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网络互联技术与实践教程（汪双硕、姚羽）——第三章局域网交换技术_备用链路是什么

作者：小丑西瓜9 | 2024-02-09 12:28:14

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备用链路是什么

第三章局域网交换技术

3.1 虚拟局域网技术

3.1.1 局域网中的广播

局域网中的广播是一种网络通信方式，它允许一台计算机向局域网中的所有计算机发送消息，而不需要知道每台计算机的IP地址或物理地址。

在局域网中，广播消息被发送到一个特殊的IP地址，即广播地址。广播地址是一个由网络ID和主机ID组成的IP地址，其中主机ID全部为1。例如，如果局域网的IP地址为192.168.1.0，那么广播地址就是192.168.1.255。当计算机向这个地址发送消息时，所有连接到该局域网的计算机都将收到该消息。

广播可以用于各种目的，如在网络中查找可用的服务、发送时间同步信息、向所有计算机发送紧急通知等。然而，广播也可能会导致网络拥塞和安全问题，因此需要谨慎使用。

3.1.2 VLAN技术概述

VLAN（Virtual Local Area Network）是一种虚拟局域网技术，它可以将一个物理局域网划分为多个逻辑上独立的子网络，每个子网络之间互不干扰。这种技术可以提高网络的性能、可靠性和安全性。

VLAN技术通过将不同的物理交换机端口分配到不同的虚拟网络中，来实现网络划分。这些虚拟网络的成员可以基于不同的因素进行分类，例如基于部门、应用程序、地理位置等。通过这种方式，可以将同一物理交换机中的设备分为不同的逻辑组，每个组可以进行不同的管理和策略设置，从而提高网络的管理灵活性和安全性。

VLAN技术有两种实现方式：基于端口的VLAN和基于标记的VLAN。基于端口的VLAN是指根据物理交换机端口将设备分组，这种方式简单易用，但缺乏灵活性。基于标记的VLAN是指在数据帧中添加VLAN标记，根据标记将设备分组，这种方式更加灵活，但需要更高级的网络设备来支持。

总之，VLAN技术是一种灵活、安全、高效的网络管理方式，可以提高网络的可靠性和安全性，对于复杂的企业网络和数据中心网络尤为重要。

以下是VLAN的一些优点和作用：

提高网络性能：VLAN可以根据不同的应用需求将网络划分为多个虚拟局域网，避免了广播风暴、冲突等问题，从而提高网络的性能和可靠性。

加强网络安全：通过VLAN，可以将不同的部门或用户划分到不同的VLAN中，从而限制其访问和控制其流量，提高网络的安全性。

简化网络管理：通过VLAN，可以将网络划分为多个逻辑上独立的部分，方便网络管理员对不同部分进行管理和维护。

提供灵活性：VLAN可以随时根据需要动态地调整网络的拓扑结构，增加或删除虚拟局域网，从而提高网络的灵活性和可扩展性。

降低成本：VLAN可以减少网络设备的数量和复杂度，从而降低网络建设和维护的成本。

3.1.3 划分VLAN的技术

划分VLAN的技术主要包括以下几种：

端口划分：这是最常见的VLAN划分技术之一，将交换机上的不同端口划分到不同的VLAN中，从而实现不同VLAN之间的隔离。

MAC地址划分：这种技术将不同的MAC地址划分到不同的VLAN中，这种方法需要交换机支持MAC地址表。

IP地址划分：这种技术将不同的IP地址划分到不同的VLAN中，通常使用在需要区分多个网络服务的场合。

协议划分：这种技术将不同的协议划分到不同的VLAN中，可以使得不同的协议不会相互干扰。

802.1Q VLAN 标签划分：这种技术在数据帧的头部中添加VLAN标签，通过VLAN标签来区分不同的VLAN。

根据IP 组播划分 VLAN：IP 组播实际上也是一种 VLAN 的定义,即认为一个组播组就是一个 VLAN。这种划分的方法,将 VLAN 扩大到了广域网，因此具有更大的灵活性,而且也很容易通过路由器进行扩展。当然,这种方法不适合局域网，主要是因为效率不高。

