下面是交換機、路由器及其相關網絡知識

交換機

1、交換機簡介

【交換機】是全雙工通信，沒有沖突。集線器是總線型網絡拓撲，所有主機屬於一個沖突域；網橋采用半雙工方式，減小了沖突域，半雙工是單向數據流，發生沖突的可能性高，通過集線器連接。交換機有兩個重要的參數，就是背板帶寬和PPS（每秒數據包數），對於100Mbps的全雙工接口，PPS可達到290萬。其中，LAN交換機具有以下特點：較高的端口密集度、大型幀緩沖區、支持各種端口速度混合、快速內部交換模式。快速內部交換模式可分為直通、存儲轉發、免分片三部分，直通轉發就是快速轉發，只關註前6位目的地址；免分片，就是每個數據取64字節，不足64字節的直接丟棄。

2、交換機功能

交換機具有【學習、轉發、過濾】三個功能，具體解釋如下：

學習，就是當交換機接收到一個數據幀時，交換機將源MAC地址與接收數據幀的交換機端口綁定起來存入交換機內部的MAC地址表中，如果接受到的源MAC地址不存在交換機的MAC地址表中，就直接將該條MAC地址存入交換機MAC地址表；如果接收到的MAC地址存在交換機的MAC地址表中，就修改該地址的時間戳；冬天學習的MAC地址能在交換機的MAC地址表中存在300秒。

轉發，分為有目的轉發和無目的轉發兩種；有目的轉發，就是當交換機接收到數據幀的源MAC地址時，在他自身的MAC地址表中存在該MAC地址條目，就將數據幀經由MAC地址對應的端口轉發出去；無目的轉發，就是當交換機接收到數據幀的源MAC地址時，在他自身的MAC地址表中沒有該MAC地址條目，經過泛洪轉發數據幀。

過濾，就是交換機接收到一個目的地址的MAC地址對應的端口和接收數據幀的端口是同一個端口，這樣的數據幀不給予轉發。

3、交換機中，以太網通信過程

【交換以太網】的數據通信過程如下，和雙機互聯相比，在主機之間添加了交換機：

1）、確定目的IP地址，通過手動輸入或DNS解析獲得

2）、應用程序選擇傳輸層所使用的協議，該過程使用UDP協議

3）、UDP進行數據封裝，送給下層IP協議進行進一步封裝

4）、IP協議根據目的IP和源IP進行進一步數據封裝，並試圖交給網絡訪問層

5）、網絡訪問層求助ARP協議，如果ARP協議沒有緩存目的IP地址，UDP數據包暫存內存中，並發送ARP請求，ARP請求從源主機出發，被交換機接收，交換機判斷自己的MAC地址表中是否有目的IP地址的MAC地址，在學習了地址之後，根據目的MAC地址進行泛洪或者是單播轉發；目的主機接收到ARP請求數據後，緩存源主句的IP地址和MAC地址，並將自己的IP地址和MAC地址響應給源主機，交換機先接收目的主機發來的IP地址和MAC地址，將其緩存至交換機的MAC地址表中，在通過單播轉發給源主機；源主機獲得目的主機的MAC地址，並將其緩存至ARP緩存中，進行下一步。如果ARP協議已經緩存了目的主機的MAC地址，直接進行下一步。

6）、根據ARP緩存中目的MAC地址封裝並發送數據

7）、交換機接收數據後，根據其MAC地址表中的地址進行單播轉發。

4、交換機分類

Cisco有兩種類型的交換機，【nexus】高端核心交換機和【catalyst】中低端交換機。Cisco的IOS操作系統，是網絡的操作系統，主要用在交換機和路由器上，交換機中的IOS只有幾兆大小，路由器中的IOS有幾十兆大小。 同樣的，華為或H3C的操作系統為Comware。兩種操作系統都是使用命令行界面。IOS軟件能承載所選的網絡協議和功能，具有連通性（設備間高速傳輸）、安全性（控制訪問）、可擴展性（接口和容量可變）、可靠性。Catalyst的硬件由7部分組成，分別是CPU、RAM、NVRAM、FLASH、ROM、Interface(Ethernet和console)、back-bone。

以太網交換機，其三種接口類型為：Ethernet（10Mbps）、FastEthernet（100Mbps）、GigabitEthernet（1000Mbps）

5、交換機操作系統

IOS和Comware操作系統組成

IOS是一個【模式化】的操作系統，具有以下模式：（1）、用戶模式，提示符為：>；（2）、特權模式（使能模式），提示符為：#；（3、）全局配置模式，提示符為：(config)#；（4）、接口配置模式，提示符為：(config-int)#；（5）、vlan配置模式，提示符為：(vlan)# 或(config-vlan)#；（6）、路由模式，提示符為：(config-router)#。

