以太网交换培训.ppt
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1、2023/6/14,核心网IP技能培训(二),以太网交换,Page 2,学习完此课程,您将会:掌握MAC、帧和VLAN的基本概念二层交换和三层交换的基本原理VLAN的扩展特性链路聚合的概念和配置,目 标,Page 3,第1章 帧、MAC的概念和二层转发第2章 VLAN的基本概念和原理第3章 三层交换机架构和转发结构和VLAN间路由第4章 VLAN的扩展特性第5章 链路聚合,内容介绍,Page 4,OSI 二层-数据链路层,Page 5,常见的以太网Frame格式,最早的以太网格式的定义规范,由Digital equipment Corp,Intel,Xerox发展,后来被发展成IEEE标准,叫
2、ethernet(DIX),也叫ethernet V2(ARPA).(交换机和路由器的常用格式),802.3标准,IEEE标准组织在1980s年代发展,其它的以太网Frame格式包括:802.3+802.2(LLC),802.3+802.2+SNAP,802.2,SNAP,Page 6,Frame参数-MAC 地址,MAC地址,Media access control,也叫硬件地址。为了控制在共享的介质的设备的访问,必须定义一个规则。MAC地址作用主要有在共享介质中唯一标识某台设备。控制设备的访问,当设备接受到一个Frame时,需要检查DE MAC,如果是自己的MAC地址,就接受该Frame。
3、,MAC地址表示方法,MAC地址是由48bit(6byte)组成,前3byte表示组织的唯一标识,后三位由该组织分配给每台设备。,00E0-FC79-405F,HUAWEI,设备标识,Frame的种类:根据目的MAC的不同,可以分为三种帧,Unicast Frame Broadcast(全F,或者全0)multicast,Cisco设备的MAC地址(前3byte),常见的有:00000C,Page 7,Frame参数-Type,Type,Type表示DATA里面封装的报文类型,常见的类型有:,为了识别是Ethernet II和802.3的帧,Ethernet II的type域从1536(16进
4、制位为600)开始,在802.3中,数据的长度小于或者等于1500(05DC)。,Page 8,桥和以太网交换机,桥和HUB的区别,随着网络的快速发展,特别是本地局域网络的发展,越来越多的设备需要互相访问,同时需要连接到更长的距离。而传统的以太网采用HUB进行连接,整个HUB就是一个冲突域,采用CSMA/CD机制来检测和侦听,所有的设备共享带宽,网络的带宽利用率低,效率低;并且有距离的限制。而桥建立桥接表(MAC),不象HUB总是将帧发送到所有的端口,桥根据MAC表来决定向那个端口进行转发。这样桥的每个端口为一个冲突域,每台设备将享用一个端口的带宽。,HUB,frame,Bridge,fram
5、e,查看MAC表,所有的设备共享整台HUB,共享带宽!,独占一个端口的带宽!,Page 9,桥和交换机的区别,桥和交换机都是一个广播域,每个端口都是一个collision域,并都形成MAC表来指导帧转发,不同点是:1、交换机端口的数量多。2、交换机上可以划分VLAN来将整个广播域分割为多个广播域。,Page 10,MAC表的建立,每台交换机都需要建立MAC表,MAC表的建立过程是被动学习的过程:1、每台交换机都有cache来保存MAC表,指导帧的转发,当交换机刚上电时,MAC表是空的。2、交换机从端口接受一个帧的时候,将帧的原MAC和该端口记录在MAC表中。通过不停的学习到所有连接到交换机端口
6、的设备的MAC和相应的端口,来建立一张完整的MAC表。3、当交换机转发一个帧的时候,需要查看MAC表,如果MAC表没有该帧的目的MAC,交换机将广播该帧到所有的端口(除了接受该帧的端口)。,PC1,PC2,PC3,0/1,0/2,0/3,MAC1,MAC2,MAC3,MAC 表:MAC 地址 PORTMAC1 0/1MAC2 0/2MAC3 0/3,Page 11,两种MAC表,随着VLAN的应用,MAC表项有两种定义:SVL(SHARE VLAN)这种定义意味着在MAC表中每个MAC地址只能对应一个VLAN.这样会导致MAC地址学习错误。,PC1,0/1,PC2,0/2,0/3,0/4,VL