总之，不同的VLAN划分技术有各自的优缺点，具体的选择需要根据实际需求来决定。同时，需要注意的是，不同厂商的交换机可能支持的技术不同，因此需要仔细选择交换机和技术来实现VLAN划分。

3.1.4 实现基于端口VLAN划分技术

基于端口VLAN划分技术是一种在交换机上实现虚拟局域网（VLAN）的方法。这种方法通过将交换机端口划分为不同的VLAN，从而将不同的物理网络设备隔离开来，提高网络的安全性和管理灵活性。

以下是实现基于端口VLAN划分技术的步骤：

配置交换机端口

首先，需要配置交换机的端口，以将它们划分到适当的VLAN。这可以通过交换机的命令行界面（CLI）或图形用户界面（GUI）完成。

创建VLAN

接下来，需要创建VLAN以将设备分组。可以使用CLI或GUI创建VLAN，为每个VLAN指定ID和名称。

分配端口到VLAN

将交换机端口分配到它们所属的VLAN。可以使用CLI或GUI执行此操作。为每个端口指定所属的VLAN ID。

配置VLAN接口

要使VLAN之间的通信成为可能，需要为每个VLAN配置一个虚拟接口。虚拟接口是交换机上的逻辑接口，用于与其他VLAN通信。可以使用CLI或GUI为每个VLAN创建虚拟接口，并为每个接口分配IP地址和子网掩码。

配置路由器

如果需要在不同的VLAN之间进行通信，则需要在路由器上配置路由。可以使用CLI或GUI为每个VLAN配置路由，并为每个VLAN分配IP地址和子网掩码。

测试通信

最后，测试VLAN之间的通信是否正常工作。可以使用ping命令或其他网络工具测试不同VLAN之间的通信。

总之，实现基于端口VLAN划分技术需要完成以下步骤：配置交换机端口，创建VLAN，分配端口到VLAN，配置VLAN接口，配置路由器，测试通信。通过这些步骤，可以实现一个安全、高效、灵活的网络，将不同的设备隔离开来，并提高网络管理的灵活性。

基于端口划分VLAN的命令通常用于配置交换机上的VLAN。以下是一些常用的命令：

创建VLAN


switch# configure terminal
switch(config)# vlan <vlan-id>
switch(config-vlan)# name <vlan-name>

其中，<vlan-id>为VLAN ID号，<vlan-name>为VLAN名称。

指定端口到VLAN

指定端口到VLAN的命令可以使用交换机的命令行界面（CLI）或图形用户界面（GUI）来完成。

语法格式：

switchport access VLAN VLAN-id

其中，VLAN-id是要指定的VLAN的ID。此命令将端口设置为访问模式，并将其划分到指定的VLAN中。

例如，要将端口1划分到VLAN10，可以使用以下命令：


interface ethernet 1
switchport mode access
switchport access vlan 10

这将把端口1设置为访问模式，并将其划分到VLAN10中。

要将端口从一个VLAN划分到另一个VLAN，可以使用相同的命令，并指定新的VLAN ID。例如，要将端口1从VLAN10划分到VLAN20，可以使用以下命令：


interface ethernet 1
switchport mode access
switchport access vlan 20

如果要删除端口的VLAN配置，可以使用以下命令：


interface ethernet 1
no switchport access vlan

这将删除端口的VLAN配置，并将其恢复为默认状态。

下面是一个示例代码，将交换机接口GigabitEthernet1/0/1指定到VLAN 10：


Switch(config)# interface GigabitEthernet1/0/1
Switch(config-if)# switchport mode access
Switch(config-if)# switchport access vlan 10

要取消接口的VLAN指定，可以使用以下命令：


Switch(config)# interface GigabitEthernet1/0/1
Switch(config-if)# no switchport access vlan

这将从接口上删除VLAN指定，并将其重置为默认值。

当一个端口的VLAN配置被删除时，它将被恢复为默认状态。在大多数情况下，交换机上的默认状态是将端口配置为access模式，并将其划分到默认的VLAN 1中。

因此，当使用以下命令删除端口的VLAN配置时：


interface ethernet 1
no switchport access vlan

端口1将被恢复为默认的access模式，并被划分到VLAN 1中。这意味着所有从该端口发送和接收的数据帧都将被标记为属于VLAN 1，并且只能与同一VLAN中的设备进行通信，除非进行进一步的配置更改。

