局域网技术与组网工程实验

交换机基础

通过telnet配置交换机

使用telnet方式访问交换机的前提条件是什么

对交换机进行初始化配置，否则用户无法正确登录和访问。初始化配置是为交换机配置正确的网段和IP地址，以便实现交换机互联。交换机配置的工作包括：

  1. 配置正确的交换机IP地址，这里所说的为交换机配置IP地址，实际上是指在交换机上配置管理VLAN接口的IP地址。
  2. 确定与PC相连的交换机端口属于该管理VLAN
  3. 如果PC和交换机相连的端口在同一个局域网内，则其IP地址必须配置为同一个网段；否则，要保证PC和交换机必须路由可达。

生成树协议STP

交换机STP原理

STP（Spanning Tree Protocol）是生成树协议，该协议的原理是按照树的结构来构造网络拓扑，消除网络中的环路，避免由于环路的存在而造成广播风暴以及MAC地址表不稳定等问题。可在提高可靠性的同时又能避免环路带来的各种问题。

STP的工作过程

运行STP算法的网桥（交换机），在规定的间隔内（默认2秒），通过网桥协议数据单元（BPDU）的组播帧与其他交换机交换配置信息，完成生成树的构建。

选举根桥(Root)

通过比较网桥优先级选取根网桥，给定广播域内只有一个根网桥。一般情况下， 网桥的BID（桥ID）最小的那个作为根网桥。

每个交换机假设自己为根，互相发送BPDU报文，然后通过比较BID竞选根桥。

根端口(RP)选举

交换机通过RP来向根交换机发送信息，可以有最小的路径开销，根端口负责向根交换机发送数据，并且通过这个端口发送数据较快。

  1. 非根交换机根据根路径开销（RPC，Root Path Cost）来选举根端口。根路径开销是指接收由根桥发送的BPDU所经过的所有路径的路径开销之和，交换机在接收BPDU时累加路径开销，转发BPDU时不累加路径开销。路径开销是设置在交换机的端口上的，表示这个端口的开销。

  2. 若该交换机的根路径开销相同，则比较两个路径的上一个交换机的BID（多个端口连接的对端交换机的BID），例如，有ABCD，AEFD两个从A到达D的路径，则比较C和F的BID来选择应该将哪个端口设置为RP。

  3. 若交换机多个端口连接的对端交换机也相同（即BID相同），比如ABDE, ACDE，从D的两个端口分别连接E的两个端口。此时比较连接的对端交换机的端口的PID。

RP的选举是向上的。与DP的选举相反，DP是向下的，指向深层的交换机和主机。

指定端口(DP)选举

选举指定端口是相对于两个交换机的，比如有两个交换机A和B相连，

  1. 比较A和B的RPC，选择RPC较小的那个交换机连接的端口为指定端口。
  2. 若RPC相同，则选择BID较小的那个交换机连接的端口作为DP。

阻塞端口（AP）

阻塞非跟端口和非指定端口。

网络中不再有环路了。

题目

  1. STP协议中端口处在（Forwarding）状态可以转发用户报文
  2. STP协议中桥ID(BID)的构成包括？（桥优先级，桥背板MAC地址）

交换机以太网端口

端口镜像配置方法

将指定的一个或多个端口的报文复制到观察端口，用于报文的分析和监视。

1

先设置观察端口，再设置镜像端口。缺省情况下，系统没有配置本地观察端口，如果要修改观察端口，需要删除原来的配置后再重新配置（将和观察端口绑定的镜像端口删除掉，再配置它们的观察端口）。

一个观察端口可以观察多个镜像端口，同时，一个镜像端口也可以被很多个观察端口观察。

设置观察端口后，该端口自动配置为Trunk端口，删除观察端口后，该端口自动配置为Access端口，且加入VLAN1。

端口绑定

利用了交换机的地址学习功能，只要取消了端口的地址学习功能，那么它就只能知道你告诉它的主机应该往哪个端口发送，而你没有告诉它的，它则不知道往哪里发送，因为这个端口不能学习了，这个你告诉它的主机就是存在于它的静态地址表项中的。如果你再设置：这个端口抛弃它不知道往哪里发的报文（目的MAC不在它的静态地址表项中），那它就只能转发目的MAC地址存在于静态地址表项中的报文，从而实现端口绑定的功能。

