第三章 交换技术及应用

目录

3.1 port-vlan技术

3.1.1 VLAN概述

3.1.2 VLAN划分方法——Port-VLAN

3.1.3 Port-VLAN工作原理

3.1.3 Port-VLAN配置

3.2 port-vlan仿真演示

3.2.1 实验背景

3.2.2 实验目的

3.2.3 实验设备

3.2.4 实验步骤思维导图

3.3 tag-vlan技术

3.3.1 问题分析

3.3.2 Tag-VLAN定义及特点

3.3.2.1 Tag-VLAN定义

3.3.2.2 Tag-VLAN特点

3.3.3 Tag-VLAN封装协议：802.1Q

3.3.3.1 802.1Q工作特点

3.3.3.2 IEEE802.1Q数据帧

3.3.4 Tag VLAN-Trunk配置

3.4 tag-vlan仿真演示

3.4.1 实验背景

3.4.2 实验目的

3.4.3 实验设备

3.4.4 实验步骤思维导图

3.5 vlan间路由技术

3.5.1 三层交换机概述

3.5.2 三层交换与路由器的区别

3.5.3 三层交换实现VLAN路由原理

3.5.4 三层交换实现VLAN路由配置

3.5.5 VLAN路由不同实现对比

​3.6 基于SVI的VLAN路由仿真

3.6.1 实验背景

3.6.2 实验目的

3.6.3 实验设备

3.6.4 实验步骤思维导图

3.6.5 实验步骤

3.7 跨交换机VLAN路由仿真

3.7.1 实验背景

3.7.2 实验目的

3.7.3 实验设备

3.7.4 实验步骤思维导图

3.7.5 实验步骤

3.7.6 交换机综合纠错案例

3.8 生成树技术

3.8.1 生成树协议概述

3.8.2 生成树工作原理

3.8.3 快速生成树协议RSTP

3.8.4 生成树STP配置

3.8.5 生成树STP补充配置 

3.9 生成树仿真演示

3.9.1 实验背景

3.9.2 实验目的

3.9.3 实验设备

3.9.4 实验步骤思维导图

3.9.5 实验步骤

3.10 端口聚合

3.10.1 定义

3.10.2 作用

3.10.3 端口聚合注意事项

3.10.4 端口聚合配置

3.11 端口聚合仿真演示

3.11.1 实验背景

3.11.2 实验目的

3.11.3 实验设备

3.11.4 实验步骤思维导图

3.11.5 实验步骤

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3.1 port-vlan技术

3.1.1 VLAN概述

• VLAN(Virtual Local Area Network)，虚拟局域网VLAN是在一个已建好的物理网络上划分出来的逻辑网络。
• 作用：隔离广播域，同一个VLAN主机可以通信而不同VLAN不能通信。

3.1.2 VLAN划分方法——Port-VLAN

基于端口的VLAN划分(Port-VLAN)，即将交换机的某些端口划到一个VLAN，将另一些端口划到另一个VLAN，从而实现广播域的隔离。

3.1.3 Port-VLAN工作原理

3.1.3 Port-VLAN配置

3.2 port-vlan仿真演示

3.2.1 实验背景

某学校一楼有两个部门，数学组和物理组，两个部门的信息点都连到楼层交换机上，希望这两个部门间不能相互访问，请在一台交换机上进行合理的VLAN规划，实现各部门之间的广播隔离。

3.2.2 实验目的

掌握交换机上VLAN配置，实现同一个VLAN主机可通信而不同VLAN不能通信。

3.2.3 实验设备

一台二层交换机、三台计算机

3.2.4 实验步骤思维导图

3.3 tag-vlan技术

3.3.1 问题分析

3.3.2 Tag-VLAN定义及特点

3.3.2.1 Tag-VLAN定义

• 打了标签的VLAN
• 实现跨交换机相同VLAN的主机通信

3.3.2.2 Tag-VLAN特点

• 一个端口可以通过所有VLAN
• 端口需要配置为 trunk 模式

3.3.3 Tag-VLAN封装协议：802.1Q

3.3.3.1 802.1Q工作特点

• 802.1Q数据帧传输对于用户是完全透明的
• Trunk上默认会转发交换机上存在的所有VLAN的数据
• 交换机在从Trunk口转发数据前会在数据打上个Tag标签，在到达另一交换机后，再剥去此标签。

3.3.3.2 IEEE802.1Q数据帧

标记协议标识(TPID)：固定值ox8100，表示该帧载有802.1Q标记信息。

标记控制信息(TCI)：

• Priority：3比特，表示优先级
• Canonical format indicator：1比特，表示总线型以太网、FDDI、令牌环网
• VlanlD：12比特，表示VID，范围1 - 4094

3.3.4 Tag VLAN-Trunk配置

3.4 tag-vlan仿真演示

3.4.1 实验背景

某学校行政楼有两个部门，数学组位于该楼的一楼和三楼，物理组位于二楼，希望数学组1和数学组2能相互访问，请在两台交换机上进行合理的VLAN规划，实现相同部门跨交换机的相互访问。

