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  • 交换机的基本组成包括
    2022-03-07 19:46:56

    一.数据链路层功能

    数据链路层负责网络中相邻节点之间可靠的数据通信,并进行有效的流量控制。在局域网中,数据链路层使用帧完成主机对对等层之间数据的可靠传输。数据链路层在物理线路上提供可靠的数据传输,对网络层而言为一条无差错的线路
    1.数据链路的建立、维护与拆除
    物理地址、网络拓扑
    2.帧包装、帧传输、帧同步
    组帧:把数据封装在帧中,按顺序传送
    定界与同步:产生/识别帧边界。
    3.帧的差错恢复
    差错恢复:采用重传的方法进行。
    4.流量控制
    流量控制及自适应:确保中间传输设备的稳定及收发双方传输速率的匹配。

    二.以太网发展史

    1983年6月,IEEE标准委员会通过了第一个802.3标准。
    IEEE于1990年9月通过了使用双绞线介质的以太网(10Base-T)标准,该标准很快成为办公自动化应用中首选的以太网技术
    1991~1992年,Grand Junction网络公司开发了一种高速以太网,这种网络的基本特征,如帧格式、软件接口、访问控制方法等,与以往的以太网相同,但其运行速率可高达100Mb/s
    在快速以太网的官方标准提出后不到一年,对千兆以太网的研究工作也开始了,这种网络的速率可达到1000Mb/s。1996年,IEEE802.3成立了一个标准开发任务组,1998年完成并通过了该标准。

    三.以太网

    1.以太网MAC地址

    计算机联网必须的硬件是安装在计算机上的网卡
    通信中,用来标识主机身份的地址就是制作在网卡上的一个硬件地址。每块网卡在生产出来后,除了具有基本的功能外,都有一个全球唯一的标号来标识自己,这个地址就是Mac地址,即网卡的物理地址。
    在这里插入图片描述

    MAC地址是由48位二进制数组成,通常分为六段,用十六进制来表示,如:00-D0-09-A1-D7-B7
    其中前24位是生产厂商向IEEE申请的厂商编号,后24位是网络接口卡序列号
    MAC地址的第8位位0时,表示该MAC地址为单播地址;为1时,表示该MAC地址为组播MAC地址。一块物理网卡的地址一定是一个单播地址,也就是第8位一定为0;组播地址是一个逻辑地址,用来表示一组接收者,而不是一个接收者。
    单播:一对一
    组播:一对列

    2.Ethernet Ⅱ帧格式

    前导码(7字节),帧起始的界符(1字节),目的地址(6字节),源地址(6字节),类型(2字节),数据(46-1500字节),帧校验序列(4字节)
    在这里插入图片描述

    1.前导码(Preamble)包含8字节。前7字节的值为0xAA,而最后1字节的值为0xAB。在DIX以太网中,前导码被认为是物理层封装的一部分,而不是数据链路层的封装。
    注:前导码作用是使目的主机接收器时钟与源主机发送器时钟同步。紧接着是帧开始分界符字节“10101011”,用于指示帧的开始。前导码和起始码定界符是为了隔离每个以太网帧的,也是定位符。
    2.目的地址(DA)包含6字节,DA标识了帧的目的站点的MAC地址。DA可以是单地址(单个目的地)、组播地址(组目的地)或广播地址。
    3.源地址(SA)包含6字节,SA标识了发送帧的站点的MAC地址。SA一定是单播地址(即第8位是0)
    4.类型域包含2字节,用来标识上层协议的类型,如:0800H标识IP协议;0806H表示ARP协议
    5.数据域包含46~1500字节,数据域封装了通过以太网传输的高层协议信息。由于CSMA/CD算法的限制,以太网帧不能小于某个最小长度。高层协议要确保这个域至少包含46字节。如果实际数据不足46字节,则高层协议必须执行某些填充算法。数据域长度的上限是任意的,但已经被设置为1500字节。
    6.帧校验序列(FCS)包含4字节,FCS是从DA开始到数据域结束这部分的校验和。校验和的算法是32位的CRC(Cyclic Redundancy Check,循环冗余校验法)。

    三.交换机工作原理

    查看MAC地址表,如果没有接口和MAC地址对应则广播数据帧
    查看MAC地址表,如果有接口和MAC地址对应则直接单播
    Mac地址表老化时间300s,如果老化时间以内Mac地址产生变化则重新刷新这个时间

    1.交换机工作原理:

    1.基于源Mac地址学习
    2.基于已知目标Mac地址转发
    3.当目标Mac地址未知时,泛洪处理
    4.交换机收到广播/组播帧时,无条件泛洪处理
    5.交换机一个接口可以学习多个Mac地址
    6.交换机学习到同一个Mac地址,但是是从不同的端口学习到的,此时,将此Mac与后学习到的端口绑定起来。

