switch知识

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经过最近的面试发现基础知识细节忘了很多所以
np switch复读

NP SWITCH

集线器和交换机

集线器退出历史的舞台主要原因：端口共享带宽机制
交换机：端口带宽是独享的，每个端口都是一个冲突域

集线器被定义为1层设备，传递电平信号

广播域

广播域是一组网络设备组成的区域，区域中所有设备都能接收到域内任何一台设备发出的广播帧。广播域的边界通常是路由器设备，这是因为路由器不转发广播数据帧。一个广播域通常是一个只包含单个IP子网的二层网络，VLAN就是其中一个实例。

基本交换功能

当一台交换机收到一个数据帧后，必须要决定如何处理此帧。为了确定如何操作数据帧，交换机必须要了解网段中所有设备的位置信息。
设备的位置信息存放在内容可寻址存储（CAM内容可寻址存储，专用于存储表项的一段内存）表中。CAM表存储着每台设备的MAC地址、学习MAC地址的端口，以及端口所属的VLAN。
CAM表中的信息决定了应该如何处理接受的数据帧。为了确定如何发送一个数据帧，交换机首先会查看帧的目的MAC地址，并在CAM表中检索这一MAC地址。CAM表会显示去往某个特定目的MAC地址的数据帧应该从哪个接口发出。简单来说，基本的2层交换功能遵守着以下的选路原则：

如果目的MAC地址存在CAM表中，交换机将根据CAM表中目的MAC对应的出站端口将数据帧从此端口发出。这一过程称为转发
如果CAM表中检索到的出站端口与接收到数据帧的入站端口一致，则不需要将数据帧从此端口原路发送回去，并将忽略该数据帧。这一过程称为过滤
如果目的MAC不在CAM表中（未知的单播地址），交换机会将数据帧发送给与接收帧的入站端口所属相同VLAN的所有端口。这一过程称为泛洪，泛洪不会发送回入站端口
如果收到的数据帧的目的MAC地址是一个广播地址（全F），交换机也会执行泛洪行为，将数据帧发送给与接收帧的入站端口所属相同VLAN的所有端口，当然不包括接收帧的入站端口

MAC表
这就是为什么交换机的本质是 源MAC学习，目的MAC转发和BUM泛洪了（基于透明网桥算法和MAC表）
二层转发表

VLAN

由于交换机是基于数据帧在物理端口之间交换数据的，因此可以在逻辑上对端口进行分组。每个逻辑端口组叫做虚拟局域网VLAN。交换机可以确保来自组内某个端口的流量不会发送到其他端口组中（这属于路由功能）。这些端口组（VLAN）可以看作成独立的LAN网段。
每个VLAN是一个独立的广播域。根据透明网桥的算法，广播包（去往所有设备的包）将发送给相同组（同VLAN）内的其他所有端口。处于相同VLAN的所有端口同处在一个广播域下。

生成树协议

交换机的转发算法会在接收帧所在端口的VLAN中将所有的未知数据帧和广播数据帧泛洪至同VLAN内所有端口。这就产生了一个问题，如果网络设备连接成了一个物理环路，那么泛洪的数据帧将会沿着环路永远的在交换机之间传递。一旦物理上连接成了环路，环路中的数据帧将会以指数形式成倍增加，造成网络障碍
当然，网络环路也有好处，即提供冗余性。如果某条链路故障，流量仍可以继续使用其余路径到达目的地。为了充分发挥冗余性的优势而不受物理环路的限制，这就引出了生成树协议STP。

STP

在未启用STP的情况下，冗余的网络拓扑会导致下述问题

广播风暴：冗余网络的交换机会不断地泛洪广播帧。交换机会将广播帧泛洪给入站端口之外所有的端口，随后这些数据帧将沿着环路的各个方向一直传播下去
重复帧传输：目的站点可能会收到同一个单播数据帧的多份拷贝，这可能会导致接受协议的一些问题。多数协议只应该收到一份数据拷贝，如果收到了多份相同重复的数据帧，可能会导致不可修复的错误
不稳定的MAC数据库：当一台交换机的不同端口收到了相同的帧拷贝时，这种现象称为MAC地址漂移。MAC地址表会将帧的源MAC地址和接收到此帧的入站端口对应到一条表项中。如果存在环路，同一个MAC地址可能会从多个端口上接收到，这时就会造成MAC地址表的不稳定。针对漂移MAC地址的数据帧转发也会受到影响

