CCNA第二章
第二章
交換機(jī)的基本概念和配置：
Ethernet/802.3網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵要素：
? 載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)/沖突檢測(cè)（CSMA/CD）
? ? ? ? ? ?CSMA/CD 僅用于集線器中常用的半雙工通信。全雙工交換機(jī)不使用 CSMA/CD。載波偵聽(tīng)：在 CSMA/CD 接入方法中，要發(fā)送報(bào)文的所有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備必須在發(fā)送之前進(jìn)行偵聽(tīng)。如檢測(cè)到信號(hào)則等待，如果沒(méi)有則發(fā)送，在發(fā)送過(guò)程中設(shè)備仍會(huì)繼續(xù)偵聽(tīng) LAN 中的流量或沖突。多路訪問(wèn)：如果設(shè)備之間的距離造成一臺(tái)設(shè)備的信號(hào)延時(shí)，也就是說(shuō)，另一臺(tái)設(shè)備無(wú)法檢測(cè)到信號(hào)，則另一臺(tái)設(shè)備可能也會(huì)開(kāi)始發(fā)送。報(bào)文將在介質(zhì)中傳播，直到相互碰頭。此時(shí)，雙方的信號(hào)就會(huì)混合，報(bào)文被損壞，從而形成沖突。沖突檢測(cè)：當(dāng)設(shè)備處于偵聽(tīng)模式下，它可以檢測(cè)到共享介質(zhì)中何時(shí)發(fā)生沖突，因?yàn)樗性O(shè)備均可檢測(cè)到信號(hào)振幅的增長(zhǎng)高于正常水平。堵塞信號(hào)和隨機(jī)回退：檢測(cè)到?jīng)_突之后，發(fā)送設(shè)備將發(fā)出堵塞信號(hào)。堵塞信號(hào)通知其它設(shè)備發(fā)生了沖突，以便它們調(diào)用回退算法。回退算法將使所有設(shè)備在隨機(jī)時(shí)間內(nèi)停止發(fā)送，以讓沖突消除。
? ? ? ? 以太網(wǎng)通信
? ? ? ? ? ? 交換 LAN 網(wǎng)絡(luò)中的通信以三種方式進(jìn)行：單播、廣播和組播：
? ? ? ? 單播：就是只有一個(gè)發(fā)送方和一個(gè)接收方。
? ? ? ? 廣播：就是只有一個(gè)發(fā)送方，但是所有連接的設(shè)備都能收到。
? ? ? ? 組播：就是發(fā)送方發(fā)送的數(shù)據(jù)只有感興趣的設(shè)備才會(huì)收到。
? ? ? ? 以太網(wǎng)幀：
? ? ? ? 前導(dǎo)碼和幀首定界符字段：“前導(dǎo)碼”（7 個(gè)字節(jié)）和“幀首定界符 (SFD)”（1 個(gè)字節(jié)）字段用于實(shí)現(xiàn)發(fā)送設(shè)備與接收設(shè)備之間的同步。幀的這前 8 個(gè)字節(jié)用于引起接收節(jié)點(diǎn)的注意。前幾個(gè)字節(jié)的實(shí)質(zhì)作用是告訴接收方準(zhǔn)備接收新幀。
? ? ? ? 目的 MAC 地址字段：字段（6 個(gè)字節(jié)）是目標(biāo)接收方的標(biāo)識(shí)符。
? ? ? ? 源 MAC 地址字段：字段（6 個(gè)字節(jié)）標(biāo)識(shí)幀的源 NIC 或接口。
? ? ? ? 長(zhǎng)度/類型字段：字段（2 個(gè)字節(jié)）定義幀的數(shù)據(jù)字段的確切長(zhǎng)度。此字段后來(lái)被用作幀校驗(yàn)序列 (FCS) 的一部分，用來(lái)確認(rèn)是否正確收到報(bào)文。此處只能輸入幀長(zhǎng)度或幀類型。如果該字段用于指定類型，則“類型”字段將說(shuō)明采用哪個(gè)協(xié)議。當(dāng)節(jié)點(diǎn)收到幀，并且“幀/類型”字段指定的是類型時(shí)，節(jié)點(diǎn)可確定存在的高層協(xié)議。如果大于等于十六進(jìn)制值 0x0600 或十進(jìn)制值 1536，則是表示協(xié)議。如果小于十六進(jìn)制值 0x0600，則表示的是數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度。數(shù)據(jù)和填充位字段：字段（46 到 1500 個(gè)字節(jié)）包含來(lái)自更高層的封裝數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)是通用第 3 層 PDU 或者更常見(jiàn)的 IPv4 數(shù)據(jù)包。如果幀長(zhǎng)度不足64個(gè)字節(jié)那么將使用填充到64個(gè)字節(jié)。
