交换机和生成树知识点

交换机的作用： 区别集线器（HUB），HUB为物理层设备，只能直接转发发电流；

交换机为数据链路层设备，可以将电流与二进制转换，实现了以下功能：

1. 无限的传输距离
2. 彻底解决了冲突—所有的接口可以同时收发数据
3. 二层单播—物理寻址，在一个交换网络内，实现一对一通讯，保障了数据的安全，减少了垃圾数据量，降低的转发延时；
4. 提高端口密度—可以增加更多的接口

三层架构：

接入层：提供端口的密度，用于用户终端的接入—二层交换机、AP

汇聚层（分布层）：流量的集合，DHCP/VLAN/STP/HSRP/VRRP/channel…

                 QOS/ACL

核心层：nat、高速路由转发

冗余—备份     线路、设备、网关、UPS（电源）

VLAN：虚拟局域网    二层交换与路由器（三层交换机）逻辑将一个广播域切分为多个；

配置思路：

1. 交换机上创建vlan
2. 交换机上各个接口划分到对应的vlan中
3. trunk干道
4. vlan间路由--- 单臂路由（路由器子接口）    三层交换机

交换机对流量的转发机制：流量进入交换机后，先识别数据帧中的源MAC地址，然后将该MAC地址与该流量的进入接口进行绑定、记录，生成MAC地址表---再转换为CAM表

之后查看数据帧中的目标MAC地址，在CAM表中寻找对应的记录，若存在记录，按记录接口单播转发；

若没有记录将洪泛该流量；   洪泛—除流量的入口外其他所有出口复制；

默认CAM在一个mac最后出现的后300s将被删除；

MAC地址表和CAM的区别--- CAM是将MAC表中的MAC地址+接口编号+vlanid转换为hash值，再转换为二进制格式；意义在于识别更快；

Cisco的vlan：

编号12位二进制构成= 0-4095  其中1-4094 可用

1-1005  标准vlan – 任意条件均可使用       1006-4094扩展vlan  VTP模式为透明时使用

默认交换机存在vlan1      vlan1002-1005 （非以太网使用）

vlan1 为默认的native vlan，默认的管理vlan；且所有接口默认处于vlan1；

Switch(config)#vlan 2

Switch(config-vlan)#name classroom1

Switch(config-vlan)#exit

Switch(config)#vlan 3-10，15-20  批量创建

2）接口划入vlan

Switch(config)#interface fastEthernet 0/2

Switch(config-if)#switchport mode access    必须先将接口定义access模式才能进行划分

Switch(config-if)#switchport access vlan 2

Switch(config-if)#exit

Switch(config)#interface range fastEthernet 0/3 -4   批量划分

Switch(config-if-range)#switchport mode access

Switch(config-if-range)#switchport access vlan 3

3）trunk干道

二层交换机手工配置trunk干道

Switch(config)#interface fastEthernet 0/24

Switch(config-if)#switchport mode trunk  

Cisco的二层交换机仅支持802.1q

三层交换机手工配置trunk干道—ISL和802.1q均支持  故配置前必须先定义封装类型

Switch(config)#interface fastEthernet 0/1

Switch(config-if)#switchport trunk encapsulation dot1q

Switch(config-if)#switchport mode trunk

trunk干道---不属于任何一个vlan，承载所有vlan的流量，具有标记和识别不同vlan标签的功能

在数据帧中封装vlanID的方法存在两种：802.1q （dot1.q）    ISL（cisco私有标准）

802.1q与isl最大的区别：

1、802.1q 标记流为4个字节    ISL标记为20个字节

2、802.1q存在native 本征vlan    默认不进行封装的一个vlan

3、802.1q使用12位标记4096个vlan ISL使用10位标记1024个vlan

4、ISL封装于数据帧的最前端   802.1q标记在前导位的后方

cisco的trunk干道还存在一个DTP技术，自动协商建立trunk干道；

默认cisco的45以上含45系列交换机为被动模式；45及以下为主动模式；

被动模式与被动模式   不能自动建立trunk；  手工配置=主动模式；

但任何模式与access模式不能建立为trunk；

Switch(config-if)#switchport mode dynamic ?

auto       Set trunking mode dynamic negotiation parameter to AUTO   被动模式

desirable   Set trunking mode dynamic negotiation parameter to DESIRABLE  主动模式

华为配置：

1.创建vlan

 [SWA]vlan 10

 [SWA-vlan10]quit

 [SWA]vlan batch 2 to 3 5 10  批量创建vlan2-3，5，10

2.接口划入vlan

单个接口修改接口模式为access

[SWA]interface GigabitEthernet 0/0/5

[SWA-GigabitEthernet0/0/5]port link-type access

批量修改为access

[Huawei]port-group 1
[Huawei]group-member GigabitEthernet 0/0/1 to GigabitEthernet 0/0/10
[Huawei]port link-type access