    2.交换机接口工作模式

    单工:两个数据站之间只能沿单一方向传输数据,类似于麦克风和扬声器
    半双工:半双工数据传输使两个数据之间可以实现双向数据传输,但不能同时进行,类似于对讲机
    全双工:全双工数据传输是在两个数据之间可双向且同时进行数据传输的模式

    接口速率:
    在IEEE802.3标准中已经明确定义以太网的通信速率,而且各厂商生产的设备完全遵循这些标准,但问题是不同设备往往遵循不同的标准。

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    一、交换机的分类与性能指标

    1.1交换机的分类

    按照网络构成方式来分的话,交换机分为三类:接入层交换机、汇聚层交换机和核心层交换机。

    按照OSI模型来划分的话,分为:二层交换机、三层交换机和四层交换机

    还有一种按照硬件形态来划分,可以分成两类:盒式交换机和机框式交换机。

            盒式交换机是一种有固定端口数,有时也会带有少量扩展槽的交换机。

            机架式交换机是一种插槽式的交换机,这种交换机扩展性较好,可支持不同的网络类型,可支持更大端口密度的网络。

            一般在数据中心的接入层都会采用盒式交换机,盒式交换机有的只有二层功能,也有的支持三层功能,基本是以二层为主。在数据中心的汇聚、核心出口都会采用机架式交换机。相比盒式交换机,机架式交换机都具有三层功能,需要关注更多的关键参数。

    这边给大家放一张机框式交换机的图。框式交换机提供了非常高的扩展性和自定义性,一般框式交换机主要分为几个模块:机框、主控板、扩展板、电源等等。每一个部分都不能单独使用的。

    框式交换机的硬件组成:

    机框:可以理解成一个载体,承载着所有的模块。

    主控板卡:就是整个交换机中的核心,一些稍微高端一点的都可以配备双主控板。

    扩展板卡:扩展板的种类非常多,例如48口千兆电口版、24口万兆光口版等等,这些都是按照需求去使用。

    电源:就是供电模块,一般情况下一台框式交换机最少配备两个电源模块扩展槽,但是上多少个就看需求了。

            一般框式交换机都会提供多种扩展槽,应对不同的需求,例如主控板用的槽位就不能安装交换板卡等,框式交换机的槽位一般分为主控槽、业务槽、交换槽等等,业务槽就是安装一些如无线控制器扩展卡,路由扩展卡等等,交换槽就只能安装交换板卡。

    1.2性能指标

    1.2.1 背板带宽

            背板带宽是交换机接口处理器或接口卡和数据总线间所能吞吐的最大数据量。背板带宽越高,所能处理数据的能力越强。
            背板带宽标志了交换机总的数据交换能力,单位为Gbps,也叫交换带宽。所以只有模块交换机(拥有可扩展插槽,可灵活改变端口数量)才有这个概念,固定端口交换机是没有这个概念的,并且固定端口交换机的背板容量和交换容量大小是相等的。背板带宽决定了各板卡(包括可扩展插槽中尚未安装的板卡)与交换引擎间连接带宽的最高上限。但由于模块化交换机的体系结构不同,背板带宽并不能完全有效代表交换机的真正性能。

           在交换机选型的过程中,有一个重要的参数,是 交换机背板带宽/全双工端口带宽,这个比值越大,交换机就越能趋近高性能无阻塞的交换。

    全双工端口带宽(交换机使用总带宽或者可以实现线速转发的交换机背板带宽

    计算公式:端口数×相应端口速率×2(全双工模式)

    例如,一个24个百兆口,2个千兆口的交换机,他的全双工端口带宽就是:24*2*100+2*2*1000=8.8Gbps

    如果我们的背板带宽大于8.8Gbps,就说明我们的交换机始终能保持线性转发的速度,进行无阻塞交换。

    如图,这是背板带宽与端口带宽之间的关系示意图。

     1.2.2 交换容量

            交换容量表示的是我们的交换机的核心的交换引擎的转发速率,一般单位用bps来表示。

            交换机的主要作用就是转发数据,端口和背板带宽只是起到一个传输的作用,端口的多少和背板带宽的大小就好像是咱们的路修的有多宽,路越宽,跑的车越多,传输速率也就越大。那么交换容量是什么呢?所谓的交换容量就是交换引擎单位时间内能处理多少数据。如果说有两个单向八车道交汇,形成一个十字路口,那么背板带宽就是这两个车道同一时间总共能跑多少车,而交换容量就看这个十字路口的指挥者能同时指挥多少车辆运行。遇到能力强的指挥者,这两个车道理论上能同时跑1000辆车,那么就真的可能跑1000辆车,也不会堵车,那么如果遇到能力不够的指挥者,比如说他只有指挥500辆车的能力,那么这个当路口有1000辆车时,就会发生堵车,路再宽,也只能同时跑500辆车。
           由于交换引擎是作为模块化交换机数据包转发的核心,所以这一指标能够真实反映交换机的性能。对于固定端口交换机,交换引擎和网络接口模板是一体的,所以厂家提供的转发性能参数就是交换引擎的转发性能,这一指标是决定交换机性能的关键。支持第三层交换的设备,厂家会分别提供第二层转发速率和第三层转发速率,一般二层能力用bps,三层能力用pps,采用不同体系结构的模块化交换机,这两个参数的意义是不同的。但是,对于一般的局域网用户而言,只关心这两个指标就可以了,它是决定该系统性能的关键指标;对于大型园区网和城域网用户,讨论交换机的体系结构和第三层优化算法才是有意义的。