也就是说默认有VLAN1，创建别的可以从2开始

3.1.5 VLAN标识

VLAN标识是用于唯一标识一个VLAN的数字。在IEEE 802.1Q标准中，VLAN标识被定义为12位二进制数，允许定义最多4096个不同的VLAN。

VLAN标识的范围是1-4094，其中0和4095是保留的。VLAN标识0用于标识未标记的数据帧（即未在数据帧中明确指定VLAN标识），而VLAN标识4095用于保留所有VLAN的数据帧（即VLAN trunking）。

在实际网络中，VLAN标识通常是管理员根据需要分配的。例如，可以将VLAN 10用于管理网络，VLAN 20用于销售部门，VLAN 30用于研发部门等。使用不同的VLAN标识可以将不同的部门或用户隔离在不同的网络中，从而提高网络安全性和性能。

需要注意的是，不同的网络设备可能对VLAN标识的支持有所不同。在配置VLAN时，需要确保所使用的设备支持所选用的VLAN标识，并且在所有相关设备之间保持一致。

接入链路

接入链路（Access Link）是指连接主机或终端设备到交换机端口的链路。在接入链路中，交换机端口通常被配置为access模式，只能接收和发送属于同一VLAN的数据帧。因此，接入链路上的设备只能与同一VLAN中的其他设备进行通信，而不能与其他VLAN中的设备进行直接通信。

接入链路是企业网络中的重要组成部分，通常用于将主机或终端设备连接到交换机或其他网络设备上，以实现网络接入。接入链路提供了网络边缘的连接，使用户能够访问企业内部网络和互联网资源。接入链路的性能和可靠性对整个网络的性能和可靠性至关重要。

为了提高接入链路的性能和可靠性，可以采用多种技术，包括链路聚合、链路冗余、QoS（服务质量）等。例如，链路聚合可以将多个物理链路组合成一个逻辑链路，以提高带宽和冗余性；链路冗余可以使用STP（生成树协议）等协议来避免网络环路和单点故障；QoS可以对不同类型的流量进行优先级和带宽管理，以确保网络性能和服务质量。

2. 干道链路

干道链路（Trunk Link）是指连接交换机之间的链路。在干道链路中，交换机端口通常被配置为trunk模式，可以接收和发送属于多个VLAN的数据帧。因此，干道链路可以在不同的VLAN之间传输数据，使不同的VLAN之间可以直接通信。

干道链路通常在企业网络中用于连接不同的交换机或其他网络设备，以扩展网络规模和容量。干道链路可以提供高带宽、低延迟和冗余性，从而提高网络性能和可靠性。在干道链路中，可以使用诸如VLAN trunking协议（如802.1Q）等技术来标记和传输不同VLAN之间的数据帧。

需要注意的是，干道链路的配置需要在不同的交换机之间进行协调和一致性。在配置干道链路时，需要确保各个交换机的干道链路端口的配置一致，并且在不同交换机之间传输的数据帧可以正确地被标记和路由到正确的VLAN中。

干道链路的性能和可靠性对整个企业网络的性能和可靠性至关重要。因此，在设计和配置干道链路时，需要考虑网络规模、容量、带宽、冗余性等因素，并采取适当的技术和措施来提高干道链路的性能和可靠性。

3.1.6 基于标识划分技术

当同一个 VLAN 中所有成员都位于同一台交换机时,成员之间通信十分简单。与末划分 VLAN时一样,从一个端口发出数据直接转发到同一 VLAN 内部相应成员端口。由于 VLAN 划分通常按逻辑功能而非物理位置进行,位于同一VLAN中的成员设备跨越任意物理位置的多个交换机的情况更为常见。在没有技术处理的情况下，一台交换机上 VLAN 中的信号无法跨越交换机传递到另一台交换机同一 VLAN 成员中。

在同一 VLAN 中的成员设备位于不同的交换机上时，需要使用 VLAN Trunking Protocol (VTP) 技术来实现 VLAN 之间的通信。VTP 是一种交换机之间的协议，它可以自动同步 VLAN 配置信息，以便在不同交换机之间传递 VLAN 数据包。