  1. 取消该端口的MAC地址学习功能
  2. 将授权设备的MAC地址添加到该端口的静态地址表项中。

题目

  1. negotiation 命令所在的视图是：（端口视图）

  2. 关于基于端口的镜像说法正确的是？（ABCD）

    • A、

      在S3700和S5700交换机上可以有两个观察端口。

    • B、

      一个观察端口可以监控多个镜像端口。

    • C、

      一个镜像端口可以被多个观察端口监控。

    • D、

      在配置镜像端口前，先要设置好观察端口。

  3. 关于MAC地址与端口绑定的说法正确的是？（AC）

    • A、

      静态MAC地址表项的优先级高于动态MAC地址表项。

    • B、

      交换机的端口被shutdown后，与该端口绑定的静态MAC地址表项和动态MAC地址表项都会被清空。

    • C、

      端口绑定是通过禁用端口学习功能，并将授权主机MAC地址与授权端口配对信息添加到静态MAC地址表项来实现的。

    • D、

      同一时刻、相同的MAC地址，在交换机的MAC地址表中可能会存在多个交换机端口与之绑定。

交换机链路聚合

VLAN

虚拟局域网原理

解决的问题

早期以太网基于CSMA/CD的共享通讯介质的通讯技术，当主机数目过多时会导致冲突严重，广播泛滥，性能显著下降甚至网络不可用等问题。通过交换机虽然可以解决冲突问题，但是仍然不能隔离广播报文和提升网络质量。VLAN技术可以把一个物理LAN划分为多个逻辑的VLAN，每个VLAN是一个广播域，VLAN内的主机通信就像在一个LAN内一样，而VLAN间则不能直接互通，这样，广播报文就限制在一个VLAN内。

2

VLAN标签

IEEE 802.1协议规定，在以太网数据帧的目的MAC地址之后，协议类型字段之前加上4字节的VLAN标签（VLAN tag），用以表示VLAN信息。

在以太网交换网络中，以太网帧主要有以下两种：有标记帧（Tagged帧）和无标记帧（Untagged 帧）。主机，服务器，Hub和傻瓜交换机只能收发Untagged帧；交换机，路由器既能收发Tagged帧也能收发Untagged帧。

接口的链路类型

现网中属于同一个VLAN的用户可能被连在不同的交换机上，且跨越交换机的VLAN不止一个，这就需要交换机间的接口能够同时识别和发送多个VLAN的数据帧。

​ 根据接口连接对象以及对收发数据帧处理的不同，分为4种接口链路类型：Access, Trunk, Hybrid, QinQ。

Access接口

Access接口一般用于主机/服务器和交换机的相连。交换机内部只处理Tagged帧，主机和服务器不能处理Tagged帧，所以Access接口需要给收到的数据帧添加VLAN Tag，因此Access接口也必须设置自己的缺省VLAN（PVID）。配置了PVID后，该Access接口也就加入了该VLAN。

3

Trunk接口

Trunk一般用于连接交换机，路由器。它可以允许多个VLAN的帧带Tag通过，但是只允许一个VLAN的帧从该接口上不带Tag（即剥除Tag）。

4

VLAN划分

基于接口划分是最常用的VLAN划分方式。网络管理员预先给交换机的每个接口配置不同的PVID。

优点是：定义成员简单，配置过程简单明了
缺点是：移动成员需要重新配置VLAN，配置不够灵活

VLAN内互访

VLAN内互访首先要进行ARP过程，这个过程与普通的局域网内的ARP过程的区别是：

  1. 交换机转发数据帧时检查是否是能够通过的VLAN的帧
  2. MAC地址表项是：（MAC，VID，端口）

由于Trunk接口可以允许多个VLAN的帧通过链路，这被称作透传。

管理VLAN

为交换机配置IP地址，通常是指在交换机上配置管理VLAN接口的IP地址。

问题

  1. 三层交换机和路由器是如何实现VLAN间通信的？

    三层交换机配置了很多VLANIF虚拟接口，并在该接口下配置了IP地址，三层交换机的各个端口是如何配置的呢？access端口配置了PVID，trunk端口配置了可允许特定VLAND的帧通过。当三层交换机收到一个帧时，通过它的目的IP地址就可以通过路由表或者MAC地址表知道它应该往哪个端口发送（假如是portA），并且知道了该目的网络属于哪个VLAN。