            其实现在设备厂家的部分工程师已经认为背板带宽这个概念没有意义了,而交换容量和下面要说的转发率才决定交换机的性能,而这个参数很大程度上取决于交换矩阵

    *注意:

    • 交换机达到线速转发时,交换容量=端口数×相应端口速率×2(全双工模式)。

            如果交换机在满载板卡的情况下还能达到线速转发(线速转发可以理解为路上不堵车,所有车都能保持最高100码的速度开),说明交换引擎的处理性能是≥背板带宽≥所有端口的全双工转发速率的。

    • 交换容量是一个二层转发的概念

    1.2.3 包转发率(pps,三层转发)

            包转发率实际上跟交换容量概念相似,只不过交换容量是指交换机进行二层转发的性能,而包转发率是指交换机进行三层路由转发的性能。这两个概念仅仅是所属的网络层级不同。

            三层包转发率的计算,简单说一下,一个千兆的端口包转发率是多少呢?1000,000,000bps/8*(64+8+12)=1.488Mpps,8表示8个bit,而64+12+8表示的是一个数据字段为64字节的帧,在网络上传输时候实际所使用的字节数,8字节的头部以及12字节的其他开销,这个数据意味着一个千兆口每秒能转发1.488M个包,每个包的大小是84字节(算上头尾的开销)。同理,百兆接口的包转发率是0.1488M。(标准的以太网帧尺寸在64字节到1518字节之间,在衡量交换机包转发能力时应当采用最小尺寸的包进行评价。指基于64字节分组,在单位时间内交换机转发的数据总数)

    1.2.4 线速

            前面多次提到了线速,那么线速究竟是什么概念呢?       

            所谓线速,是指能够按照网络通信线上的数据传输速度实现无瓶颈的数据交换。交换机的所有端口都以线速接收帧,并能无延迟地处理被称为“无阻塞(Nonblocking)”,之所以这样叫是因为设备内部没有等待处理的帧(没有阻塞)。
        如果是总线交换结构,要想达到线速指标,背板带宽要大于{N*M *端口速率}(其中 N 有每块模块/板卡的端口数, M 为模块数),同时板卡的交换容量也要大于{端口数*端口速率}, 一般情况下,现代的交换机背板带宽不是瓶颈,板卡的交换容量是瓶颈,导致模块化交换机不能实现真正线速。

        如果是交换矩阵结构,一般都能达到线速指标,这是由于这种交换结构的先进性决定的,所以高性能的交换机都采用这种交换结构。

    1.2.5 端口密度

            端口密度是一个数据中心交换机的关键参数,代表着交换机的转发能力。拥有端口密度越大,代表着这个设备的转发能力越强,端口速率越高,代表着这个设备的处理性能越强。
           由于受数据中心机柜尺寸限制,机架式交换机的宽度无法再扩宽,所以目前一个模块能提供48个万兆端口已经达到极限。另外能支持越多的模块类型,则表示设备的实用性越强,可以应用于不同的网络环境,比如:LAN接口、WAN接口、ATM接口。端口带宽类型越丰富越好,即支持40G、100G高速端口,又支持百兆、千兆低速端口,即支持XFP又支持SFP、SFP+、CFP等等多种光接口类型。

    1.2.6 二三层表项的容量     

            二、三层转发表项的容量基本代表了这个设备所能承载的用户数量。比如:二层MAC地址表项32K,这意味着这个交换机能最多带三万多二层用户地址,三层路由表项16K,这意味着这个交换机最多能学习一万多条路由。还有一项规格对于交换机也非常重要,就是ACL,即访问控制列表。通过ACL可以灵活地实现业务部署,对网络攻击进行限制,让交换机更灵活地工作

    二、交换机的硬件构成

    首先我们来看一下交换机硬件模块的逻辑结构

    交换机的主要硬件都有以下几类:背板,主控单板,交换网板,接口单板。硬件组成如下图所示:

    主控单板、交换网板、接口单板是华为的名称,其他品牌各有自己的名称,如思科的名称是:管理引擎、交换矩阵、线卡,虽然名称不一样但是都是同类部件,这些概念都是针对框式交换机,即机框+可插拔板卡形式的交换机。