要完成跨交换机 VLAN 之间信号的识别，并实现 VLAN 的内部成员跨越多台交换机之间通信，需要使用 IEEE 802.1Q 协议标准草案定义的 VLAN 标签格式和桥接规则。

具体来说，当一个 VLAN 数据包从一个交换机传递到另一个交换机时，发送交换机会在数据包中添加一个 VLAN 标签，这个标签包含了 VLAN 的 ID 号和优先级等信息。接收交换机会根据这个标签来识别数据包所属的 VLAN，并将数据包转发到相应的 VLAN 成员端口上。

IEEE 802.1Q 协议标准草案还规定了跨交换机之间同一 VLAN 的通信桥接规则，包括以下几个方面：

VLAN 标识符：每个 VLAN 都有一个唯一的 VLAN ID 号，这个号码包含在 VLAN 标签中，用于标识数据包所属的 VLAN。

VLAN Trunk 连接：当数据包需要跨越多个交换机时，需要使用 VLAN Trunk 连接来传递 VLAN 数据包。

VLAN 数据包过滤：当一个交换机收到一个 VLAN 数据包时，如果这个数据包不属于这个交换机上的任何一个 VLAN，那么这个数据包将被丢弃。

VLAN 数据包转发：当一个交换机接收到一个 VLAN 数据包时，它会根据 VLAN 标签来确定数据包所属的 VLAN，并将数据包转发到相应的 VLAN 成员端口上。

总的来说，IEEE 802.1Q 协议标准草案定义了一种标准化的 VLAN 实现方案，可以帮助实现跨交换机 VLAN 之间的通信。在网络设计和配置时，需要按照这个标准来配置 VLAN，以确保 VLAN 数据包能够正确地传递和识别。

802.1Q 标签头是在支持 802.1Q 协议的主机发送数据包时添加到以太网帧头中的一个 4 字节的标签。它包含以下几个字段：

Tag Protocol Identifier (TPID)：占用 2 个字节，固定取值为 0x8100，用于标识这个标签是 802.1Q 协议的标签。

VLAN Tag Control Information (TCI)：占用 2 个字节，包含了以下三个字段：

Priority Code Point (PCP)：占用 3 位，用于表示数据包的优先级。取值范围为 0-7，其中 7 表示最高优先级。

Canonical Format Indicator (CFI)：占用 1 位，用于指示 MAC 地址是否采用规范格式，取值为 0 或 1。

VLAN Identifier (VID)：占用 12 位，用于标识数据包所属的 VLAN。取值范围为 1-4094，其中 0 和 4095 为保留值。

计算机网卡接口不支持 802.1Q 协议，因此在计算机发送出数据包的以太网帧头中不包含 802.1Q 标签头的 4 个字节。交换机端口可以分为 Tag 端口和 Access 端口两种类型，其中 Tag 端口支持接收和发送带有 802.1Q 标签头的数据包，而 Access 端口不支持。当多台交换机分别配置 VLAN 后，可以使用 Trunk 方式实现跨交换机 VLAN 连通。在 Trunk 模式下，交换机端口承载所有 VLAN 的数据帧，不属于某个特定的 VLAN。

在计算机网络中，"tagging" 的意思是为数据帧添加标记，以便在网络中传输时识别该帧属于哪个 VLAN 或者其他的网络标识。在交换机中，Tag 端口也叫做 Trunk 端口，它能够识别并处理带有 VLAN 标签的数据帧，因此被称为 Tag 端口。

Access 端口不需要添加 VLAN 标签，因为它们只连接到一个 VLAN。Access 端口的主要作用是为连接到交换机的设备提供网络接入，并将它们接入到正确的 VLAN 中。因此，它们被称为 Access 端口，因为它们提供对 VLAN 的访问权限，同时也为连接到交换机的设备提供了网络接入。

在计算机网络中，Trunk 的意思是一种将多个 VLAN 数据帧打包在一起进行传输的技术。Trunk 端口通常用于连接交换机之间的链路，以便实现 VLAN 跨越多个交换机的连通性，因此被称为 Trunk 端口