3.单个将接口划分到vlan

SWA]interface GigabitEthernet0/0/5

[SWA-GigabitEthernet0/0/5]port default vlan 3

4.批量将接口划分到vlan2

[Huawei]vlan 2

[Huawei-vlan2]port GigabitEthernet 0/0/1 to 0/0/2

5.trunk干道

进入接口后先修改接口类型为trunk模式；再定义该trunk干道可以允许通过的vlan；默认trunk干道的PVLAN-类似cisco的native vlan为vlan1，默认对vlan1 的流量不标记，且其他添加到允许列表也可正常通过

[SWA-GigabitEthernet0/0/1]port link-type trunk

[SWA-GigabitEthernet0/0/1]port trunk allow-pass vlan 2 3

[Huawei-GigabitEthernet0/0/1]port trunk allow-pass vlan all 允许所有vlan通过

[Huawei-GigabitEthernet0/0/1]port default vlan 3

修改trunk干道上的pvlan，注一旦pvlan不是默认的vlan1 了，那么需要在允许条件中添加新的PVLAN；此时原有的vlan1 不再是pvlan，需要手工将其添加到允许列表中；

vlan间路由器

单臂路由—子接口—交换机连接路由器的那个交换机接口修改trunk模式

[RTA]interface GigabitEthernet0/0/1.1

[RTA-GigabitEthernet0/0/1.1]dot1q termination vid 2

[RTA-GigabitEthernet0/0/1.1]ip address 192.168.2.254 24

[RTA-GigabitEthernet0/0/1.1]arp broadcast enable

[RTA]interface GigabitEthernet0/0/1.2

[RTA-GigabitEthernet0/0/1.2]dot1q termination vid 3

[RTA-GigabitEthernet0/0/1.2]ip address 192.168.3.254 24

[RTA-GigabitEthernet0/0/1.2]arp broadcast enable

DHCP 池塘配置

dhcp enable  先全局开启DHCP服务

再接口开启dhcp服务,每个子接口单独开启

[r1]interface GigabitEthernet 0/0/0.1

[r1-GigabitEthernet0/0/0.1]dhcp select global

再定义池塘

ip pool v3

gateway-list 192.168.2.1

network 192.168.2.0 mask 255.255.255.0

dns-list 114.114.114.114

华为VLAN部分的接口模式讲解：

1. 只要流量进入华为的设备将马上打上标签；-- 华为设备内部转发的流量均存在标签
2. 华为设备交换机上所有的接口存在转发允许列表，只有被转发允许列表允许的流量，才能从该接口进入或转出；   
3. 从某个接口转出时，除查看允许列表外，还需要定义是否标记；
4. 若某个流量从交换机某个接口进入时，没有标签，将被标记上该接口pvlan id；
5. 若某个流量从交换机的某个接口进入时，存在标签，将匹配该接口的允许列表，若被允许可以进入，若未被允许将被丢弃；
6. PC若接收到存在标记的流量，将丢弃；

无论接口为任何模式，均匹配以上5条规则；

接入模式：只能允许一个VLAN通过（允许列表无法直接定义）；PVLAN就是允许VLAN；且一定为不标记

[sw1]interface GigabitEthernet 0/0/5

[sw1-GigabitEthernet0/0/5]port link-type access

[sw1-GigabitEthernet0/0/5]port default vlan 2

中继模式：所有VLAN均可手动添加到允许列表中，默认仅pvlan在允许列表，且pvlan的出规则为不标记，其他VLAN出规则为标记；

[sw1]interface GigabitEthernet 0/0/6

[sw1-GigabitEthernet0/0/6]port link-type trunk

[sw1-GigabitEthernet0/0/6]port trunk pvid  vlan 2

[sw1-GigabitEthernet0/0/6]port trunk allow-pass vlan all

混杂模式：所有VLAN均可手动添加到允许列表中，且可以在允许通过时，定义是否标记；

默认PVLAN 为VLAN1，出向规则为不标记；一旦PVLAN被修改，那么需要手工添加该VLAN到允许列表，同时可以定义是否标记；

[sw1]interface GigabitEthernet 0/0/7

[sw1-GigabitEthernet0/0/7]port hybrid tagged vlan 2 to 3

[sw1-GigabitEthernet0/0/7]port hybrid untagged vlan 4 to 5

[sw1]display port vlan active   查看接口的VLAN转发规则；

生成树协议：

企业网三层架构---》冗余----》线路冗余---》二层桥接环路

导致问题：

1. 广播风暴
2. MAC地址表翻滚
3. 同一数据帧的重复拷贝
4. 以上3个条件最终导致设备工作过载，导致重启保护

生成树：在一个二层交换网络中，生成一棵树型结构，逻辑的阻塞部分接口，使得从根到所有的节点仅存在唯一的路径；当最佳路径故障时，自动打开部分阻塞端口，来实现线路备份的作用；