BPDU

桥协议数据单元

配置BPDU：计算STP
TCN BPDU：通告网络拓扑变化

BPDU帧格式
BPDU

三步骤收敛网络

  1. 选举一个根桥：BID最小的。BID = 桥优先级+MAC地址
  2. 在非根桥交换机上选举根端口：根端口是到达根桥路径开销最小的端口
  3. 在每条链路上选举指定端口：每条互联链路上选择一个端口作为指定端口。指定端口是链路两端交换机到达根桥路径开销最小的端口

根桥
每台交换机假设自己是根桥，向邻居发送BPDU（包含自己的BID，来进行比较），最终选举出最小BID的交换机为根桥

根端口

  1. 非根桥交换机上，去往根桥最低路径开销的端口
  2. 如果多条路径开销相同，那么选择（邻居发来的）端口ID最小的为根端口
    根端口选举

指定端口

  1. 基于去往根桥的最低开销
  2. 如果多条路径开销相同，最低的BID
  3. 如果BID相同，最低的发送者BID
  4. 如果发送者BID相同，最低的发送者端口ID

MSTP

多生成树协议MST，主要目的是为了减少网络拓扑中生成树实例的总数量，从而减少交换机的CPU开销

比如网络的负载均衡涉及到两条链路以及1000个VLAN，
这需要将1000个VLAN映射到两个MST实例中就可以了，
将本来需要维护的1000棵生成树变成了只需要维护2个MST实例

VLAN之间路由

外部路由实现VLAN之间路由

终端 —— 交换机 —— 路由器

优点：
    部署简单，只需要配置一个交换机端口和路由器接口
    路由器负责VLAN间通信
劣势：
    路由器存在单点故障隐患
    单一的流量路径可能造成阻塞
    路由器使用CPU计算路由，会比硬件交换产生更多的延迟

SVI实现VLAN之间路由

SVI交换机虚拟接口，每个VLAN只能关联一个SVI接口
SVI会为所有出入其VLAN端口的数据包提供三层转发功能

作用：
    为VLAN提供网关，使流量可以进出这个VLAN
    为交换机提供三层IP连通性
    支持路由选择协议和桥接配置
利弊：
    速度远快于单臂路由器，因为是通过硬件完成的数据处理
    无需使用额外的链路进行路由
    没有单条链路限制，可以在交换机之间使用汇聚技术增加带宽
    数据处理无需离开交换机，所以延迟更低
弊端：
    三层交换机造价更高

VLAN之间路由

VLAN间路由排障

问题 可能原因
VLAN缺失 没有定义这个VLAN；没有在Trunk上启用这个VLAN；端口没有配置正常VLAN
3层接口配置错误 SVI上配置错误IP或掩码；SVI没有手动开启；SVI接口号与VLAN号码不匹配；VLAN间路由功能未启用
路由协议配置错误 新的接口没有加入到路由协议中
主机配置错误 IP或掩码配置错误；主机没有配置默认网关（SVI或三层接口地址）

DHCP

DHCP操作过程

客户端首先发送一个广播 DHCPDISCOVER信息去寻找DHCP服务器
服务器会向客户端返回一个单播 DHCPOFFER消息为其提供配置参数。包括IP地址、域名、IP地址的租期等
客户端可能会收到多个服务器的 DHCPOFFER消息，通常会选择接受第一个收到的
客户端在接收到 DHCPOFFER之后，如果想要使用这些IP信息，需要发起正式的广播 DHCPREQUEST信息
服务器使用单播 DHCPACK消息确认IP地址分配给此客户端

配置DCHP RELAY

DHCP是一个C/S模型的应用，由于广播只能在同VLAN传播，不能转发出VLAN边界，所以三层交换机需要使用一种DHCP中继代理的特性
如图5-17
DHCPdelay
三层交换机使用命令ip helper-address配置了DHCP中继代理特性，将广播流量以单播的形式转发给DHCP服务器
DHCP步骤
在配置了DHCP中继地址的前提下，如果交换机从客户端接收到了一个广播DHCP请i去，则会以单播的形式将请求转发至ip helper-address命令中定义的IP地址

HSRP和VRRP

HSRP与VRRP的区别

·HSRP为CISCO私有，VRRP为公有协议
·VRRP允许物理IP与虚拟IP重叠(成为MASTER)，但是HSRP不允许
·VRRP默认开启抢占，HSRP不开启
·HSRP以组播224.0.0.2发送报文；虚拟mac格式：0000.0c07.ac组ID
·VRRP以组播224.0.0.18发送；000.5e00.01组ID