在 802.1Q Tag VLAN 技术支持模式下，交换机可以通过 trunk 端口传递不同 VLAN 的数据帧，从而实现跨交换机 VLAN 成员之间的通信。

举个简单通俗的例子，假设有两个交换机 SwitchA 和 SwitchB，它们之间通过 trunk 端口相连，并且在 SwitchA 上有两个 VLAN：VLAN10 和 VLAN20，而在 SwitchB 上也有两个 VLAN：VLAN30 和 VLAN40。现在有两台设备 Device1 和 Device2，它们分别连接在 SwitchA 和 SwitchB 上，并且都被划分到 VLAN10 中。此时，如果 Device1 想要向 Device2 发送数据，那么数据包将经过以下步骤：

Device1 发出数据包，数据包中包含源 MAC 地址、目的 MAC 地址和 VLAN10 的 VLAN 标签。

SwitchA 接收到数据包，根据 VLAN10 的 VLAN 标签查找转发表，发现目的 MAC 地址对应的设备连接在 SwitchB 上。

SwitchA 将数据包通过 trunk 端口发送给 SwitchB。

SwitchB 接收到数据包，根据 VLAN10 的 VLAN 标签查找转发表，发现目的 MAC 地址对应的设备连接在自己的端口上。

SwitchB 将数据包转发到目的设备 Device2。

通过以上步骤，可以看出，交换机可以通过 trunk 端口将不同 VLAN 的数据包传递到不同的交换机之间，从而实现跨交换机 VLAN 成员之间的通信。这种方式可以提高网络的灵活性和可扩展性，同时也可以提高网络的安全性，因为不同 VLAN 之间的数据包是隔离的，可以有效地防止不同 VLAN 之间的干扰和攻击。

在 VLAN 配置中，可以使用 switchport mode 命令指定一个接口为 access port 或 trunk port 的模式。如果一个接口模式是 access，则该接口只能为一个 VLAN 的成员。而如果一个接口模式是 trunk，则该接口可以属于多个 VLAN 成员，这种配置称为 Tag VLAN。Trunk 接口默认可以传输本交换机支持的所有 VLAN。通过这种方式，可以将不同的设备划分为不同的 VLAN，从而实现网络管理的逻辑结构的灵活性。

以下是一个基于 Cisco IOS 的交换机的命令代码例子：

创建 VLAN10：


Switch(config)#vlan 10  // 创建一个 VLAN ID 为 10 的 VLAN
Switch(config-vlan)#name Sales  // 为 VLAN10 命名为 Sales

创建 VLAN20：


Switch(config)#vlan 20  // 创建一个 VLAN ID 为 20 的 VLAN
Switch(config-vlan)#name Marketing  // 为 VLAN20 命名为 Marketing

将端口 GigabitEthernet1/0/1 配置为 access 端口，并将其加入到 VLAN10：


Switch(config)#interface GigabitEthernet1/0/1  // 进入 GigabitEthernet1/0/1 的接口配置模式
Switch(config-if)#switchport mode access  // 将该接口设置为 access 端口
Switch(config-if)#switchport access vlan 10  // 将该接口加入到 VLAN10

将端口 GigabitEthernet1/0/2 配置为 trunk 端口，并允许 VLAN10 和 VLAN20 通过该端口传输：


Switch(config)#interface GigabitEthernet1/0/2  // 进入 GigabitEthernet1/0/2 的接口配置模式
Switch(config-if)#switchport mode trunk  // 将该接口设置为 trunk 端口
Switch(config-if)#switchport trunk allowed vlan 10,20  // 允许 VLAN10 和 VLAN20 通过该端口传输

查看 VLAN 配置信息：


Switch#show vlan brief  // 显示交换机上所有 VLAN 的信息
Switch#show vlan id 10  // 显示 VLAN ID 为 10 的 VLAN 的详细信息
Switch#show interface GigabitEthernet1/0/1 switchport  // 显示端口 GigabitEthernet1/0/1 的配置信息

这些命令可以用于在 Cisco IOS 交换机上创建、配置和管理 VLAN，包括创建 VLAN、将接口配置为 access 或 trunk 端口、指定 VLAN 成员、查看 VLAN 配置信息等。请注意，不同厂商的交换机可能会有略微不同的命令语法和选项，因此请参考相应的用户手册或文档。