    2.1 背板

            是机框背部内侧的一块板子,背板是框式交换机用于连接引擎、交换矩阵、线卡、风扇、电源等的PCB板,类似计算机的主板(显卡、声卡等都插入主板),提供插卡的供电、数据、管理、控制平面的各种通道

            背板技术每家又大不相同,华为的主控单板、交换网板、接口板都插在同一侧属于平行结构,而思科等交换机品牌最大的特点就是业务线卡和交换矩阵采用了正交硬件架构技术(上图所示就是正交架构),正交架构最大的特点就是业务线卡和交换矩阵通过背板90°直接连接。相对于传统的无源铜背板技术,正交硬件架构大大缩短了业务线卡与交换矩阵卡之间的高速信号传输距离,为交换机的高速信号稳定传输提供了硬件架构基础。现在的交换机,为了提高背板器件可用性,一般不会在背板上设计芯片,而全部是硬件链路,将器件故障率降低。

    2.2 主控单板(引擎)

            提供设备的管理和控制功能以及数据平面的协议处理功能,负责处理各种通信协议;作为用户操作的代理,根据用户的操作指令来管理系统、监视性能,并向用户反馈设备运行情况;对接口板、交换模块、风扇、电源进行监控和维护。

    2.3 交换网板

    主要是负责跨接口单板卡之间的数据转发交换负责各接口板之间报文的交换、分发、调度、控制等功能。通常交换单元采用高性能的ASIC芯片,提供线速转发。从接口单板A到接口单板B的数据转发路径是接口单板A->背板->交换网板->背板->接口单板B。交换网板上一般会有一个或者多个交换芯片,交换机芯片通过交换网板内部链路、背板与各个接口单板相连,提供接口单板之间的数据交换。

            交换网板不是必须有的,因为交换功能可以集成在主控板上(也就是引擎上)。但是这样做有个坏处就是一旦引擎挂了,交换功能也会随之关闭,不能使用,这样就严重影响了性能。所以将交换功能单独弄出来集成到交换网板上,这样即使引擎挂了,交换机也可以通过交换网板进行二层交换,不影响性能。

            交换网板的好处就是与主控引擎实现了管理控制与转发分离,每个模块只需要专注做一件事情就可以了,提高了效率。

    2.4 接口单板

            也称为接口单元或业务处理板,提供业务传输的外部物理接口,完成报文接收和发送。对于分布式系统,承担部分协议处理和交换/路由功能。

            一般来说就是提供交换机端口的模块。

    三、交换机的接口

    3.1RG-45接口

            这种接口就是我们现在最常见的网络设备接口,俗称"水晶头",专业术语为RJ-45连接器,属于双绞线以太网接口类型。RJ-45插头只能沿固定方向插入,设有一个塑料弹片与RJ-45插槽卡住以防止脱落。这种接口在10Base-T以太网、100Base-TX以太网、1000Base-TX以太网中都可以使用,传输介质都是双绞线,不过根据带宽的不同对介质也有不同的要求,特别是1000Base-TX千兆以太网连接时,至少要使用超五类线,要保证稳定高速的话还要使用6类线。

    3.2 SC光纤接口

            SC光纤接口在100Base-TX以太网时代就已经得到了应用,因此当时称为100Base-FX(F是光纤单词fiber的缩写),不过当时由于性能并不比双绞线突出但是成本却较高,因此没有得到普及,现在业界大力推广千兆网络,SC光纤接口则重新受到重视。
        光纤接口类型很多,SC光纤接口主要用于局域网交换环境,在一些高性能千兆或万兆交换机和路由器上提供了这种接口,它与RJ-45接口看上去很相似,不过SC接口显得更扁些,其明显区别还是里面的触片,如果是8条细的铜触片,则是RJ-45接口,如果是一根铜柱则是SC光纤接口。

    3.3 Consle口

            是用来配置交换机的,所以只有网管型交换机才有。而且还要注意,并不是所有网管型交换机都有,那是因为交换机的配置方法有多种,如通过Telnet命令行方式、Web方式、TFTP方式等。虽然理论上来说,交换机的基本配置必须通过Console(控制)端口,但有些品牌的交换机的基本配置在出厂时就已配置好了,不须要进行诸如IP地址、基本用户名之类的基本配置,所以这类网管型交换机就不用提供这个Console接口了,而且就目前来说还占多数。这类交换机通常只需要通过简单的Telnet或Java程序的Web方式进行一些高级配置即可。
          当然也有一些交换机还是提供了Console接口的,但要注意的是,用于交换机配置的Console端口并不是所有交换机都一样,有的采用与Cisco路由器一样的RJ-45类型Console接口,而有的则采用串口作为Console接口。

    四、交换机的主要功能与工作方式

            交换机的主要功能包括物理编址、网络拓扑结构、错误校验、帧序列以及流控。交换机还具备了一些新的功能,如对VLAN(虚拟局域网)的支持、对链路汇聚的支持,甚至有的还具有防火墙的功能。     

    4.1 三大基本功能:

