交换机环路

“ 在你生命的最初30年中，你养成习惯；在你生命的最后30年中，你的习惯决定了你。 ”---- Steve Jobs TCP/IP对于OSI参考模型的数据链路成及以下部分（物理层）没有做定义。但是，数据链路的知识对于深入理解网络起着至关重要的作用。 数据链路层的协议定义了通过 通信媒介 互联的设备之间的传输的规范。通信媒介包括双绞线电缆，光纤，电波等介质。 计算机以0和1表示信息，嗯安儿实际的通信媒介之间踔厉的是电压的高低，光的闪灭等信号，进行转换的正式物理层。数据链路层处理的数据也不是单纯的0 1序列，该层把它们集合为一个叫做帧的块，然后进行传输。 基本概念1： MAC地址： 网卡的地址，亦称为物理地址，任何一个网卡的mac地址都是全球唯一的，mac一般会烧入rom中。 另外，无线LAN，蓝牙设备中也使用同样规格的mac地址。 上图，各个主机都接收数据，然后各自根据数据头中的mac地址判断是不是给自己的数据。 基本概念2： 共享介质型网络： 多个设备使用同一个信道进行发送和接受，属于半双工通信（能接受 发送，但是不能同时进行）。为了协调各个设备对信道的使用，一般采用两种方式：争用方式 和 令牌传递方式 1）争用方式： 各个设备采用先到先得的方式占用信道发送数据，如果多个设备同时发送会产生冲突现象。 2）令牌传递方式：--- 不错的思想哈 沿着令牌环发送一种令牌报文

说起交换机先要知道什么是局域网。交换机是组成局域网的最重要的设备，然后了解交换机在局域网中的作用。 局域网 家庭的网络，办公室的网络都属于局域网。局域网的产生是为了共享。共享上互联网、共享软件，共享打印机，共享文件等等。 多台终端，包括手机、电脑、监控、打印机要组网，必须要交换机。交换机可以说就是一个信息交换中心，把终端需要的信息互相交换给对方。 常见的局域网结构有总线型、星型、环型。日常用的最多的就是星型了，以交换机为中心，构成的星型局域网。如下图所示，核心部件就是交换机。 交换机 交换机顾名思义就是交换数据。怎么交换数据呢？ 交换机完成数据交换功能要经过以下几个步骤： 学习 学习MAC地址，从端口收到数据包后，交换机要学习数据报的原IP的MAC地址，并将它写到自己的MAC表中，MAC-端口相对应。 广播 转发一个数据包时，如果在MAC表中有该MAC地址，则直接从对应端口转发，否则向除接收端口外的所有端口广播该报文。（这就是为什么交换机组网尽量避免环路的原因） 交换 1.交换机在mac地址表中查找数据帧中的目标mac地址，如果找到就讲该数据帧发送到相应的端口，如果找不到就广播。 2.如果交换机收到的报文中的源mac地址和目标mac地址一致的话，丢弃报文。 3.交换机向入端口以外的所有端口发送广播。 老化 若交换机与某台主机长时间未通信

一、判断题 (1)VLSM的作用是：在有类的IP地址基础上，从主机位部分划分出相应的位数做为网络位。但是在路由器上部署时，需要路由协议的支持。 【解释】对，VLSM=Variable Length Subnet Mask，可变长子网掩码 (2)有效的沟通是任何组织和任何项目的基础，项目经理可以花90%或者更多的时间在沟通这方面。 【解释】错，项目经理花在沟通上的时间占75%-90% (3)云计算是一种基于互联网的计算方式，通过这种方式，共享的软硬件资源和信息可以按需提供给计算机或其它设备。 【解释】对，云计算是一种基于互联网的计算方式，通过这种方式，共享的软硬件资源和信息可以按需提供给计算机和其他设备。云计算的核心思想，是将大量用网络连接的计算资源统一管理和调度，构成一个计算资源池向用户按需服务。提供资源的网络被称为“云”。狭义云计算指IT基础设施的交付和使用模式，指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需资源；广义云计算指服务的交付和使用模式，指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需服务。这种服务可以是IT和软件、互联网相关，也可是其他服务. (4)MapReduce的核心理念是将一个大的运算任务分解到集群每个节点上，充分运用集群资源，缩短运行时间。 【解释】对，分布式计算架构 Apache MapReduce是google MapReduce的开源实现。是对并行计算的封装