幀校驗(yàn)序列字段：FCS 字段（4 個(gè)字節(jié)）檢測(cè)幀中的錯(cuò)誤，它使用的是循環(huán)冗余校驗(yàn) (CRC)。MAC 地址：以太網(wǎng) MAC 地址是一種表示為 12 個(gè)十六進(jìn)制數(shù)字，MAC 地址是由組織唯一標(biāo)識(shí)符 (OUI) 加上廠商分配號(hào)構(gòu)成的。OUI 是 MAC 地址的前半部分。其長(zhǎng)度為 24 位，標(biāo)識(shí)網(wǎng)卡的制造商。在 OUI 內(nèi)，有 2 個(gè)位僅在目的地址中使用時(shí)才有意義，它們是：廣播位或組播位：此位指示接收接口，幀的目的地是 LAN 網(wǎng)段中的所有最終工作站或一組最終工作站。廠商分配號(hào)MAC 地址中的廠商分配部分為 24 位長(zhǎng)，并唯一標(biāo)識(shí)以太網(wǎng)硬件。它可以是 BIA，也可以根據(jù)本地位所示通過(guò)軟件修改。
? ? ? ? 雙工設(shè)置：
用于以太網(wǎng)通信的雙工設(shè)置有兩種：半雙工和全雙工：
半雙工：即代表性的設(shè)備就是對(duì)講機(jī)。使用CSMA/CD。
全雙工：僅限于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信，沖突檢測(cè)電路關(guān)閉。但需要雙方都支持全雙工。
交換機(jī)端口設(shè)置：
Cisco Catalyst 交換機(jī)有三種設(shè)置：
? ? ? ? ?auto 選項(xiàng)設(shè)置雙工模式自動(dòng)協(xié)商。啟用自動(dòng)協(xié)商時(shí)，兩個(gè)端口通過(guò)通信來(lái)決定最佳操作模式。
? ? ? ? ?full 選項(xiàng)設(shè)置全雙工模式。
? ? ? ? ?half 選項(xiàng)設(shè)置半雙工模式。
對(duì)于快速以太網(wǎng)和 10/100/1000 端口，默認(rèn)為 auto。對(duì)于 100BASE-FX 端口，默認(rèn)為 full。當(dāng) 10/100/1000 端口設(shè)置為 10Mb/s 或 100Mb/s 時(shí)，它們可在半雙工或全雙工模式下工作，而當(dāng)設(shè)置為 1,000Mb/s 時(shí)，它們只能以全雙工模式工作。
auto-MDIX：使用此功能后，你的線路無(wú)論是交叉線還是直連線都可以通信。現(xiàn)在的交換機(jī)默認(rèn)都開(kāi)啟了此功能。
MAC 尋址和交換機(jī) MAC 地址表:
MAC尋址的過(guò)程：是當(dāng)A要和B通信時(shí)，A發(fā)送數(shù)據(jù)包要經(jīng)過(guò)交換機(jī)，交換機(jī)會(huì)提取A數(shù)據(jù)包的目的MAC地址，然后在交換機(jī)的MAC地址表中查找，如果能夠找到則轉(zhuǎn)發(fā)，如果未能找到則向除接收端口以外的所有端口轉(zhuǎn)發(fā)。（如果有回應(yīng)則將MAC地址和端口的對(duì)應(yīng)關(guān)系加到MAC地址表中,這就是交換機(jī)的MAC地址學(xué)習(xí)過(guò)程）
? ? ? ?交換機(jī)的MAC地址表：就是用來(lái)存儲(chǔ)MAC地址和端口的對(duì)應(yīng)表，交換機(jī)就是用此表來(lái)判斷將數(shù)據(jù)幀送出相應(yīng)的接口。（當(dāng)兩臺(tái)連接的主機(jī)需要相互通信時(shí)，交換機(jī)使用交換表來(lái)建立端口之間的連接。該電路將一直保留至?xí)捊K止。）
