceinterfacemodule/number
Switch（config-if）#switchportmodeaccess
Switch（config-if）#switchportaccessvlanvlan-num
Switch（config-if）#end
Set-based下配置静态VLAN
Switch（enable）setvlanvlan-num[namename]
Switch（enable）setvlanvlan-nummod-num/port-list
交换环境中的两种link：
1.Accesslink（接入）：
一单个VLAN的成员（Amemberofonlyonevlan）。
2.Trunklink（干道）：
Capableofcarringmultiplevlans。
混合链路，即该链路既是Trunklink又是Accesslink，它可传输两种帧：
标记帧（带VLAN信息）和非标记帧
在交换Block中扩展VLAN时，有两种定义VLAN边界的基本方法：
1.端到端VLAN：
不管用户的位置，都可放在同一个VLAN中。
目的是维护80/20规则，即把80%数据流限制在本地；
2.本地VLAN：
根据用户的位置配置，不管用户是否是同一个项目组、部门等，数据流变成了20/80模式。
VTP协议优点：
1.即VLAN干道协议，Cisco创建。
在网络中维持VLAN配置的一致性。
2.通过混合介质主干将以太网VLAN映射到高速主干VLAN。
3.对VLAN的准确跟踪和监管。
4.动态报告网络中增加的VLAN。
5.当添加新的VLAN时，实现“即插即用”。
VTP管理域
1.同一个管理域中的所有交换机可以共享他们的VLAN信息，一个交换机只能参加到一个VTP管理域中。
2.不同域中的交换机不能共享VTP信息。
VTPVersionNumber
1.对维护VTP很关键，因为交换机根据VTP通告中的版本号来决定使用哪个VLAN数据库。
2.VTP服务器修改VTP数据库时，将配置VersionNumber增1。
3.如果VTP服务器删除了所有VLAN，并使用了更高的配置版本号，那么该管理域中的其他设备也将删除他们的VLAN。
4.配置版本号相同的两个VLAN数据库互不更新对方，因为它认为这两个数据库内容相同。
配置VTP和VLAN之前必须要考虑的事情：
1.确定在网络环境中运行的VTP版本号
2.决定交换机是否应成为一个已有管理域的成员，或者应该为其创建一个新的域
3.为交换机选择一个VTP模式
VLANTrunklink
1.Trunklink可以被配置来传输所有VLAN的数据帧，也可以被限制为只传输有限的VLAN；
2.Trunklink可以传输多个VLAN，但可以有一个NativeVLAN，当Trunklink失效时就使用；
3.Trunklink所携带的不同VLAN帧，必须被唯一标识，如ISL和IEEE802.1Q。
Cisco支持多种Trunk方式（即对VLAN帧标识）：
1.ISL――Cisco专有封装协议，也是默认的。
前面加26字节，后面加4字节FCS。
2.IEEE802.1Q――IEEE标准方法，在帧头写入VLAN信息，后面只增加4字节FCS。
3.802.10――FDDI上传输VLAN信息的Cisco专有协议，把VLAN信息写入SAID安全关联标识符部分
4.LANE――基于ATM上传输VLAN信息的一种IEEE标准方法。
帧标记和封装方法
表示方法
封装
标记（插入帧内）
介质
帧长度
ISL
是
否
以太网
1518/1548
802.1Q
否
是
以太网
1518/1522
802.10
否
否
FDDI
LANE
否
否
ATM
BabyGiantFrame（小巨人帧）
原始以太网帧大小不超过1518字节，如果一个最大长度的帧是通过802.1Q来标记得，那么这个帧变成1522字节，这种帧被成为小巨人帧。
Catalyst监控引擎版本
干道协议
支持自动协商的Trunk协议
4.2及以后
DTP动态干道协议
ISL和IEEE802.1Q
4.1
DISL动态干道交换机间链路
ISL，手工配置802.1Q
4.1以前
同上
ISL，不支持手动配置802.1Q
DTP协议为Cisco专有，它只能用于交换机之间的Trunklink，不能用于交换机和路由器之间的Trunklink。
一般情况Trunklink状态的端口每隔30s发送DTP帧，以便高速其它交换机。
快速以太网和Gbit以太网Trunk模式
On：
永久设为Trunk模式。
Off：
永久设为非Trunk模式。
Desirable：
让端口主动试图将链路转变为Trunk。
如果相邻端口被设为On，Desirable，或Auto，该端口可以变为Trunk端口。
Auto：
让端口主动试图将链路转变为Trunk。
如果相邻端口被设为On，Desirable，该端口可以变为Trunk端口。
Nonegotiate：
端口永久设为Trunk模式，但不生成DTP帧，必须手工地把相邻端口配置为Trunk端口来建立一条Trunklink。
Trunk中的VLAN
VLAN1：
缺省
VLAN2：