    地址学习: 以太网交换机了解每一端口相连设备的MAC地址,并将地址同相应的端口映射起来存放在交换机缓存中的MAC地址表中。

    转发/过滤: 当一个数据帧的目的地址在MAC地址表中有映射时,它被转发到连接目的节点的端口而不是所有端口(如该数据帧为广播/组播帧则转发至所有端口)。

    消除回路: 当交换机包括一个冗余回路时,以太网交换机通过生成树协议避免回路的产生,同时允许存在后备路径。

    4.2 交换方式

    端口交换

            端口交换技术最早出现在插槽式的集线器中,这类集线器的背板通常划分有多条以太网段(每条网段为一个广播域),不用网桥或路由连接,网络之间是互不相通的。以太主模块插入后通常被分配到某个背板的网段上,端口交换用于将以太模块的端口在背板的多个网段之间进行分配、平衡。根据支持的程度,端口交换还可细分为:
            ·模块交换:将整个模块进行网段迁移。
            ·端口组交换:通常模块上的端口被划分为若干组,每组端口允许进行网段迁移。
            ·端口级交换:支持每个端口在不同网段之间进行迁移。这种交换技术是基于OSI第一层上完成的,具有灵活性和负载平衡能力等优点。如果配置得当,那么还可以在一定程度进行容错,但没有改变共享传输介质的特点,自而未能称之为真正的交换。

    这种交换手段实际上就是将端口从一个网络移到另一个网络,实现的二层交换

    帧交换

            帧交换是应用最广的局域网交换技术,它通过对传统传输媒介进行微分段,提供并行传送的机制,以减小冲突域,获得高的带宽。一般来讲每个公司的产品的实现技术均会有差异,但对网络帧的处理方式一般有以下几种:

    •  直通式:

        它在输入端口检测到一个数据包时,检查该包的包头,获取包的目的地址,启动内部的动态查找表转换成相应的输出端口,在输入与输出交叉处接通,把数据包直通到相应的端口,实现交换功能。由于不需要存储,延迟非常小、交换非常快,这是它的优点。它的缺点是,因为数据包内容并没有被以太网交换机保存下来,所以无法检查所传送的数据包是否有误,不能提供错误检测能力。由于没有缓存,不能将具有不同速率的输入/输出端口直接接通,而且容易丢包。

    •  存储转发:

            通过对网络帧的读取进行验错和控制。

            存储转发方式是计算机网络领域应用最为广泛的方式。它把输入端口的数据包先存储起来,然后进行CRC(循环冗余码校验)检查,在对错误包处理后才取出数据包的目的地址,通过查找表转换成输出端口送出包。正因如此,存储转发方式在数据处理时时延大,这是它的不足,但是它可以对进入交换机的数据包进行错误检测,有效地改善网络性能。尤其重要的是它可以支持不同速度的端口间的转换,保持高速端口与低速端口间的协同工作。

    • 碎片隔离(快速转发)

            这是介于前两者之间的一种解决方案。它检查数据包的长度是否够64个字节,如果小于64字节,说明是假包,则丢弃该包;如果大于64字节,则发送该包。这种方式也不提供数据校验。它的数据处理速度比存储转发方式快,但比直通式慢。

    信元交换

            信元交换又叫异步传输模式(Asynchronous Transfer Mode,ATM),是一种面向连接的快速分组交换技术,它是通过建立虚电路来进行数据传输的。ATM采用固定长度的信元作为数据传送的基本单位,信元长度为53字节,其中信元头尾5字节,数据为48字节。长度固定的信元可以使ATM交换机的功能尽量简化,只用硬件电路就可以对信元头中的虚电路表示进行识别,因此缩短了每个信元的处理时间。另外ATM采用了统计时分复用的方式来进行数据传输,根据各种业务的统计特性,在保证服务质量要求的前提下,在各个业务之间动态地分配网络带宽。

            在数据传输中,来自不同业务和不同源端发送的信息统一以固定字节的信元汇集在一起,在ATM交换机的缓冲区排队,然后传送到线路上,由信息头中的地址来确定信元的去向。使用这种方法可使任何业务按实际需要占用资源,保证网络资源得到合理利用,目前ATM技术被广泛应用于银行等金融机构中

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  • 交换机基本原理与配置一、数据链路层1、数据链路层的功能2、以太网的由来3、以太网帧格式二、以太网交换机1、交换机设备简介2、交换机的工作原理3、交换机接口的双工模式三、交换机基本配置1、交换机配置前的连接2、...