    路由器配置了子接口，以及下面的IP地址，在子接口下配置了dot1q termination vlan，这样的话，当路由器知道要往哪个子接口转发帧时，就可以将对应的VLAN标签加在帧上。

    14

VLAN实验

如图所示，某企业的交换机连接有很多用户，且相同业务用户通过不同的设备接入企业网络。为了通信的安全性和避免广播风暴，企业希望相同业务用户之间可以互相访问，不同业务用户不能互相访问。现在，通过在交换机上配置基于接口划分的VLAN，来满足企业的需求。

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  1. 由于User1和User2是处于同一个VLAN，因此应该设置同一个网段的IP，因此我设置User1的IP是：192.168.10.1，User2的IP是：192.168.10.2。同理，我设置User3和User4的IP分别为：192.168.20.3，192.168.20.4。它们的子网掩码都是255.255.255.0。

  2. 配置SwitchA的VLAN以及交换机接口的链路类型

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    $<SwitchA> system-view #进入系统视图
    $[SwitchA] vlan batch 2 to 3 #创建VID为从2到3的VLAN
    $[SwitchA-vlan] quit #从vlan视图中退出来
    $[SwitchA] int g0/0/1 #进入g0/0/1端口视图
    $[SwitchA-GigabitEthernet0/0/1] port link-type access #g0/0/1端口设置为access接口
    $[SwitchA-GigabitEthernet0/0/1] port default vlan 2 #g0/0/1的PVID设置为2
    $[SwitchA-GigabitEthernet0/0/1] quit
    $[SwitchA] int g0/0/2 #进入g0/0/2端口视图
    $[SwitchA-GigabitEthernet0/0/2] port link-type access #g0/0/2端口设置为access接口
    $[SwitchA-GigabitEthernet0/0/2] port default vlan 3 #g0/0/2的PVID设置为3
    $[SwitchA-GigabitEthernet0/0/2] quit
    $[SwitchA] int g0/0/3 #进入g0/0/3端口视图
    $[SwitchA-GigabitEthernet0/0/3] port link-type trunk #g0/0/3设置为trunk接口
    $[SwitchA-GigabitEthernet0/0/3] port trunk allow-pass vlan 2 to 3 #让vlan tag为2,3的帧通过

  3. 配置SwitchB的VLAN以及交换机接口的链路类型，与2的配置一模一样

题目

  1. IEEE 802.1Q协议中，VLAN标签的长度是：（4字节）

三层交换机

三层交换机原理

VLAN间互访需要路由器的三层交换功能的支持。

但是每一个VLAN都要使用一条独占的物理连接连接到路由器的一个接口上，这对路由器是不现实的。使用Trunk技术和路由器子接口技术来解决这个问题，交换机与路由器只有一个物理连接连接到路由器的一个物理接口，然后这个物理接口被划分为多个逻辑接口。

由于路由器使用软件实现数据交换，效率不行，因此就有了三层交换机。

二层交换机和路由器的功能的集合构成了三层交换机，三层交换机有如下特性：

  1. 二层交换引擎：实现同一个网段内的快速二层转发
  2. 三层路由引擎：实现跨VLAN的三层路由转发。三层交换机的交换功能是路由器的交换功能的裁剪版，比如，IP选项，报文分片功能都被裁剪掉了；三层交换机使用精确地址匹配的方式，便于硬件实现；当收到数据帧时，发现目的MAC不在地址表项中，就转向三层路由引擎，查询目的IP地址所在的网段之后，向目的网段广播一个ARP包，发现目的MAC在地址表项中时，直接在二层进行转发，这就是后面要提到的流转发方式。
  3. 每一个VLAN对应一个IP网段
  4. 使用流交换方式。报文到报文的交换方式与流交换方式的区别：如果每一个报文都要经历第三层处理，并且业务流转发是基于第三层地址的，这种交换方式就是报文到报文交换方式；如果只是第一个报文经过第三层处理，其他后续报文只进行第二层转发，这种就是流交换方式。