? ?Ethernet/802.3網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)考慮因素：
帶寬和吞吐量：以太網(wǎng) 802.3 網(wǎng)絡(luò)的主要缺點(diǎn)是沖突。當(dāng)兩臺(tái)主機(jī)同時(shí)傳送幀時(shí)，沖突就會(huì)發(fā)生。由于使用共享介質(zhì)傳輸會(huì)導(dǎo)致傳輸?shù)目捎脦拰⑾鄳?yīng)減少。因此，共享以太網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)數(shù)量將影響網(wǎng)絡(luò)的吞吐量或效率。
沖突域：擴(kuò)大以太網(wǎng) LAN 以容納更多用戶時(shí)，將產(chǎn)生更高的帶寬需求，發(fā)生沖突的可能性會(huì)增加。要減少特定網(wǎng)段上的節(jié)點(diǎn)數(shù)量，可以創(chuàng)建單獨(dú)的物理網(wǎng)段，稱為沖突域。例如，如果一臺(tái) 12 端口交換機(jī)的每個(gè)端口上都連接了設(shè)備，則將形成 12 個(gè)沖突域。（交換機(jī)可以使一個(gè)端口一個(gè)沖突域減少了沖突域的域內(nèi)大小提高了網(wǎng)絡(luò)的傳輸質(zhì)量。）
? ? ? 廣播域：當(dāng)一個(gè)用戶發(fā)送廣播幀時(shí)能夠收到此幀的范圍就是廣播域。廣播域內(nèi)數(shù)量過(guò)大會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)效率下降。
? ? ? 網(wǎng)絡(luò)延時(shí)：延時(shí)是一個(gè)幀或一個(gè)數(shù)據(jù)包從源工作站到達(dá)最終目的地所用的時(shí)間。延時(shí)有至少三個(gè)來(lái)源：
1) ? ? ? ?源網(wǎng)卡在導(dǎo)線上發(fā)送電壓脈沖需要時(shí)間，而目的網(wǎng)卡解釋這些脈沖也需要時(shí)間。這有時(shí)稱為網(wǎng)卡延遲，10BASE-T 網(wǎng)卡的延遲通常為大約 1 毫秒。
2) ? ? ? ?信號(hào)在電纜上傳輸需要時(shí)間，因此存在實(shí)際的傳播延遲。通常情況下，5 類 UTP 的傳播延遲為每百米 0.556 毫秒。電纜越長(zhǎng)，標(biāo)稱傳播速度 (NVP) 越低，則傳播延遲越長(zhǎng)。
3) ? ? ? ?當(dāng)兩臺(tái)設(shè)備之間的路徑中網(wǎng)絡(luò)設(shè)備增加時(shí)，延時(shí)也會(huì)隨之延長(zhǎng)。這些設(shè)備可以是第 1 層設(shè)備、第 2 層設(shè)備，或者第 3 層設(shè)備。因?yàn)楫?dāng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備收到一個(gè)數(shù)據(jù)包時(shí)要查找送出接口或路徑，這也需要時(shí)間。
網(wǎng)絡(luò)擁塞：將 LAN 分割成多個(gè)更小部分的主要原因是為了隔離流量以及使每位用戶更好地利用帶寬。如果沒(méi)有分段，LAN 很快就會(huì)被流量和沖突堵塞。
以下是網(wǎng)絡(luò)擁塞最常見(jiàn)的原因：
? ? ? ? ?計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的功能日益強(qiáng)大。現(xiàn)在的 CPU、總線和外圍設(shè)備比早期的 LAN 中所使用的同類設(shè)備更快、更強(qiáng)大，因此，它們通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)的速率更快，并且處理數(shù)據(jù)的速率也更高。
? ? ? ? ?網(wǎng)絡(luò)流量日益增加。網(wǎng)絡(luò)通信現(xiàn)在更加普遍，因?yàn)閳?zhí)行基本工作需要遠(yuǎn)程資源。此外，廣播報(bào)文（例如 ARP 發(fā)出的地址解析查詢）可能對(duì)最終工作站和網(wǎng)絡(luò)性能有不利影響。