    一、数据链路层

    1、数据链路层的功能

    数据链路层负责网络中相邻节点之间可靠的数据通信,并进行有效的流量控制。在局域网中,数据链路层使用帧完成主机对等层之间数据的可靠传输。数据链路层的作用包括数据链路的建立、维护与拆除,帧包装,帧传输,帧同步,帧的差错控制以及流量控制。
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    2、以太网的发展

    以太网是一种计算机局域网技术。IEEE组织的IEEE 802.3标准制定了以太网的技术标准,它规定了包括物理层的连线、电子信号和介质访问层协议的内容。
    施乐以太网(Xerox Ethernet,又称“施乐以太网”)──是以太网的雏型。最初的2.94Mbit/s以太网仅在施乐公司里内部使用。而在1982年,Xerox与DEC及Intel组成DIX联盟,并共同发表了Ethernet Version 2(EV2)的规格,并将它投入商场市场,且被普遍使用。而EV2的网络就是目前受IEEE承认的10BASE5。
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    3、以太网MAC地址

    MAC地址是由48位二进制数组成,通常分为六段,用十六进制表示,如00-D0-09-A1-D7-B7。其中前24位是生产厂商向IEEE申请的厂商编号,后24位是网络接口卡序列号。MAC地址的第8位为0时,表示该MAC地址为单播地址;为1时,表示该MAC地址为组播地址。一块物理网卡的地址一定是一个单播地址,也就是地8位一定是0,组播地址是一个逻辑地址,用来表示一组接收者,而不是一个接收者。
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    4、以太网帧格式

    在以太网链路上的数据包称作以太帧。以太帧起始部分由前导码和帧开始符组成。后面紧跟着一个以太网报头,以MAC地址说明目的地址和源地址。帧的中部是该帧负载的包含其他协议报头的数据包(例如IP协议)。以太帧由一个32位冗余校验码结尾。它用于检验数据传输是否出现损坏。
    以太网有多种帧格式,下面主要介绍最为常用的Ethernet II的帧格式,如下图所示,该帧包含六个域。
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    数据帧大小=1500+18(MAC头部数据)=1518字节
    共1518+8字节前导码

    二、以太网交换机

    1、交换机设备简介

    交换机的品牌众多,像Cisco、华为、H3C、TP-Link、神州数码、锐捷等厂家都生产了很多不同型号的交换机。
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    2、交换机的工作原理

    交换机可以根据MAC地址智能地转发数据帧,交换机存储的MAC地址表将MAC地址和交换机的接口编号对应在一起,每当交换机收到客户端发送的数据帧时,就会根据MAC地址表的信息判断该如何转发。
    交换机转发数据帧的过程如下
    (1)初始状态
    (2)MAC地址的学习
    (3)广播未知数据帧
    (4)接收方回应信息
    (5)交换机实现单播通信
    主机A发送数据帧,交换机进入初始状态,交换机学习主机A的MAC地址,并添加到MAC地址表中,然后在与交换机相连接的所有主机中进行广播泛洪,主机B回应广播,并记录主机B的MAC地址到MAC地址表中,最终交换机实现单播通信。
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    交换机所学习到的条目并不会永远保存在MAC地址表中,默认老化时间是300s。

    3、交换机接口的双工模式

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    (1)单工
    单工数据传输是指两个数据站之间只能沿单一方向传输数据。多模光纤一般采用单工的传输模式。通信设备之间通过两根光纤连接,一根负责发送数据,另一根负责接收数据。一般来说,单工光纤较双工光纤传输距离更远,抗干扰能力更强。
    (2)半双工
    半双工数据传输使两个数据站之间可以实现双向数据传输,但不能同时进行。半双工传输模式通信效率低,且有可能产生冲突。目前绝大多数网络都为交换网络,因此这种传输模式很少见。
    (3)全双工
    全双工数据传输是在两个数据站之间可双向且可同时进行数据传输的模式。在交换网络中,通信双方大多采用全双工传输模式。
    (4)以太网接口速率
    接口连接时进行协商,协商失败则无法正常通信。

    三、交换机基本配置

    1、交换机配置前的连接

    Console接口位于交换机背板,将其与PC的COM接口直连即可对交换机进行配置。连接所有的线缆一般为专用的Console电缆。
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

    2、交换机的常见命令

    用户视图模式<Huawei>切换至系统视图模式[Huawei]
    <Huawei>system-view
    1、历史命令查询
    [Huawei] display history-command
    2、配置主机名
    <Huawei> system-view
    [Huawei] sysname Router1
    3、状态信息查询
    <Huawei>display version   ####查看VRP版本
    <Huawei>display users    ####查看用户终端信息
    4、进入接口模式并查看信息
    <Huawei>sys
    [Huawei]int e0/0/1
    [Huawei-GigabitEthernet0/0/1]dis this   ####查看当前视图下的配置信息
    5、配置文件管理命令
    [Huawei]display saved-configuration     ###查看设备保存的信息
    [Huawei]display current-configuration   ###查看设备当前配置的信息
    <Huawei>reset saved-configuration      ###擦除存储设备中的配置文件
    <Huawei>compare configuration          ###比较当前配置信息与存储设备中的保存文件是否一致
    6、关闭华为的信息提示中心 
    [Huawei]undo info-center enable 
    或者
    <Huawei>undo terminal monitor
    