3.1.7 实现虚拟局域网之间的通信

VLAN 是一种将网络设备逻辑上划分为不同的虚拟局域网的技术，它可以将同一 VLAN 中的设备隔离开来，从而避免广播风暴和冲突等问题。同时，VLAN 技术也可以通过交换机主干链路 Trunk 技术实现跨交换机 VLAN 之间的成员通信。

然而，不同 VLAN 之间的设备无法直接进行通信，因为 VLAN 隔离了各个不同 VLAN 之间的通信。如果需要实现这种跨 VLAN 通信，可以借助三层技术来实现。一种常见的方法是使用路由器，将不同 VLAN 连接到不同的接口上，通过路由器实现 VLAN 之间的通信。另一种方法是使用具有三层功能的三层交换机，它可以在不同 VLAN 之间进行路由转发，实现 VLAN 之间的通信。

需要注意的是，不同 VLAN 之间的通信需要经过路由器或三层交换机进行转发，因此会增加网络的延迟和负载，同时也需要配置相应的路由规则和访问控制策略来保证网络的安全性。

利用路由器实现VLAN间的同行

在使用路由器实现 VLAN 间互相通信时，与构建横跨多台交换机的 VLAN 的情况类似。当每个交换机上只有一个 VLAN 时，可以将每个 VLAN 视为一个子网络，分配一个子网地址。交换机和路由器之间的连接使用不同的接口，并向每个接口分配一个同网段的子网地址，作为交换机所连接网段的网关。激活路由器后，通过路由器上自动生成的直连路由，就可以实现 VLAN 间的成员通信。

需要注意的是，在路由器上需要为每个 VLAN 配置一个虚拟接口，并将其与相应的 VLAN 绑定。同时需要在路由器上配置直连路由，将不同 VLAN 之间的流量进行路由转发。在测试通信之前，还需要配置访问控制策略，确保网络的安全性。

相当于不同的网络用路由器连起来

在交换网络中，路由器主要用于不同网络之间的数据交换，而交换机主要用于局域网内部的数据交换。如果需要实现不同 VLAN 之间的通信，可以使用路由器来实现。路由器可以通过路由协议对数据包进行处理和转发，从而实现不同 VLAN 之间的互相通信。

但是，与交换机相比，路由器的处理速度和转发能力较低，因为路由器需要进行更多的处理，例如查找路由表和进行路由选择等。因此，在设计网络架构时，需要根据实际情况来选择合适的网络设备和架构，以满足网络性能的要求。如果需要在交换网络中实现 VLAN 间的通信，并且网络规模较大，可以考虑使用三层交换机或者分布式路由技术来提高网络性能。

2. 三层交换机配置技术

目前,市场上最高档路由器的最大处理能力为每秒 25 万个包,而最高档交换机的最大处理能力则在每秒 1000 万个包以上,二者相差 40 倍。在交换网络中,尤其是大规模的交换网络,没有路由功能是不可想象的。然而,路由器的处理能力又限制了交换网络的速度,这就是三层交换所要解决的问题。

三层交换机的本质就是将交换机和路由器两者的优势有机地结合起来，实现带有路由功能的交换机。它可以同时支持二层和三层交换功能，可以像普通交换机一样进行二层数据转发，也可以像路由器一样进行 IP 数据包的路由转发，从而实现 VLAN 之间的通信。