? ? ? ? ?高帶寬應(yīng)用程序。軟件應(yīng)用程序的功能越來(lái)越豐富，需要的帶寬也越來(lái)越多。桌面出版、工程設(shè)計(jì)、視頻點(diǎn)播 (VoD)、電子學(xué)習(xí) (e-learning) 和視頻流都需要相當(dāng)高的處理能力和速度。
LAN 分段：使用路由器和交換機(jī)可以將 LAN 分割成很多更小的沖突域和廣播域。
路由器
雖然 LAN 交換機(jī)縮小了沖突域的規(guī)模，但是連接到交換機(jī)的所有主機(jī)仍都處于同一個(gè)廣播域中。由于默認(rèn)情況下，路由器不轉(zhuǎn)發(fā)廣播流量，因此它們可用于創(chuàng)建廣播域。用路由器創(chuàng)建更多更小的廣播域?qū)p少?gòu)V播流量，并為單播通信提供更多可用帶寬。每個(gè)路由器接口都連接到單獨(dú)的網(wǎng)絡(luò)，廣播流量的范圍僅限于發(fā)出該廣播的 LAN 網(wǎng)段內(nèi)。
LAN設(shè)計(jì)考慮因素：
? ?控制網(wǎng)絡(luò)延時(shí)：在設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)以減少延時(shí)時(shí)，需要考慮網(wǎng)絡(luò)上每一臺(tái)設(shè)備所引起的延時(shí)。(比如說(shuō)流量過(guò)大導(dǎo)致交換機(jī)來(lái)不及處理而導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)延時(shí))
? ?消除瓶頸：網(wǎng)絡(luò)中的瓶頸是高網(wǎng)絡(luò)擁塞導(dǎo)致性能下降的位置。
交換機(jī)的轉(zhuǎn)發(fā)方法:
? ? ? ?在過(guò)去，交換機(jī)使用下面的兩種轉(zhuǎn)發(fā)方法之一來(lái)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)端口間的數(shù)據(jù)交換：存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換或直通交換。
? ?存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換：
? ?當(dāng)交換機(jī)收到幀時(shí)，它將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在緩沖區(qū)中，直到收下完整的幀。存儲(chǔ)過(guò)程期間，交換機(jī)分析幀以獲得有關(guān)其目的地的信息。在此過(guò)程中，交換機(jī)還將使用以太網(wǎng)幀的循環(huán)冗余校驗(yàn) (CRC) 幀尾部分來(lái)執(zhí)行錯(cuò)誤檢查。如果無(wú)錯(cuò)將查找交換表盡情轉(zhuǎn)發(fā)。
? ?直通交換：
? ?交換機(jī)在收到數(shù)據(jù)時(shí)立即處理數(shù)據(jù)，即使傳輸尚未完成。交換機(jī)只緩沖幀的一部分，緩沖的量?jī)H足以讀取目的 MAC 地址，以便確定轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)使用的端口。
? ?直通交換有兩種變體：
? ? ? ? ?快速轉(zhuǎn)發(fā)交換：快速轉(zhuǎn)發(fā)交換提供最低程度的延時(shí)。快速轉(zhuǎn)發(fā)交換在讀取目的地址之后立即轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。由于快速轉(zhuǎn)發(fā)交換在收到整個(gè)數(shù)據(jù)包之前就開(kāi)始轉(zhuǎn)發(fā)，因此有時(shí)候中繼數(shù)據(jù)包時(shí)會(huì)出錯(cuò)。這種情況并不經(jīng)常發(fā)生，而且目的網(wǎng)絡(luò)適配器在收到含錯(cuò)數(shù)據(jù)包時(shí)會(huì)將其丟棄。在快速轉(zhuǎn)發(fā)模式下，延時(shí)是指從收到第一個(gè)位到傳出第一個(gè)位之間的時(shí)間差。快速轉(zhuǎn)發(fā)交換是典型的直通交換方法。