    7、永不超时
    [Huawei]user-interface console 0
    [Huawei-ui-console0]idle-timeout 0 0
    
    8、配置双工及速率命令
    <Huawei>sys
    [Huawei]int g0/0/1
    [SW1-Ethernet0/0/1]undo negotiation auto    ###关闭自动协商
    [SW1-Ethernet0/0/1]speed 100                ###调至速率100M
    [SW1-Ethernet0/0/1]duplex full              ###调至全双工模式, 解释:full:Full-Duplex(全双工模式)   half:Half-Duplex(半双工模式)
    9、保存配置
    <Huawei>save
    10、设置远程登录密码
    [Huawei]user-interface vty 0 4   #0是初始值,4是结束值。表示可同时打开5个会话进入交换机去配置命令
    [Huawei-ui-vty0-4]authentication-mode password 
    [Huawei-ui-vty0-4]set authentication password simple 222
    [Huawei-ui-vty0-4]user privilege level 3
    [Huawei-ui-vty0-4]dis this

    3、交换机的基本配置

    用SecureCRT链接eNSP
    ●双击打开某台设备有【视图】和【配置】,打开【配置】---窗口配置:串口号:2000  ###这个是端口号
    ●打开SecureCRT 点击【链接】---【Protocol】Telnet----【Hostname】127.0.0.1----【Prot】2000
    ●当前终端被打开---断开【disconnect】----会话【session options】-----强制每次一个字符模式【Force charater at atime mode】---保存【OK】
    ●右击当前终端---链接【reconnect】
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  • 目录 一、数据链路层 1.1 LLC 1.2数据链路层位置 1.3 数据链路层功能 ...三、交换机基本配置 3.1 配置前的准备 3.2 SecureCRT软件的使用 3.3 华为交换机的命令行模式 四、总结 一、数据.

    目录

    一、数据链路层

    1.1 LLC

    1.2 数据链路层位置

    1.3 数据链路层功能

    1.4 以太网的发展

    1.5 以太网帧格式

    1.5.1 MAC地址

    1.5.2以太网帧格式

    二、交换机

    2.1 交换机设备简介

    2.2 交换机工作原理

    2.3 交换机以太网接口的工作模式

    2.3.1 单工、双工和全双工

    2.3.2 交换机以太网的接口速率

    三、交换机基本配置

    3.1 配置前的准备

    3.2 SecureCRT软件的使用

    3.3 华为交换机的命令行模式

    四、总结


    一、数据链路层

    1.1 LLC

    含义:用户的数据链路服务通过LLC子层为网络层提供统一的接口。在LLC子层下面是MAC(介质访问控制)子层。

    LLC的头部包含:

    DSAP(Destination Service Access Point,目标服务接入点)字节,8位比特

    SSAP(Source Service Access Point,源服务接入点)字节,8位比特

    1.2 数据链路层位置

    数据链路层:位于物理层和网络层之间

     

    1.3 数据链路层功能

    · 数据链路的建立、维护和拆除

    · 帧包装、帧传输、帧同步

    · 帧的差错恢复

    · 流量控制

    · 物理地址寻址

     

    1.4 以太网的发展

    • 1973年,Xerox公司的X-Wire,2.94兆实验性以太网;
    • 1979年,DEC-Inter-Xerox的DIX,10兆以太网应用;
    • 1983年,IEEE802.3(有线)标准,10兆以太网标准;IEEE802.11(无线)标准;
    • 1991-1992年,快速以太网和千兆以太网,100/1000兆以太网。

    1.5 以太网帧格式

    1.5.1 MAC地址

    计算机必备的硬件网卡,除了具有基本的功能之外,都有一个全球唯一的编号来标识自己,这个地址就是MAC地址,即网卡的物理地址。
    MAC地址由48位二进制数组成,通常分为六段,用十六进制表示,其中前24位是生产厂商向IEEE申请的厂商编号,后24位是网络接口卡序列号。
    MAC地址是第8位是0的时候,表示该MAC地址位单播地址;
    MAC地址是第8位是1的时候,表示该MAC地址位组播地址;
    MAC地址组成如下图所示:

     数据通信四个要素:源IP、目的IP、源MAC、目的MAC

    1.5.2以太网帧格式

    以太网有很多帧格式,下图介绍的是Ethernet II的帧格式。

    以太网帧格式:以前导码起始,32位冗余校验码结束。

     

     

    类型:

    • 0800H 表示IP协议
    • 0806H 表示ARP协议

     数据的上限是1500字节,下限是46字节

    二、交换机

    2.1 交换机设备简介

    交换机的品牌众多,像Cisco(思科)、华为、H3C、TP-Link、神州数码、锐捷等厂家都生产了很多不同型号的交换机。

    1)Cisco交换机产品系列
    常见的有:Cisco2960系列、Cisco3560系列、Cisco4500系列和Cisco6500系列;