7、AN2,VLAN3,0/1,0/2,如图:PC1访问PC2必须经过一台路由器进行转发,假设路由器在它的0/1端口将PC1的报文透传到0/2端口,这样交换机的0/4端口学习到PC1的MAC地址,由于交换机是SVL,此时交换机将替换掉(0/1,VLAN2)学习的表项为从(0/4,VLAN3)的表项。导致MAC表项出错,PC2响应时,router接受到PC2的响应报文,从0/1转发出去,此时交换机不能转发帧到0/1,PC1不能接受到PC2的响应报文。,IVL(independent VLAN)这种定义意味着在MAC表中,每个MAC可以对应多个不同的VLAN。如图:当ROUTER 从0/2接受到PC2
8、的响应报文之后,从0/1转发出去,交换机接受到这个帧之后,发现有(0/1,VLAN2)的表项,从0/1转发出去。现在所有的交换机都采用IVL建立MAC表。,Page 12,MAC表结构,1、动态MAC表交换机的MAC表通过被动学习VLAN端口的帧来动态建立,并为每个MAC地址设定一个计时器,如果在一定的时间内没有学习到MAC地址,该MAC将老化,重新学习。缺省的情况下,老化时间为300s。2、静态MAC表 通过手工配置静态的MAC表项,静态MAC表项默认是永久存在交换机中,也可以设置老化的时间3、MAC表的结构,MAC ADD:表示帧的source MAC。VLAN ID:端口所属的VLAN。
9、STATE:有两个值:dynamic or static。PORT INDEX:接受帧的端口。AGE TIME:表示MAC存活的时间。NOAGE:表示不老化。,Page 13,帧的封装过程,PC1:MAC1 AND IP1,PC2:MAC2 AND IP2,0/1,0/2,Pc1访问PC2的帧的封装过程,交换机上的两个接口在同一个VLAN:,1,PC1发送ARP的请求报文,目的MAC是广播地址,目的地址为IP2。,2,交换机接受到该帧,将端口、MAC1、VLAN放到MAC表项中,并向所有的接口0/2广播。,3,PC2接受到这个ARP请求报文,发送ARP响应报文,目的MAC为MAC1,原MAC为
10、MAC2。,4,交换机从0/2接受到ARP响应报文之后,将MAC2、0/2、VLAN添加到MAC表项中。并向端口0/1转发该帧。,5,PC1知道了PC2的MAC地址,下一个帧的目的地址为MAC2。,Page 14,交换机性能指标之一:MAC表容量,交换机存储的MAC地址不是无限,它跟交换机的cache有密切的关系,不同类型的交换机有不同的MAC表项大小。MAC表项容量的大小也反映了该交换机的能力,是一个重要的性能指标。常见的交换机的MAC表的容量为:,Page 15,交换机的安全:MAC表的安全,1、MAC表项溢出 由于交换机只是被动的学习原MAC,并且动态MAC地址老化时间为5分钟,如果一个
11、交换机的MAC表满了,又不能达到老化的时间,交换机将不能学习到原MAC,导致交换机不能正常转发。接在交换机端口下的一台PC,通过发送原MAC不停变化的帧,当交换机接受到这些变化的帧之后,将添加到自己的MAC表中;一旦MAC表满,交换机将不能处理正常的帧,导致不能转发。同时产生大量广播报文,导致交换机CPU繁忙。解决办法:如果发现MAC表中的一个端口下学习到大量MAC地址,表明交换机正在遭受攻击,可以配置该端口下学习到MAC地址的数量,超过配置的数量的MAC将停止转发。mac-address max-mac-count disalbe-forwarding 端口模式下配置。2、原MAC欺骗 黑客
12、通过发送另外一台攻击的计算机的MAC地址为原地址的报文,路由器收到这个报文之后,将流量转发给黑客,黑客将获取到流向被攻击的计算机流量,进一步分析之后,可以获取到其它的重要信息(比如密码、帐号。)解决办法:在路由器上作原MAC和IP的绑定,如果MAC和IP不一致,将丢弃该报文。,Page 16,交换机对帧的处理方式,交换机对接受的帧有不同的处理方式:1、store and forwarding 这种模式在开始交换之前,检查整个帧,如果帧出现错误,将丢弃该帧。2、cut-through 当交换机检查到接受到该帧的目的MAC地址,进行转发。即使帧出现了错误,交换机也会转发,这样当达到目的地时,被目的
13、设备丢弃,浪费了带宽。3、Fragmentfree 当交换机检查帧的64位帧时,开始转发。(64位帧即最小的帧)。,Page 17,问题,帧的最小长度为多少?Hub、Bridge、交换机分别位于OSI中的哪层?在同一个VLAN中,如果MAC1学习到port1上,后来由于某种原因该MAC1学习到了PORT2,这时之前的mac表项还存在吗?如果是在不同的VLAN下,MAC表项是什么样的?,Page 18,第1章 帧、MAC的概念和二层转发第2章 VLAN的基本概念和原理第3章 三层交换机架构和转发结构和VLAN间路由第4章 VLAN的扩展特性第5章 链路聚合,内容介绍,Page 19,VLAN的定