Comware是【基於視圖】的操作系，具有如下視圖，（1）、用戶視圖，提示符為：userview；（2）、系統視圖，提示符為：sysview；（3）、接口視圖；（4）、vlan視圖；（5）、路由視圖。

6、交換機層級與安全

Cisco的【查看】命令為 show，【保存】命令為 write。推薦使用 copy running-config startup-config 保存當前的配置到NVRAM。

華為的查看命令為 display，保存命令為 save，保存當前的配置到NVRAM。對於查看display命令，display current-config：用來查看當前正在RAM中運行的配置文件；display saved-config：查看保存MVRAM中的配置文件。

對於交換機的安全，有【三種密碼】，分別是用戶模式的密碼、特權模式的密碼、遠程連接的密碼。用戶模式的密碼，就是進入模式之前必須輸入密碼，在console線的配置模式中進行配置。特權模式的密碼，就是進入特權模式之前必須輸入密碼，是在全局模式中配置執行enable命令後所需要的密碼，設置密碼使用password/secret。遠程連接的密碼，通過telnet服務遠程連接到交換機，並進入特權模式之前輸入密碼，是在遠程客戶端上通過telnet遠程連接後，進入用戶模式所需要的密碼。

交換機的【連接層級】，可分為三層：核心層、分布層、接入層。核心層高速傳輸，進行核心路由器和分布站點之間的傳輸；分布層提供鏈路策略，提供多個接入層的交換機；接入層提供多個接口。連接層級架構模式有優點，但也有不足，例如：廣播風暴、幀的多重副本、MAC地址表的抖動。為了解決連接架構模式的不足，采用了【生成樹協議】，將最小ID的交換機作為生成樹的根，建立樹形無環拓撲結構，造成端口邏輯阻塞，使交換機不能正常發送和接收數據流量。

7、交換機技術

交換機使用的技術：vlan和ftp

交換機的【vlan技術】中，主要有接入接口和中繼接口兩種接口，接入接口就是只能傳遞某個特定的vlan數據，由接入接口連接起來的鏈路稱為接入鏈路，access鏈路；中繼接口就是可以同時傳遞多個vlan數據，還可以通過不同的標簽來區分不同的valn數據，由中繼接口連接起來的鏈路稱為中繼鏈路，trunk鏈路。除了這兩種主流接口外，在華為的交換機上，還有一種Hybrid超級橋接接口，能夠傳遞指定的多個vlan的數據。中繼鏈路的封裝協議為IEEE 802.1Q（dot1Q）。

VLAN具有以下三個特點，即分段、靈活性、安全性。VLAN的基本編號為1-1005，擴展編號為1006-4094，同時，VLAN還可以用名稱表示。

交換機互聯技術分為三部分，即接入層交換機、分布層交換機（2臺）、核心層交換機（2臺）

【stp生成樹協議】是為了避免物理環路而產生的，生成樹協議有很多種，如：快速生成樹協議（RSTP）、多實例生成樹協議MST(MSTP)、每vlan生成樹協議（pvst）。生成樹協議由四部分組成，【根橋、根端口、指定端口、非指定端口】。經過生成樹協議算法的選擇，最終每個環路都會選出一個被阻塞的端口，該端口稱為非指定端口，處於阻塞狀態；在阻塞狀態下，該端口只能接收【BPDU數據幀】，不能發送BPDU，也不能收發普通的數據幀。一旦拓撲結構發生變化， 位於變化一端的交換機會生成一個叫做"TC"的BPDU數據幀；該幀會傳遍整個網絡，也會被處於阻塞狀態的端口接收；一旦處於阻塞狀態的端口接收到該類數據幀，其會試圖自動轉換狀態至轉發狀態以用於進行正常數據幀收發；從而可以實現鏈路的冗余備份；一旦損壞的網段修復，重新計算生成樹。

生成樹的根橋、根端口、指定端口、非指定端口四部分構成如下：

（1）、每個物理環中有一個【根橋】，橋ID最小的即為根橋；橋ID = 橋優先級 + 橋MAC地址 ；其中，橋優先級是第一參考標準，範圍為0-65535，默認的橋優先級為32768；橋MAC地址是交換機管理接口的MAC地址，是第二參考標準，通常會認為是vlan1虛擬接口的MAC地址。