    2)H3C交换机产品系列:

    核心层代表:S10500、S9500E、S7500E、S7500等;
    汇聚层代表:S5500-EI/SI、S5510、S5120-EI/SI、S5600等;
    接入层代表:S3100-EI/SI、S3600-EI/SI、S3610等。

    总结:设备的系列号越高,其功能越强大,稳定性越好,背板带宽越高,但价格也越贵,不同型号设备可以实现的企业需求以及具体的应用环境也不同。企业级交换机一般24接口或48接口,数据中心一般CE。
     

    2.2 交换机工作原理

    1)MAC地址的学习
    如下图所示:假设主机A发送数据帧(源MAC地址位00.00.00.11.11.11,目标MAC地址位00.00.00.22.22.22)到交换机的1号接口,交换机首先查询MAC地址表中1号接口对应的源MAC地址条目。如果条目中没有数据帧的源MAC地址,交换机就会将这个帧的源地址和收到该数据帧的接口编号(1号口)对应起来,添加到MAC地址表中。

     

     2)广播未知数据帧
    如果交换机没有在MAC地址表中找到数据帧目的地址所对应的条目,就无法确定该从哪个接口将数据帧转发出去,于是被迫选用广播的方式,即除了1号口之外的所有接口都将转发这个数据帧,下图所示中的主机B和主机C都会收到。

     3)接受回应方信息
    如下图所示,主机B会响应这个广播,并回应一个数据帧(源MAC地址为:00.00.00.22.22.22,目标MAC地址为:00.00.00.11.11.11),交换机也会将此帧的源MAC地址和接口编号(2号接口)对应起来,添加到MAC地址表中。

    4)交换机实现单播通信
    如下图所示:现在主机A和主机B之间的通信不用再借助广播了,因为MAC地址表中已经有它们的条目,主机A发送数据帧的目标地址为:00.00.00.22.22.22,交换机会发现这个地址对应的接口编号为2,于是交换机将只向2号口转发数据帧。

     

    交换机工作原理(6个):

     1. 基于源MAC学习

     2. 基于已知目标MAC地址转发

     3. 当目标MAC地址未知时,泛洪处理

     4. 交换机收到广播/组播帧时,无条件泛洪处理

     5. 交换机一个接口可以学到多个MAC地址

     6. 交换机学习到同一个MAC地址,但是从不同端口学习到的,此时,将此MAC与后学习到的端口绑定在一起

    注意:老化时间:由于交换机MAC地址条目是动态的,所以它不会永远存在于MAC地址表中,而是在300s(老化时间)后会自动消失,但是如果在此期间,交换机又收到对应条目的MAC地址的数据帧,老化时间将会重置为300s

             MAC地址表三要素:MAC地址、VLAN ID、端口号

    2.3 交换机以太网接口的工作模式

    2.3.1 单工、双工和全双工

        单工:单工数据传输是指两个数据站之间只能沿单一方向传输数据,如:麦克风到扬声器。
     半双工:半双工数据传输使两个数据站之间可以实现双向数据传输,但是不能同时进行,如:手持对讲机两个人都可以讲话,但是只能一个说一 个听,但是不能同时进行。
    全双工:全双工数据传输是在两个数据站之间可双向且同时进行数据传输的模式,如:打电话的双方可以同时说话,不需要等到对方说完。
     

    2.3.2 交换机以太网的接口速率

    • 接口连接时进行协商
    • 协商失败则无法正常通信

    三、交换机基本配置

    3.1 配置前的准备

    Consolo电缆(如下图所示)

    • 物理连接

      • 计算机COM口
      • 交换机/路由器Consolo口
    • 软件连接

      • 超级终端
      • 其他软件

     管理设备的方式:

    带内管理、带外管理

    带内管理:指的是网络管理控制信息与用户承载业务的网络是同一-个逻辑通道。即使用到带宽的管理方式。

    带内管理方式有: WEB、Telnet. (telnet时用的外网的IP)

    带外管理:指的是网络管理控制信息与用户承载业务的网络不是同一个逻辑通道。即使用内网的管理方式,不占用带宽

    带外管理方式有: Console、 Telnet (telnet时用的是内网的IP)

    3.2 SecureCRT软件的使用

    SecureCRT软件的配置

    • 端口选择
    • 选择连接方式:Serial
    • COM口属性

     

    3.3 华为交换机的命令行模式

    进入和退出系统试图:

     

     

     

    四、总结

    数据链路层的功能包括:链路的连接、维护与拆除等;

    以太网帧格式以前导码起始,32位冗余校验码结尾

    MAC地址,即网卡的物理地址。MAC地址由48位二进制数组成,通常分成六段,用十六进制表示。

    交换机可以根据MAC地址智能地转发数据帧,每当交换机收到客户端发送的数据帧时,就会根据MAC地址表的信息判断该如何转发。

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