第一个VLAN
VLAN1002：
FDDI-Default
VLAN1003：
Token-Ring-Default
VLAN1004：
FDDInet-Default
VLAN1005：
TRnet-default
VTP三种操作模式
1.服务器：
缺省模式，可建立、修改和删除VLAN，向同一域中的交换机通告它的VLAN配置，并接受从Trunk链路上收到的通告与其它交换机进行VLAN配置的同步。
2.客户机：
行为同服务器模式，但不能建立、改变或删除VLAN；倾听vlan信息，使得z自己的vlan配置信息保持与vtp服务器同步；也可以把vlan信息转发给其它交换机。
3.透明：
不参与VTP。
在vtpv2中，配置为透明模式的交换机将在Trunk端口上转发VTP信息以保证其他交换机接收到更新信息，但这些交换机将不修改自己的数据库，也不发送指示VLAN状态发生变化的更新信息。
Vtpv1中，透明模式的交换机也不转发vtp信息到其它交换机。
需要注意的是透明模式下的交换机可以在本地创建vlan，但这些vlan的变化信息不会扩散到其它交换机。
三种形式的vtp通告：
Summaryadvertisements—vtp服务器发送，每隔300s。
Subsetadvertisements—vtp服务器发送。
如vlan增删、vlan的激活和挂起。
Advertisementrequestsfromclients—vtp客户发送，vtp服务器回复Summaryadvertisements和Subsetadvertisements。
两种原因促使vtp客户要发送请求：
一种是从Subsetadvertisements了解到vtp状态发生变化；另一种是从Summaryadvertisements获悉有更高的vtpversionnumber，
Vtpv2有别于v1的一些特性：
1.Version-dependenttransparentmode（与版本相关的透明模式）：
v1要先检查域名和版本，如果相同在转发；v2则不检查版本。
2.Consistencychecks（一致性检查）
3.TokenRingsupport（令牌环支持）：
只有v2支持。
4.UnrecognizedType-Length-Value（TLV）support（不认识类型长度值的支持）
VerifyVTPstatus
CiscoIOS：
showvtpstatus
Ciscoset-based：
showvtpdomain
第四章管理冗余链路
网桥ID共8个字节，有两部分组成：
1.2个字节的优先级域：
优先级低的为根桥，缺省优先级为32768，即0x8000。
缺省地，所有Cisco交换机地优先级是相同的。
2.6个字节MAC地址域：
即交换机或网桥的MAC地址。
所以缺省情况下，具有最低MAC地址的交换机将成为根桥。
选择根桥（RootBridge）
1.自动选择：
STP自动选择具有最低网桥ID的交换机为根桥。
2.手工确定：
原则是靠近网络的中心。
所以一般根桥设在一台分布层的交换机而不是接入层交换机。
建议手工设置来确定根桥。
确定到根桥的最佳路径
STP协议利用BPDU中三个Field――路径开销、网桥ID、端口优先级/端口ID来确定到根桥的最佳路径顺序：
1.路径开销：
所有端口开销的综合为路径开销，路径开销低的端口为转发端口。
2.网桥ID：
同一个交换机上有两条链路达到根桥（如平行链路），那么最佳路径就由下面的端口优先级或端口ID决定了。
3.端口优先级/端口ID：
端口优先级范围0～63，缺省值32，具有低优先级的端口将转发数据。
如果端口优先级相同，端口ID则是决定因素，低端口ID将转发数据。
BPDU：
BridgeProtocolDataUnit
选择指定的RootPort
一个交换机侦听所有ActivePort的BPDU，如果收到不止一个BPDU，那么说明存在这台交换机到根桥之间的冗余链路，需要确定哪一个是RootPort。
交换机中某个端口到达根桥的路径开销最小，那么这个端口为RootPort。
如果路径开销相等，那么由端口优先级/端口ID决定。
RootPort就处于Forwarding状态，其它冗余端口处于Blocking状态。
EtherChannel
快速以太通道技术（FastEtherChannel）和吉比特以太通道（GigabitEtherChannel）使平行链路可以被生成树看成是一条物理链路。
以太通道技术为链路失效情况提供了冗余性，如果在通道中有一条链路失效，那么几毫秒内数据流被送到其它链路上，这种收敛变化对用户来说是透明的。
EtherChannel上可以实现负载平衡，以两条链路为例，如果源MAC和目的MAC最后一位异或后为0则从link0走，否则从link1走。
（也可以异或源和目的IP）
PAgP端口聚合协议（PortAggregationProtocol）
给EtherChannel增添了新的功能，有利于以太通道的自动建立。
但也有些限制：
1.PAgP不会在
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