生成树在生成过程中，应该尽量的生成一棵星型结构，且最短路径树；

存在算法：  802.1D      PVST PVST+(CISCO)      RSTP(802.1w)      MSTP(802.1S)

一、802.1D   一个交换网络内仅存在一棵生成树实例；

交换机间使用BPDU—桥协议数据单元 – 交换机间沟通互动收发的数据

配置BPDU—只有根网桥可以发送，在交换网络初始状态时，所有交换机均定义本地为根网桥，进行BPDU的发送；使得网络中所有交换机均收到其他设备的BPDU，之后基于数据中的参数进行比对，选举出根网桥；再所有非根网桥不再发送BPDU，而是仅接收和转发根网桥的BPDU；周期2s发送，hold time 20s；

TCN—拓扑变更消息（也是BPDU）： 本地交换机链路故障后，STP重新收敛，为了快速刷新全网所有交换机的MAC表，将向本地所有STP接口发送TCN（标记位中的TCN位置1），邻居交换机收到TCN后，先标记为ACK位为回复，用于可靠传输消息；之后将TCN逐级转发到根网桥处，由根网桥回复TC消息来逐级回复到所有交换机；使所有交换机临时将MAC表的老换时间修改为15s（默认的，转发延时）

选举--- 根网桥    根端口     指定端口   非指定端口（阻塞端口）

1.根网桥 – 在一棵生成树实例中，有且仅有一台交换机为root；

BPDU中的 桥ID来决定

桥ID= 网桥优先级（0-65535公有） 默认32768 +  MAC地址（只有存在svi接口的交换机才拥有mac地址，若存在多个mac选数值最小）

根网桥的选举   先比较优先级，小优；   若优先级相同，比较mac，数值小优；

2.根端口—在每台非根网桥上，有且仅有一个接口；本地离根网桥最近的接口（最短、星型），接收来自根网桥的BPDU，转发用户的流量（该接口不阻塞）

规则：1、比较从根网桥发出后，通过该接口进入时最小的cost值；

    2、入向cost值相同，比较该接口对端设备的BID，小优

    3、对端BID也相同，比较该接口对端设备的接口的PID；先优先级小，若优先级一致，编号小

    4、连对端PID也相同，比较本地PID，小优；

PID=端口ID   接口优先级（0-240，步长16，默认128）      接口编号

3.指定端口，在每一段存在STP的物理链路上，有且仅有一个；转发来自根网桥的BPDU，同时可以转发用户流量（不阻塞）；默认根网桥上所有接口为指定端口；

    1、比较从根网桥发出后，通过该接口进入这段链路时的cost值最小（出向）

    2、若出向cost值相同，必须本地的BID，小优；

    3、本地BID相同，比较本地的PID；

    4、本地PID，相同，直接阻塞该端口；

4.非指定端口（阻塞端口）当以上所有角色全部选举完成后，剩余没有任何角色的接口为非指定；

 该接口逻辑阻塞，实际可以接收到信息，但不转发；

cost值：不同带宽 存在不同cost

802.1d标准：          802.1T标准

10M = 100             1000M= 20000

100M=19              100M=200000

1000M=4

10000M=2

>100000M=1

[SWA]stp pathcost-standard ?    默认华为使用802.1t标准

  dot1d-1998  IEEE 802.1D-1998

  dot1t       IEEE 802.1T

  legacy      Legacy

生成协议中，至少应该将根网桥干涉到汇聚层处；

接口状态：

down：没有BPDU收发，一旦可以进行BPDU收发进入下一状态

侦听：强制15s；所有交换机进行BPDU收发，选举所有角色；接口角色为非指定端口直接进入阻塞状态；若为指定端口和根端口进入下一状态；

学习：强制15s； 指定端口和根端口学习所有接口连接设备的MAC地址，生成MAC表；之后进入下一状态；

转发：指端端口和根端口进入，可以转发用户报文；

阻塞：逻辑阻塞；

注：只有到接口进入到转发状态后，才能为用户转发数据报文，之前的30s不能转发任何数据；

收敛时间：

初次收敛—30s =  15侦听+15s学习

结构变化：

存在直连检测：本地存在阻塞端口，若其他端口断开，该阻塞端口马上进入15是侦听（选举）；结果若为 启用，那么将再进入15s学习---总30s

没有直连检测：本地不存在阻塞端口，若某个端口断开，将发送次优BPDU（以本地为根）给其他邻居交换机，其他交换机无视该数据，进行20s hold time计时，到时时阻塞接口进入15s侦听，15s学习=总50s