相比于传统的路由器，三层交换机具有以下优势：

高速路由：三层交换机内置的路由模块使用 ASIC 硬件进行处理，可以实现高速路由。

高带宽连接：路由与交换模块是汇聚链接的，由于是内部连接，可以确保相当大的带宽。

多功能性：三层交换机不仅具有基本的交换功能，还具有路由功能，每个物理接口还可以作为一个路由接口连接一个子网络。

策略管理：三层交换机引入了策略管理属性，可以提供流量优先化处理、安全访问机制以及其他多种功能，使第二层与第三层相互关联起来。

要在三层交换机上开启路由功能并将物理接口配置为路由接口，可以使用以下配置命令：

进入全局配置模式：

switch# configure terminal

开启路由功能：

switch(config)# ip routing

进入物理接口配置模式：

switch(config)# interface interface-id

其中，interface-id 是需要开启路由功能的物理接口编号。

将物理接口配置为路由接口：

switch(config-if)# no switchport

配置 IP 地址：

switch(config-if)# ip address ip-address subnet-mask

其中，ip-address 和 subnet-mask 分别表示该物理接口的 IP 地址和子网掩码。

激活该物理接口：

switch(config-if)# no shutdown

退出物理接口配置模式：

switch(config-if)# exit

保存配置：


switch(config)# end
switch# copy running-config startup-config

以上命令将该物理接口配置为路由接口，并在该接口上配置了 IP 地址。配置完成后，该物理接口将可以进行路由转发，并可以连接一个子网。

如果需要关闭物理接口的路由功能，可以使用以下命令：

进入物理接口配置模式：


switch# configure terminal
switch(config)# interface interface-id

其中，interface-id 是需要关闭路由功能的物理接口编号。

将物理接口配置为交换接口：

switch(config-if)# switchport

这个命令将把物理接口的模式从路由模式切换到交换模式，使其可以参与交换机的交换操作。

关闭物理接口：

switch(config-if)# shutdown

这个命令将关闭物理接口，使其无法参与交换机的交换和路由操作。

退出物理接口配置模式：

switch(config-if)# exit

保存配置：


switch(config)# end
switch# copy running-config startup-config

这个命令将当前配置保存到闪存中，以便在交换机重启后保留配置。

总之，以上命令将关闭物理接口的路由功能，并将其恢复为交换接口，使其可以参与交换机的交换操作。

3. 使用三层交换机路由功能实现子网络互通

在使用三层交换机路由功能实现 VLAN 间互相通信时,与构建横跨多台交换机的VLAN时的情况类似。当每个交换机上只有一个 VLAN 时,接入交换机分别和三层交换机的三个不同接口进行连接。

把连接的二层交换接口的交换功能关闭,开启其路由功能,此时三层交换机的每一个接口所连接的每一个 VLAN相当于一个子网络,分配一个子网地址。路由器的每一个接口分配一个同网段子网地址,相当于交换机所连接网段的网关,激活路由器后,通过路由器上自动生成的直连路由就可以实现三个 VLAN 间的成员通信。

4. 三层交换机实现虚拟局域网之间的通信

三层交换机具有二层交换机和三层路由器的优点，既能够实现快速的交换和转发，又能够实现不同子网之间的高速传输。在使用 VLAN 技术隔离网络流量时，不同的 VLAN 之间是不能相互通信的，需要使用三层交换机的路由功能来实现 VLAN 间的通信。开启三层交换机的 SVI 接口（虚拟接口）方法可以实现 VLAN 间的路由。

在图3-20所示的拓扑结构中,在每台二层交换机上都分别划分 VLAN 10和 VLAN20，VLAN 10的工作站IP 地址为 192.168.1.1，VLAN 20 的工作站IP 地址为192.168.2.1。那么，怎样使用三层交换机实现在不同的 VLAN 间的互访呢?

具体操作过程如下：

在三层交换机上创建 VLAN

创建 VLAN 10 和 VLAN 20，并为每个 VLAN 创建虚拟接口 SVI，分别设置 IP 地址为 192.168.1.10 和 192.168.2.10：


Switch(config)# vlan 10
Switch(config-vlan)# name VLAN10
Switch(config-vlan)# exit
Switch(config)# interface vlan 10
Switch(config-if)# ip address 192.168.1.10 255.255.255.0
Switch(config-if)# no shutdown
 
Switch(config)# vlan 20
Switch(config-vlan)# name VLAN20
Switch(config-vlan)# exit
Switch(config)# interface vlan 20
Switch(config-if)# ip address 192.168.2.10 255.255.255.0
Switch(config-if)# no shutdown

配置二层交换机

在二层交换机上创建 VLAN 10 和 VLAN 20，并将各个接口划分到相应的 VLAN：


Switch(config)# vlan 10
Switch(config-vlan)# name VLAN10
Switch(config-vlan)# exit
Switch(config)# interface GigabitEthernet 1/0/1
Switch(config-if)# switchport mode access
Switch(config-if)# switchport access vlan 10
 
Switch(config)# vlan 20
Switch(config-vlan)# name VLAN20
Switch(config-vlan)# exit
Switch(config)# interface GigabitEthernet 1/0/2
Switch(config-if)# switchport mode access
Switch(config-if)# switchport access vlan 20