（2）、每個非根橋有一個【根端口】，根端口是處於轉發狀態的端口，可以用於進行正常的數據幀發送和接收。根端口的選擇標準有兩個，分別是開銷值和端ID。對於開銷值，從該端口到達根橋的開銷值最小，即為根端口；根據帶寬計算路徑開銷為：10000Mbps為2；1000Mbps為4；100Mbps為19；10Mbps為100；對於多條路徑，開銷值可以進行累加。如果非根橋的兩個端口到達根橋的開銷值相同，則比較兩個端口的端口ID，【端口ID最小】的即為根端口；端口ID：端口優先級 + 端口的MAC地址；端口優先級是第一參考標準，範圍為0-255，默認值為128；端口MAC地址是第二參考標準，是物理端口的MAC地址。

（3）、每個網段有一個【指定端口】，指定端口是處於轉發狀態的端口，可以用於進行正常的數據幀發送和接收。從每個網段中選擇指定端口，從該端口到達根橋的開銷值最小，即為指定端口，根橋上的端口一定是指定端口(根橋的端口到達根橋的開銷值為0)；如果某網段上的兩個端口到達根橋的開銷值相同，則比較端口所在的交換機的橋ID，橋ID小的就是指定端口。

（4）、【非指定端口】，經過生成樹協議算法的選擇，最終每個環路都會選出一個被阻塞的端口，該端口稱為非指定端口，處於阻塞狀態；在阻塞狀態下，該端口只能接收BPDU數據幀，不能發送BPDU，也不能收發普通的數據幀。

例如，接口為2n，則根橋為1，根橋接口為(n-1)，指定端口為n。

Cisco Catalyst交換機支持三種類型的STP分別是：PVST+、PVRST+、MSTP 使用的命令為 Switch(config)# spanning-tree mode {pvst|rapid-pvst}

華為交換機支持三種類型STP為：STP、RSTP、MSTP。

路由器

1、路由器簡介

【路由】的4個基本元素為進制、數碼、基數、位權。進制即進位計數制；數碼即構成路由的數字符號；基數即進制位，10進制為10,2進制為2；

位權即數碼加權，整數部分位權為：基數^(位-1)，小數部分為：基數^(-位)。例如：2^7=10000000（二進制） ；2^7=128（十進制）；2^7=200（八進制） ；2^7=80（十六進制）。二進制轉換時，任意三位二進制數字都可以對應一位八進制數字，任意四位二進制數字都可以對應一位十六進制數字。

2、路由轉發及路由表的產生

路由器根據【路由表】來轉發數據包，路由器根據路由表來進行數據轉發，如果路由表中有跟數據包目的IP地址對應的路由條目，則按照相關路由條目轉發；如果路由表中沒有跟數據包的目的IP地址對應的路由條目，則丟棄數據包。路由器分隔廣播域，擁有已分配了IP地址的網絡適配器。路由器的4大組件為：CPU、主板、RAM、ROM。路由器可以分為控制臺、網絡兩種類型的接口。

路由表的產生：路由表是一組具有一定標準格式的數據信息，如果是管理員手動的添加到路由表中的信息，這類路由的信息稱為【靜態路由】；如果是路由器之間通過特定協議相互通告得到的路由信息，稱為【動態路由】； 一般來講，靜態路由永久有效，動態路由在特定的時間範圍內有效。用路由器連接的多個網絡應該具有【不同的廣播地址】 。

3、路由格式

【路由格式】：路由條目的來源 目標網絡地址 [管理距離/度量值] via 下一跳地址

（1）、路由條目來源：C：直接路由，在路由器的物理接口上配置的IP地址對應的路由條目

S：靜態路由

D、R、O、O E1、O E2、D EX、B：動態路由

S*：靜態默認路由

D*、O*：動態默認路由

（2）、目標網絡地址：網絡地址，即主機為全為0的IP地址。利用目標網絡地址所標識的子網掩碼與數據包中目的IP地址進行邏輯與運算，將得到的結果與"目標網絡地址"進行對比，如果完全相同，才算匹配，則轉發；否則就匹配下一條路由條目；如果所有的路由條目跟目標IP地址均不匹配，則丟棄數據包；