三层交换机与路由器的不同

主要的不同在于三层交换功能：

  1. 查询路由表项时，三层交换机得到的结果是某个精确路由对应的VLAN或网段，而路由器得到的是最长匹配的网络号对应的下一跳IP地址。
  2. 三层交换机采用流交换方式，路由器采用报文到报文的交换方式
  3. 三层交换机裁剪了很多功能

题目

  1. 以下关于三层交换机的描述正确的是（A）

    • A、

      三层交换机使用硬件支持多个VLAN的二层转发。

    • B、

      三层交换机适合用于大型网络间的路由。

    • C、

      三层交换机使用报文到报文的交换方式。

    • D、

      三层交换机和同性能的路由器相比更加昂贵。

  2. [Huawei] interface vlanif 10

    [Huawei-Vlanif10] ip address 10.10.10.1 24

    以上命令用于配置（B）。

    • A、

      vlan10管理接口的IP地址。

    • B、

      vlan10三层接口的IP地址。

    • C、

      vlan10二层转发接口的IP地址。

    • D、

      除vlan10外的其它vlan的路由接口IP地址。

路由器基础

通用路由平台VRP（Versatile Routing Platform）：

  1. 以IP业务为核心，采用组件化的体系结构
  2. 提供了基于应用的可裁剪和可扩展的功能

题目

  1. 目前绝大多数华为设备使用的都是（B）版本。

    • A、

      VRP8

    • B、

      VRP5

    • C、

      VRP3

    • D、

      VRP2

路由器基础管理

静态路由基础

静态路由配置

串口连接

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在串行接口上，可以通过指定下一跳路由或出端口来配置静态路由。

以太网连接

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在以太网接口上配置静态路由时，必须要指定下一跳地址。

负载分担

两个路由器通过多条物理线路进行连接，多条物理线路对应多个网段和多个路由器接口，在每一个路由器接口上设置静态路由后，可以支持等值负载分担（ECMP，Equal-Cost Multiple Path） 。

ECMP是指到达同一个目的地有多条等价链路，流量在这些等价链路上平均分配，不会考虑链路带宽的差异。

ECMP的缺点是：在路径间带宽差异大时，带宽利用率低。

路由备份

又叫浮动静态路由。在链路正常的情况下，只有主路由在路由表中，在链路出现故障时，浮动静态路由会被激活。

设置浮动静态路由时，设置它的优先级比主路由的优先级低一些。

静态路由及路由器子接口实验

请运用静态路由，以及路由器子接口实现VLAN间通信，使得5台PC机可以互相通信。

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分析：R1的g0/0/1物理端口必须划分为两个逻辑接口，因为这个端口底下有两个VLAN。同时，为了保证不同网段的主机能够跨路由器进行通信，R1和R2必须要进行静态路由设置。

我的拓扑图是下面的：

11

  1. 按照题目要求将PC01-PC05的IP地址和子网掩码先配置一下，等一下配置完了路由器，再来配置PC们的默认网关。

  2. 配置SWITCH1的VLAN和端口链路类型，和R1连接的g0/0/1端口要设置为trunk，和SWITCH2相连接的g0/0/4端口要设置为trunk。在系统视图下

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    int g0/0/1 #进入g0/0/1端口
    port link-type trunk #g0/0/1设置为trunk
    port trunk allow-pass vlan 10 to 20 #因为vlan10和20的主机都有可能访问外网，因此这个链路要允许10和20的vlan帧通过
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    int g0/0/2
    port link-type access
    port default vlan 10
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    2
    3
    int g0/0/3
    port link-type access
    port default vlan 20
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    3
    int g0/0/4
    port link-type trunk
    port trunk allow-pass vlan 10 to 20