14、义和划分,1、VLAN的定义 VLAN(virtual local area network),虚拟本地局域网。默认的交换机是一个广播域,采用VLAN,可以将交换机逻辑上划分为多个逻辑广播域,各个VLAN之间不能访问。通过手动配置逻辑将端口放到不同的VLAN中。2、VLAN的划分 基于端口的划分。交换机常见的划分方式,该方式灵活,不受终端物理位置的限制。基于MAC的划分。根据交换机学习到的MAC,进行划分;受物理位置的限制。基于协议的划分。根据端口学习的协议类型和封装格式来划分。可以用来划分的协议为:IP,IPX,APPLETALE,类型有:ethernet II,802.3,802.3+LL
15、C,等。主要应用于网络中提供的服务类型来划分,方便管理和维护。基于IP子网的划分。基于应用层的划分。,Page 20,VLAN的帧格式,VLAN基于IEEE 802.1Q标准,标准对普通的帧进行了修改,在原MAC地址和类型字段插入了4字节的802.1Q TAG标记。,Type:表示帧的类型,0 x8100是表示802.1Q tag帧,不支持该类型帧的设备,将丢弃该帧PRI:表示优先级,取值范围为07。CFI:用于令牌环和FDDI。VID:表示帧所属的VLAN,取值为:04096。VRP中,VLAN0系统使用。实际可用的VID为14094。,Page 21,VLAN端口的类型,根据端口接入设备的
16、类型,划分了VLAN的端口分为几种(默认的情况下所有的端口属于VLAN1:1、Access端口 配置了 Access类型的端口,端口只能属于一个VLAN。一般要来接入不能识别802.1Q tag的设备,比如主机。2、Trunk 端口 配置了Trunk类型的端口,该端口属于多个VLAN,能识别带Tag的帧,允许多个VLAN通过。一般接入识别802.1Q tag的设备。Trunk VLAN时,VLAN1默认被Trunk。3、Hybrid端口 配置了Hybrid类型的端口,即能识别普通的帧(不带Tag),也能识别带Tag的帧。一般该端口即可接入交换机,也可以接入计算机。4、PVID(缺省VLAN)P
17、VID:port VLAN ID.即端口的PVID。每个端口的类型都有PVID。Access:PVID和Access端口配置的VID一致。Trunk:Trunk端口本身的VID,可以配置,默认为1,和Trunk的VLAN没有关系。,Access,Trunk,Hybrid,Page 22,VLAN帧的处理过程,VLAN对帧的处理过程分三部分:1、接受过程 接受到的帧可以是带Tag的帧,也可以是不带Tag的帧。Access端口接受到普通帧的时候,打上Access端口的VID。当接受到Tag帧的时候,比较PVID,如果VID和PVID相同,则接受,如果不同,则丢弃。Trunk端口和Hybrid端口接
18、受到普通帧的时候,打上该端口的默认的PVID。当接受到带Tag的帧时,查看端口允许的VID和该帧的VID,如果匹配,则接受;如果不匹配,查看VID和PVID是否相同,如果相同,则接受;否则,丢弃。,2、查找转发过程 根据端口接受的帧的目的MAC、VID来查找MAC表,从相应的端口转发。3、发送过程 端口发送的出去帧可以是带Tag帧,也可以是不带Tag的帧。当从Access端口发送帧时,将去掉帧的Tag,成为普通的帧。当从Trunk端口发送帧时:如果帧的VID和Trunk端口的PVID相同,将去掉Tag,发送该帧;如果帧的VID跟PVID不同,查看是否Trunk该VID,如果匹配则发送,否则丢弃
19、。当从Hybrid端口发送帧时:如果帧的VID和Hybrid端口的PVID相同,去掉Tag,发送该帧。如果帧的VID跟PVID不同,查看是否Trunk了该VID,并根据配置情况来决定该帧发送是带Tag还是不带Tag。(port hybrid vlan tagged/untagged,Page 23,VLAN帧的处理过程续,PVID处理:,VLAN2,PVID=VLAN2,VLAN2,PVID=VLAN3,1,2,3,TRUNK,ACCESS,ACCESS,Page 24,问题,PVID的作用是什么?Access端口的PVID是多少?Trunk端口下的PVID是多少?当一个Trunk端口接受一个
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