TCP/IP的具体数据链路：以太网、无线局域网、PPP等。 3.1 数据链路层的作用 数据链路层的协议定义了通过通信媒介互联的设备之间传输的规范。通信媒介包括各种电缆、光纤、电波以及红外线等介质。此外，各个设备之间有时也会通过交换机、网桥、中继器等中转数据。 计算机以二进制0、1来表示信息，实际的通信媒介之间处理的是电压的高低、光的闪灭以及电波的强弱等信号。把这些信号与二进制的0、1进行转换正是物理层的责任。 数据链路层处理的数据也不是单纯的0、1序列，该层把它们集合为一个叫做“帧”的块，然后再进行传输。 数据链路层相关技术：MAC寻址（物理寻址）、介质共享、非公有网络、分组交换、环路检测、VLAN（虚拟局域网）等。 数据链路的传输方式：以太网、WLAN（无限局域网）、PPP（点对点协议）。 网络拓扑：网络的连接和构成的形态称为网络拓扑topology。总线型、环型、星型和混合型。 3.2 数据链路相关技术 3.2.1 MAC地址 MAC地址用于识别数据链路中互联的节点。在以太网、无线LAN、蓝牙等设备也是用相同规格的MAC地址。 MAC地址长是48比特。MAC地址一般被烧入网卡的ROM中。 3.2.2 共享介质型网络 从通信介质的使用方法上看，网络可分为共享介质型和非共享介质型。 共享介质型网络指由多个设备共享一个通信介质的一种网络。在这种方式下

相信大家家里都有路由器吧！而我们家用的路由器上有WAN、LAN口，当我们不将WAN口接上时，两台终端设备（电脑也叫PC）都接在LAN口下那么这个路由器就成了交换机，而你将一台路由器两根能上网的网线接上另外一台路由器的LAN口时你会发现你的网络变的非常的差，wifi也会很差，微信登录不上，网页打不开，电视剧看不了！这时就有了生成树，这是什么树？其实它叫生成树协议，主要作用就是来防止以上出现的问题，这个问题又叫做环路，广播风暴，因此生成树应运而生。 广播风暴 交换机等交换设备会对广播数据帧进行泛洪操作。若网络中出现环路，交换设备经过多次泛洪之后，网络中就会出现大量方向互异的广播流，远远大过了交换设备所能承载的数据上限，从而正常的数据帧传输受到了抑制，便会导致信道的拥塞，其结果往往是延时或丢帧。 简单的讲是指当广播数据充斥网络无法处理，并占用大量网络带宽，导致正常业务不能运行，甚至彻底瘫痪，这就发生了“广播风暴”。一个数据帧或包被传输到本地网段（由广播域定义）上的每个节点就是广播；由于网络拓扑的设计和连接问题，或其他原因导致广播在网段内大量复制，传播数据帧，导致网络性能下降，甚至网络瘫痪，这就是广播风暴。 Spanning Tree Protocol 生成树协议（简称STP） STP的主要作用是用来防止2层循环的，上文所说的情况就是二层循环的情况，STP使用生成树算法来创建拓扑数据库

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

单生成树的弊端 部分VLAN路径不通  如图所示，网络中有SWA、SWB、SWC三台交换机。配置VLAN2通过两条上行链路，配置VLAN3只通过一条上行链路。  为了解决VLAN2的环路问题，需要运行生成树。在运行单个生成树的情况下，假设SWC与SWB相连的端口成为预备端口（Discarding状态），那么VLAN3的路径就会被断开，无法上行到SWB。 总结： STP和RSTP通过阻塞某一个接口达到破环和冗余的目的，是单生成树，流量只能沿着没有阻塞的链路转发 无法实现流量分担  为了实现流量分担，需要配置两条上行链路为Trunk链路，允许通过所有VLAN；SWA和SWB之间的链路也配置为Trunk链路，允许通过所有VLAN。将VLAN2的三层接口配置在SWA上，将VLAN3的三层接口配置在SWB上。  我们希望VLAN2和VLAN3分别使用不同的链路上行到相应的三层接口，但是如果连接到SWB的端口成为预备端口（Alternate Port）并处于Discarding状态，则VLAN2和VLAN3的数据都只能通过一条上行链路上行到SWA，这样就不能实现流量分担。 总结： STP和RSTP通过阻塞某一个接口达到破环和冗余的目的，是单生成树，流量只能沿着没有阻塞的链路转发 无法做到流量的负载分担 次优二层路径  如图所示，SWC与SWA和SWB相连的链路配置为Trunk链路