3.4.2 实验目的

掌握交换机上tag-VLAN配置方法，实现同一个VLAN主机跨交换机的相互通信。

3.4.3 实验设备

两台二层交换机、三台计算机

3.4.4 实验步骤思维导图

3.5 vlan间路由技术

• 二层交换机只能实现相同VLAN主机通信，无法实现不同VLAN通信。
• 不同VLAN通信只能通过网络层，即三层设备来实现，包括路由器或三层交换机。

3.5.1 三层交换机概述

• 三层交换机是具有路由器功能的交换机，工作在OSI/RM的第三层——网络层。
• 三层交换机的最重要目的是加快大型局域网内部的数据交换

3.5.2 三层交换与路由器的区别

• 三层交换机实现一次路由、多次转发。对于数据包转发等规律性的过程由硬件高速实现，而像路由信息更新、路由表维护等功能，由软件实现，一改传统路由器端口数少、易形成网络瓶颈等问题。
• 三层交换机是以太网三层交换机，只用于局域网内的高速交换，而路由器还可用于广域网的数据交换，通常二者配合使用。

3.5.3 三层交换实现VLAN路由原理

• SVl：即switch virtual interface，交换机的虚拟接口，即联系VLAN的IP接口，类似于路由器的IP接口。
• 需要实现路由的每一个VLAN，都要为它创建一个SVI，并配上相应的IP地址，从而生成三层交换机到该地址网段的直连路由，进而生成三层交换机的路由表。
• 三层交换机上每个VLAN的SVI就是每个VLAN中主机的默认网关地址

3.5.4 三层交换实现VLAN路由配置

3.5.5 VLAN路由不同实现对比

3.6 基于SVI的VLAN路由仿真

3.6.1 实验背景

某学校一楼有两个部门，数学组和物理组，他们的信息点直接连在三层交换机上.希望在三层交换机上做相应配置实现这两个部门主机的相互通信。

3.6.2 实验目的

• 掌握三层交换通过SVI实现VLAN路由技术
• 配置及应用，区别跨交换机的VLAN路由通信配置。

3.6.3 实验设备

一台三层交换机、两台计算机

3.6.4 实验步骤思维导图

3.6.5 实验步骤

3.7 跨交换机VLAN路由仿真

3.7.1 实验背景

某学校一楼有两个部门，数学组和物理组，希望这两个部门能相互通信

3.7.2 实验目的

掌握三层交换VLAN路由技术配置，通过SVI实现不同VLAN通信

3.7.3 实验设备

一台三层交换机、一台二层交换机、两台计算机

3.7.4 实验步骤思维导图

3.7.5 实验步骤

3.7.6 交换机综合纠错案例

3.8 生成树技术

3.8.1 生成树协议概述

• 生成树协议(spanning-tree protocol)，通过SPA(生成树算法)生成一个没有环路的网络，当主要链路出现故障时，能够自动切换到备份链路，保证网络的正常通信。
• 作用：提供冗余链路，解决网络环路问题。

3.8.2 生成树工作原理

1. 选择根交换机(Root Bridge)：所有交换机中桥ID(MAC+优先级)最小的交换机为根交换机。
2. 选择根端口（Root port)：对每一个非根交换机选择一个根端口，距离根交换机最近的端口，允许转发。

• 根路径成本最低
• 直连交换机的BID最小
• 直连交换机的端口ID最小

3. 选择指派端口（Designated port)：每一条链路选择一个指派端口，一个链路连接不同交换机的两个端口，其中距离根交换机最近的端口作为指派端口，允许转发。

• 根交换机上的所有端口都是指派端口
• 非根交换机上的指派端口：

  a. 根路径成本最低
  b. 端口所在的交换机的BID值较小
  c. 直连交换机的桥ID值较小

3.8.3 快速生成树协议RSTP

快速生成树协议RSTP（Rapid Spannning Tree Protocol）IEEE802.1w
RSTP协议在STP协议基础上做了改进，使得收敛速度快得多（最快1秒以内）

3.8.4 生成树STP配置

3.8.5 生成树STP补充配置 

3.9 生成树仿真演示

3.9.1 实验背景

某学校网络两个交换机之间为提高链路的可靠性和稳定性，用两条链路连接，请在交换机上配置正确的技术实现冗余，但不会实现广播风暴。

3.9.2 实验目的

验证二层交换冗余技术——生成树协议工作过程，掌握该技术的配置及应用。

3.9.3 实验设备

两台二层交换机、两台计算机实验

3.9.4 实验步骤思维导图

3.9.5 实验步骤

3.10 端口聚合

3.10.1 定义

将交换机上的多个端口在物理上连接起来，在逻辑上捆绑在一起，形成一个拥有较大宽带的端口。

3.10.2 作用

可在提供冗余链路的同时，实现负载分担，而不必阻塞其中部分端口。

3.10.3 端口聚合注意事项

• 组端口的速度必须一致
• 组端口必须属于同一个VLAN
• 组端口使用的传输介质相同
• 组端口必须属于同一层次，并与AP也要在同一层次

3.10.4 端口聚合配置

3.11 端口聚合仿真演示

3.11.1 实验背景

某学校网络两个交换机之间为提高链路的可靠性和稳定性，用两条链路连接，请在交换机上配置正确的技术实现冗余，并增加带宽。

3.11.2 实验目的

掌握二层交换冗余技术——端口聚合技术的配置及应用

3.11.3 实验设备

两台二层交换机、两台计算机实验

3.11.4 实验步骤思维导图

3.11.5 实验步骤