  3. SWITCH2与SWITCH1类似。SWITCH3不需要配置，因为R2的g0/0/1对应的网段没有设置VLAN。

  4. 配置R1的逻辑接口，IP和静态路由。在系统视图下

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    int g0/0/0
    ip address 192.168.30.1 255.255.255.0
    1
    ip route-static 10.1.1.0 255.255.255.0 192.168.30.2 #R1的一个静态路由：到达10.1.1.0网络的下一条IP是192.168.30.2
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    int g0/0/1
    int g0/0/1.1 #在g0/0/1下面创建了一个逻辑接口
    dot1q termination vid 10 #g0/0/1.1接口对VLAN TAG为10的帧去掉tag
    ip address 192.168.10.1 255.255.255.0
    arp broadcast enable #允许进行ARP广播
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    int g0/0/1
    int g0/0/1.2 #在g0/0/1下面创建了一个逻辑接口
    dot1q termination vid 20 #g0/0/1.2接口对VLAN TAG为20的帧去掉tag
    ip address 192.168.20.1 255.255.255.0
    arp broadcast enable #允许进行ARP广播

  5. 配置R2的接口IP和静态路由

  6. 配置每个主机的默认网关。PC01和PC03的默认网关是192.168.10.1，因为192.168.10.1是一个逻辑接口的IP地址，与VLAN20相连接。其他的网关配置也类似。

题目

  1. 两个路由器R1和R2之间有3条链路，带宽分别是10Mbps、 20Mbps和30Mbps。如果使用等值负载分担，则R1和R2之间的总带宽为（B）

    • A、

      20M

    • B、

      30M

    • C、

      50M

    • D、

      60M

以太网帧结构

Ethernet_II帧的length类型值大于等于1536，帧长度在64到1518之间

802.3帧的length类型值大于1536，帧长度小于1500

RIP路由协议

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路由环路问题

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一开始，各个路由器的表项是：

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2
3
A: 11.4.0.0 S0 2
B: 11.4.0.0 S1 1
C: 11.4.0.0 E0 0

1、当网络11.4.0.0 发生故障，路由器C 最先收到故障信息，路由器C 把网络11.4.0.0 设为不可达，并等待更新周期到来通告这一路由变化给相邻路由器。如果，路由器B的路由更新周期在路由器C之前到来，那么路由器C就会从路由器B那里学习到去往11.4.0.0的新路由（实际上，这一路由已经是错误路由了）。这样路由器C的路由表中就记录了一条错误路由（经过路由器B，可去往网络11.4.0.0，跳数增加到2 ）。
2、路由器C 学习了一条错误信息后，它会把这样的路由信息再次通告给路由器B，根据通告原则，路由器B也会更新这样一条错误路由信息，认为可以通过路由器C去往网络11.4.0.0，跳数增加到 3 。
3。这样，路由器 B 认为 可以通过路由器C 去往网络11.4.0.0，路由器C 认为 可以通过路由器B 去往网络11.4.0.0，就形成了环路。

解决办法

  1. 水平分割

    一种消除路由环路并加快网络收敛的方法是通过叫做“水平分割”的技术实现的。其规则就是不向原始路由更新的方向再次发送路由更新信息（个人理解为单向更新，单向反馈）。比如有三台路由器ABC，B向C学习到访问网络10.4.0.0的路径以后，不再向C声明自己可以通过C访问10.4.0.0网络的路径信息，A向B学习到访问10.4.0.0网络路径信息后，也不再向B声明，而一旦网络10.4.0.0发生故障无法访问，C会向A和B发送该网络不可达到的路由更新信息，但不会再学习A和B发送的能够到达10.4.0.0的错误信息。

    从接口X发出的路由更新中不能包括那些出口也为X的路由信息。

  2. 路由中毒

    定义最大值在一定程度上解决了路由环路问题，但并不彻底，可以看到，在达到最大值之前，路由环路还是存在的。为此，路由中毒就可以彻底解决这个问题。其原理是这样的：假设有三台路由器ABC，当网络10.4.0.0出现故障无法访问的时候，路由器C便向邻居路由发送相关路由更新信息，并将其度量值标为无穷大，告诉它们网络10.4.0.0不可到达，路由器B收到毒化消息后将该链路路由表项标记为无穷大，表示该路径已经失效，并向邻居A路由器通告，依次毒化各个路由器，告诉邻居10.4.0.0这个网络已经失效，不再接收更新信息，从而避免了路由环路。