（3）、管理距離：評價路由選擇方式的好壞的，是衡量路由信息來源的可靠性的標準；數字越小越好，越大越差。

cisco和華為對路由器管理距離的定義不同，【cisco路由器的管理距離】定義為：直連路由(0)、靜態路由(1)、EIGRP(90)、IGRP(100)、OSPF(110)、RIPv2(120)、靜態默認路由(254)、不可達路由(255)。【華為路由器的管理距離】定義為：直連路由(0)、OSPF(40)、靜態路由(60)、RIP(120)、靜態默認路由(254)、不可達路由(255)。

（4）、度量值：度量值是衡量路徑的成本的；在同一種選路方式中，度量值越小的路徑越好；管理距離和度量值用來評判路徑是否優秀的，或者說，這是路由選擇的依據 ，越小越好。

RIP為跳數，是經過的路由器的個數，其度量值的最大值為15；

OSPF為開銷(成本)，計算公式為：COST=10^8/帶寬，註意，此處帶寬的單位是bps，其度量值的最大值為65535；

EIGRP為復合度量值，與帶寬、延遲、負責量、可靠性、MTU有關，其度量值的最大值：2^32

（5）、下一跳地址（出站接口的編號）:如果路由器可以正常將數據包路由出去，則該參數指示此次路由數據的方向；

4、廣播域及子網劃分

【廣播域】即邏輯網段，由路由器分隔，分隔廣播域就是分隔邏輯網段，是微分段的方式。交換機用來分隔【沖突域】，分隔沖突域就是分隔邏輯網段，是子網劃分的方式。【子網】劃分了許多小型網絡，易於管理，總流量少，易於使用網絡安全策略，子網利用【子網掩碼】來進行劃分。

子網掩碼是32位二進制數字，用子網掩碼的1表示網絡位，子網掩碼的0表示主機位。子網掩碼的功能是與IP地址做與運算，然後求出網絡位，同一個邏輯網段，網絡位必須相同。路由的IP地址分為兩類，有類IP地址（默認按類別匹配）和無類IP地址（手動輸入），例如無類IP地址的前綴表示法：172.16.1.2/24（24位掩碼）。

【子網劃分】，實際上就是增加了IP地址中的網絡位，減少了IP地址中的主機位，減少了廣播域，減少了網段中主機的數量，便於網絡管理和安全測略的應用。增加了多少個網絡位，就增加了（2^網絡位）個子網，主機位全為0叫做網絡地址，主機位全為1叫做廣播地址，網絡位最多為30位，即主機位最少占用2位。

主類網絡中，每個網絡包含的IP地址數量可能很龐大，而在整個網絡中，一旦該主類網絡被使用，其他網絡即不能使用該主類網絡內的所有IP地址；因此，我們可以劃分多個子網，把主類網絡劃分為多個合適的子網。子網劃分的實質是增加網絡中網絡的數量，減少主機的數量。如說不進行子網劃分，我們只能使用主類網絡。

使用ping命令來檢測主機之間的連通性，其返回結果有能連通、不能連通兩種，但是如果沒有連通時，無法進一步定位故障點。

使用traceroute對路由信息進行跟蹤，將路由接口的IP地址信息返回主機。

5、路由技術

路由技術：路由協議和NAT(網絡地址轉換)

【NAT】為網絡地址轉換，進行NAT的前提是，IP地址被劃分為公有地址和私有地址；公有地址可以直接訪問互聯網，互聯網中的各個路由器為所有的公有地址提供路由；私有地址只能在局域網內使用，互聯網中的各個路由器不會為私有地址提供任何路由。NAT會被配置在互聯網邊界路由器上，在數據發送的過程中，通常會使用全局地址替換本地地址；也就是說，最終封裝在數據包上的源和目的IP地址，都是全局地址。

比較常用的NAT有SNAT和DNAT兩種，SNAT是使私有IP地址的主機能夠訪問到互聯網資源的方法，將局域網接入互聯網；DNAT與SNAT相反，DNAT數據通信的目的地是某個局域網內的主機或服務器，是訪問局域網內服務器的方法。

為了實現NAT轉換的正常進行，在路由器內部，保存了一個NAT表；對於每臺路由器而言，NAT表是實現NAT的依據；生成NAT表的方式，有靜態和動態兩種，靜態即管理員手動的完成，格式為：ip nat inside source static Inside_local Inside_global，動態即由路由器自動執行完成，格式為ip nat inside source Inside_local Inside-global [overload]。

附：

R：RIPv2（路由信息協議版本2）

D：EIGRP（加強內部網關路由協議）

O：OSPF（開放最短路徑優先協議）

B：BGP（邊緣網關協議）

交換機、路由器簡介