? ? ? ? ?免分片 (fragment) 交換：在免分片交換中，交換機(jī)在轉(zhuǎn)發(fā)之前存儲(chǔ)幀的前 64 個(gè)字節(jié)。可以將免分片交換視為存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換和直通交換之間的折衷。免分片交換只存儲(chǔ)幀的前 64 個(gè)字節(jié)的原因是，大部分網(wǎng)絡(luò)錯(cuò)誤和沖突都發(fā)生在前 64 個(gè)字節(jié)。免分片交換在轉(zhuǎn)發(fā)幀之前對(duì)幀的前 64 個(gè)字節(jié)執(zhí)行小錯(cuò)誤檢查以確保沒(méi)有發(fā)生過(guò)沖突，并且嘗試通過(guò)這種方法來(lái)增強(qiáng)直通交換功能。免分片交換是存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換的高延時(shí)和高完整性與直通交換的低延時(shí)和弱完整性之間的折衷。
對(duì)稱交換和非對(duì)稱交換：
非對(duì)稱：非對(duì)稱交換使更多帶寬能專用于服務(wù)器交換機(jī)端口，以防止產(chǎn)生瓶頸。這實(shí)現(xiàn)了更平滑的流量傳輸，多臺(tái)客戶端可同時(shí)與服務(wù)器通信。非對(duì)稱交換機(jī)上需要內(nèi)存緩沖。為了使交換機(jī)匹配不同端口上的不同數(shù)據(jù)速率，完整幀將保留在內(nèi)存緩沖區(qū)中，并根據(jù)需要逐個(gè)移至端口。對(duì)稱：在對(duì)稱交換機(jī)中，所有端口的帶寬相同。對(duì)稱交換可優(yōu)化為合理分配流量負(fù)載，例如在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)桌面環(huán)境中。
? ? ? ?內(nèi)存緩沖：
? ? ? ? ? ? 以太網(wǎng)交換機(jī)在轉(zhuǎn)發(fā)幀之前，可以使用緩沖技術(shù)存儲(chǔ)幀。當(dāng)目的端口由于擁塞而繁忙時(shí)，也可以使用緩沖，交換機(jī)將一直存儲(chǔ)幀，直到可以傳送該幀。將內(nèi)存用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的功能稱為內(nèi)存緩沖。內(nèi)存緩沖內(nèi)置于交換機(jī)硬件中，除了可以增加可用的內(nèi)存量之外，內(nèi)存緩沖不可配置。
? ? ? ?有兩種內(nèi)存緩沖方法：基于端口和共享內(nèi)存
? ? ? ?基于端口的內(nèi)存緩沖：
在基于端口的內(nèi)存緩沖中，幀存儲(chǔ)在鏈接到特定傳入端口的隊(duì)列中。
共享內(nèi)存緩沖：
? ?共享內(nèi)存緩沖將所有幀都放入公共內(nèi)存緩沖區(qū)中，公共緩沖區(qū)由交換機(jī)上的所有端口共享。
? ? ? ?第 2 層交換和第 3 層交換：
? ? ? ? ? ? 第 2 層 LAN 交換機(jī)只根據(jù) OSI 數(shù)據(jù)鏈路層（第 2 層）MAC 地址執(zhí)行交換和過(guò)濾。
第 3 層交換機(jī)不僅使用第 2 層 MAC 地址信息來(lái)作出轉(zhuǎn)發(fā)決策，而且還可以使用 IP 地址信息。也就是說(shuō)他知道MAC對(duì)應(yīng)端口也知道IP地址對(duì)應(yīng)端口。第 3 層交換機(jī)還能夠執(zhí)行第 3 層路由功能，從而省去了 LAN 上對(duì)專用路由器的需要。由于第 3 層交換機(jī)有專門的交換硬件，因此通常它們路由數(shù)據(jù)的速度與交換數(shù)據(jù)一樣快。
第 3 層交換機(jī)和路由器比較：
轉(zhuǎn)載于:https://www.cnblogs.com/ipv6net/archive/2012/07/09/2582578.html
總結(jié)
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