802.1D 缺点：

1、收敛慢

2、链路利用率低

802.1配置命令：

[sw1]stp mode stp   修改为802.1d算法，当下华为默认为MSTP；

[sw1]stp priority 4096    修改网桥优先级

[sw1-GigabitEthernet0/0/1]stp cost ?   修改接口cost值

INTEGER<1-200000000>  Port path cost

[sw1-GigabitEthernet0/0/1]stp port priority ?  修改接口优先级

  INTEGER<0-240>  Port priority, in steps of 16

二、PVST  cisco私有     基于vlan的生成树协议

在每个vlan内，存在一棵树，每个树的工作原理同802.1d一致；不同vlan的BPDU区别在于优先级；

优先级=4096倍数+vlan id   人为仅可修改4096倍数备份，且只能修改为4096的整倍

仅支持  trunk干道封装为ISL（cisco私有封装）

三、PVST +     在PVST的基础，兼容802.1q的trunk封装；且设计了部分的加速；

  端口加速（进入层连接用户的接口）      上行链路加速-针对直连检测      骨干加速—针对次优BPDU

缺点：1、收敛慢（加速不彻底）     2、树多（仅cisco存在单独的芯片，友商无法负荷）     

四、快速生成树   

cisco的RSTP   ---    基于vlan的快速生成树  - 一个vlan一棵树    pvst+的升级

公有RSTP（802.1w） --- 整个交换网络一棵树                       802.1d的升级

快速的原理：

1. 取消了计时器，而是在一个状态工作完成后，直接进入下一状态；
2. 分段式同步，两台设备间逐级收敛；使用请求和同意标记；依赖标记位的第1和第6位
3. BPDU的保活为6s；hello time 2s；
4. 将端口加速（边缘接口）、上行链路加速、骨干加速集成了
5. 兼容802.1d和PVST，但802.1d和PVST没有使用标记位中的第1-6位，故不能快速收敛；因此如果网络中有一台设备不支持快速收敛，那么其他开启快速收敛的设备也不能快速；

当tcn消息出现时，不需要等待根网桥的BPDU，就可以刷新本地的cam表；

切记:接口默认为半双工时，即便允许RSTP，依然基于慢速的802.1D算法来收敛；

[sw1]stp mode rstp

边缘接口---用于连接PC的接口，一旦被设定为边缘接口；将不再进行BPDU的发送，且不进行STP的收敛，直接为转发状态；  但若该接口收到了对端的BPDU，将失去边缘特性，重新正常收敛；

[sw1]interface GigabitEthernet 0/0/1

[sw1-GigabitEthernet0/0/1]stp edged-port enable

[sw1]stp priority ?  修改网桥优先级

  INTEGER<0-61440>  Bridge priority, in steps of 4096

[sw1]stp root ?  快速定义根网桥角色

  primary    Primary root switch

  secondary  Secondary root switch

[sw1-GigabitEthernet0/0/1]stp port  priority ?   修改接口优先级

  INTEGER<0-240>  Port priority, in steps of 16

[sw1-GigabitEthernet0/0/1]stp cost ? 修改接口cost

  INTEGER<1-200000000>  Port path cost

五、MSTP/MST/802.1S     华为设备默认使用该协议

继承了快速生成树的基础；  将多个vlan放置于一个组内，基于每个组一棵生成树；

不同组间的BPDU中优先级= 4096倍数+组号

[r1]stp mode mstp

默认存在组0，且所有vlan默认处于该组；优先级= 32768+0

分组

[sw1]stp enable

[sw1]stp region-configuration

[sw1-mst-region]region-name a    所有设备应在一个组内

[sw1-mst-region]instance 1 vlan 1 to 5

[sw1-mst-region]instance 2 vlan 6 to 10

[sw1-mst-region]active region-configuration     激活当前配置（必须配置该指令）

切记：若将创建某个组，但该组内的vlan，在本交换机上没有创建，同时没有为该vlan服务的接口；该组将没有任何信息；整个交换网络中所有设备的分组信息必须完全一致；

定义本地为组1 的主根，组2 的备份根

stp instance 1 root primary      优先级修改为0

stp instance 2 root secondary    优先级修改为4096

[sw1]stp instance  1  priority ?

  INTEGER<0-61440>  Bridge priority, in steps of 4096

[sw1]interface GigabitEthernet 0/0/1

[sw1-GigabitEthernet0/0/1]stp instance 1 cost ?

  INTEGER<1-200000000>  Port path cost

[sw1-GigabitEthernet0/0/1]stp instance 1 port priority ?

  INTEGER<0-240>  Port priority, in steps of 16