  3. 毒性反转

  4. 抑制

  5. 触发更新

题目

  1. 距离向量路由算法采用哪些方法来减少路由环路？（ABCD）

    • A、

      水平分割

    • B、

      毒性反转

    • C、

      抑制

    • D、

      触发更新

OSPF路由协议

LS与DV的不同

采用链路状态路由协议的路由器不是交换到达目的地的距离，而是收集所有的链路信息来维护一张网络拓扑结构图，进而根据这个拓扑图计算最佳路由。当网络拓扑结构发生变化时，只需要将相应记录而非整个数据库通知其他节点，收到信息的各路由器相应地修改自身的链路状态数据库，并重新计算路由后，就可以继续正常工作了。

OSPF

OSPF是开放最短路径优先协议，基于链路状态的内部网关协议。

Router ID

一台路由器要运行OSPF协议，必须存在Router ID，这个可以手工配置，如果没有ID号，则：

  1. 若系统当前配置了Loopback接口的IP地址，则选择最后配置的Loopback接口的IP作为router id。
  2. 若系统当前没有配置Loopback接口，则选取第一个配置并UP的物理接口的IP地址作为router id。

区域（Area）

OSPF将自治系统（AS）划分为多个区域，最重要的区域是骨干区域0，可以实现一种分级的管理。

对于物理上与骨干区域不连续的区域，需要配置虚连接（virtual links）来保持与骨干区域在逻辑上的连续性。虚连接是在两台ABR之间，通过一个非骨干区域内部路由而建立的一条逻辑上的连接通道。

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区域边界路由器（ABR, Area Border Router）：连接骨干区域与非骨干区域的路由器。

路由聚合

AS被划分为不同的区域后，每一个区域通过ABR相连，区域间可以通过路由汇聚来减少路由信息，减少路由表的规模。

OSPF中关键的表

邻居表

LSDB

路由表

DR和BDR

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OSPF报文

有5种OSPF报文：

  1. Hello报文：发现，维持邻居关系，选举DR，BDR

  2. DD（Database Description）报文：用于形成LSDB

    路由器使用DD报文进行主从路由器的选举和数据库摘要信息的交互，Router ID大的作为主路由器；DD报文包含LSA的头部信息，用来描述LSDB的摘要信息

  3. LSR（LSA Request）报文：请求LSA

  4. LSU（LSA Update）：收到LSR后，应答LSA

  5. LSACK（Link State ACK）：收到LSU后，对LSU进行确认

邻居状态机

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在2-way状态时，双方都已经建立了邻居关系，这时可以进行发送数据信息了。

ExStart表示双方可以发送信息了。

启动OSPF

OSPF支持多进程，一台路由器上启动的OSPF进程之间由不同的进程号区分。OSPF进程号在启动OSPF时进行设置，它只在本地有效，不影响与其他路由器之间的报文交换。

如果在启动OSPF时不指定进程号，将使用缺省的进程号1；关闭OSPF时不指定进程号，缺省关闭进程号1。

在同一个区域中的进程号必须一致。

OSPF路由协议实验

网络拓扑图如下所示，请使用OSPF路由协议配置各台路由器，使得PC1、PC2、PC3可以互相连通。

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  1. 配置R1的接口IP地址，loopback接口地址

    1
    2
    int g0/0/0
    ip address 192.168.1.1 24
    1
    2
    int g0/0/1
    ip address 192.168.10.1 24
    1
    2
    int loopback1
    ip address 192.168.31.11 24 #设置loopback接口地址

  2. 配置R2,R3的，和R1类似

  3. 配置各个主机的IP和默认网关

题目

  1. 哪些类型的网络需要指定路由器？（AD）

    • A、

      广播类型

    • B、

      点到点类型

    • C、

      点到多点类型

    • D、

      非广播多路访问

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    缺失模块。
    1、请确保node版本大于6.2
    2、在博客根目录（注意不是yilia根目录）执行以下命令：
    npm i hexo-generator-json-content --save

    3、在根目录_config.yml里添加配置： 

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很惭愧<br><br>只做了一点微小的工作<br>谢谢大家