STP技术点的回顾 1、STP的作用是什么？ 通过阻塞端口来达到我们破环的目的 可以进行冗余备份 2、STP的端口角色有哪几个？ 根端口（RP） 在非根交换机上选举 指定端口（DP）在每一个链路上进行选举 阻塞端口（AP）在非根交换机在进行逻辑阻塞 总结：端口角色的变化是秒变 3、STP的端口状态有哪几个？ disable：是生成树的关闭状态 block：AP端口的最终状态一定是block listening：从侦听到学习需要15s learning：从学习到转发需要15s forwarding：DP端口和RP端口的最终状态一定是forwarding 总结：一个端口从disbale到转发至少需要30s的时间 4、简述STP的工作原理 1、在二层交换网络中会选举一个ROOT交换机出来 2、在非根交换机上会选举一个RP端口 这个RP端口是到达ROOT交换机一条最优的路径 3、在每一个链路上面会选举一个指定端口 这个指定端口是用来发送BPDU报文或者转发BPDU报文的 一般情况 ROOT交换机上面的所有接口是指定端口 4、阻塞端口 不转发用户流量 但是可以接收BPDU 5、端口（RP端口或者DP端口）的竞选规则 1、比较设备的BID（就是比较ROOT交换机） 2、接口下比较到达ROOT交换机的开销值（入向成本之和）一般就是比较RP端口这一块 3、发送设备BID（一般是比较DP端口这一块）

华为交换机STP STP原理 选举过程 实验内容 实验拓扑 实验步骤 STP原理   STP是用来避免数据链路层出现逻辑环路的协议，使用BPDU传递网络信息计算出一根无环的树状网络结构，并阻塞特定端口。在网络出现故障的时候，STP能快速发现链路故障，并尽快找出另外一条路径进行数据传输。   交换机上运行的STP通过BPDU信息的交互，选举根交换机，然后每台非根交换机选择用来与根交换机通信的根端口，之后每个网段选择用来转发数据至根交换机的指定端口，最后剩余端口被阻塞。 选举过程 1.选举根交换机，依据根交换机ID。   根交换机ID由交换机优先级和MAC地址组成。首先比较交换机优先级，数值最低的为根交换机；如果优先级一样，则比较MAC地址，数值最低的选举为根交换机。 2.选举根端口   每台交换机上只能拥有一个根端口。生成树在选举出根交换机后，将在每台非根交换机上选举根端口。选举时首先比较该交换机上每个端口到达根交换机的根路径开销，路径开销最小的端口将成为根端口。如果根路径开销值相同，则比较每个端口所在链路上的上行交换机ID，如果交换机ID也相同，则比较每个端口所在链路上的上行端口ID。 3.选举指定端口   生成树在每台非根交换机选举出根端口之后，将在每个网段上选举指定端口，选举的比较规则和选举根端口类似。 实验内容   公司购置了4台交换机组建网络。考虑到网络的可靠性

生成树技术 一、生成树协议简介 为了提高网络可靠性，交换网络中通常会使用冗余链路来解决单点故障问题，但冗余链路会给交换网络带来环路风险，并导致广播风暴以及MAC地址表不稳定等问题，进而会影响到用户的通信质量。生成树协议STP（Spanning Tree Protocol）可以在提高可靠性的同时又能避免环路带来的各种问题。生成树协议主要作用有： 消除环路 通过阻断冗余链路来消除网络中可能存在的环路 链路备份 当活动路径发生故障时，激活备份链路，及时恢复网络连通性 生成树协议主要有STP（801.1d）、RSTP（802.1w）和MSTP（802.1s）三种协议。 二、STP 1. STP 基本概念 STP通过运行STA算法在交换网络中构造一棵树（无环）来消除交换网络中的环路。每个STP网络中，都存在一个根桥，其他交换机为非根桥，根桥位于整个逻辑树的根部，是STP网络的逻辑中心，非根桥是根桥的下游设备。当现有根桥发生故障时，非根桥之间会交互BPDU并重新选举根桥。 端口状态 端口状态 描述 Disable 不参与STP，不转发任何数据和BPDU Blocking 不转发数据，可接收BPDU，不发送BPDU，不学习MAC地址 Listening 不转发数据，可接收BPDU，可发送BPDU，不学习MAC地址 Learning 不转发数据，可接收BPDU，可发送BPDU，学习MAC地址