设置工作站网关

将 VLAN 10 中的工作站网关设为 192.168.1.10，将 VLAN 20 中的工作站网关设为 192.168.2.10。这样，在工作站发送数据包时，数据包会首先到达二层交换机，然后被转发到三层交换机的相应 VLAN 的 SVI 接口，最终实现 VLAN 间的通信。


工作站1: 192.168.1.2/24, gateway: 192.168.1.10
工作站2: 192.168.2.2/24, gateway: 192.168.2.10

需要注意的是，在使用这种方法时，需要将工作站的网关设置为相应 VLAN 的 SVI 接口的 IP 地址，这样工作站才能够与不同 VLAN 中的设备进行通信。同时，需要在三层交换机上开启 IP 路由功能，以便实现不同 VLAN 间的互访。

3.2 生成树协议

在一个局域网中，如果存在环路，那么数据包在环路中不断地被转发，最终可能导致网络拥塞，甚至崩溃。如下图所示，当存在两条链路时，如果不采用任何措施，数据包会不断地在两条链路之间循环传递，导致网络拥塞。

为了防止这种情况的发生，需要一种机制来消除环路。这就是生成树协议（STP）的作用。STP 通过选举一个根交换机，并在网络中剔除冗余链路，从而消除环路，确保网络的连通性和可靠性。具体来说，STP 通过以下两个步骤实现：

选举根交换机

STP 会选举一个根交换机，根交换机是网络中优先级最高的交换机。选举根交换机的过程中，每个交换机会发送 BPDU（Bridge Protocol Data Unit）消息，包含了交换机的优先级和 MAC 地址等信息。交换机会将接收到的 BPDU 进行比较，选择优先级最高的交换机作为根交换机。如果优先级相同，则比较 MAC 地址。

剔除冗余链路

在选举出根交换机后，每个交换机会计算到根交换机的路径成本，并选择最短路径。如果有多条路径成本相同，则会选择连接到根交换机的优先级更高的交换机。同时，为了防止网络中的环路，STP 会将不必要的链路进行剔除，只保留最短路径。

因此，STP 是为了保证网络中没有环路，从而保证网络的连通性和可靠性。它是网络中非常重要的协议之一，应用广泛。

3.2.1 交换网络中冗余链路

在局域网中，为了提高网络连接可靠性,经常提供冗余链路。冗余可以防止整个交换网络因为单点故障而中断，但它也会带来一些问题,例如广播风暴、多重顿复制,以及MAC 地址表的不稳定性。

广播风暴

广播风暴是指当一个节点向网络中广播数据包时，其他节点也向网络中广播数据包，从而导致大量数据包在网络中传输，造成网络拥堵或崩溃的现象。广播风暴通常发生在一个有环路的局域网中，因为广播数据包可能会在网络中无限循环，导致广播风暴。

广播风暴可能会导致以下问题：

网络拥堵：大量的广播数据包在网络中传输，会占用大量的带宽，导致网络拥堵，使网络变得非常缓慢甚至崩溃。

数据丢失：由于网络拥堵，数据包可能会被丢失，从而导致数据传输的不完整或失败。

网络不可用：如果广播风暴严重到导致网络不可用，整个网络将无法正常工作，影响业务的正常进行。

多重帧的复制

多重帧的复制是指当局域网中存在多条冗余链路时，一个数据帧可能会通过不同的路径被复制多次，从而导致网络中出现多个相同的数据帧。这种现象也被称为顿挫现象（Broadcast/Multicast Storm），会占用大量的带宽，并可能导致网络拥堵和性能下降。

多重帧的复制可能会导致以下问题：

带宽浪费：由于同一个数据帧被复制多次，会占用大量的带宽，导致其他数据传输变慢或失败。

网络拥堵：由于大量的数据帧在网络中传输，会占用大量的带宽，导致网络拥堵，使网络变得非常缓慢甚至崩溃。

数据丢失：由于网络拥堵，数据包可能会被丢失，从而导致数据传输的不完整或失败。

3. MAC地址表的不稳定性

MAC地址表的不稳定性是指当局域网中存在多条冗余链路时，交换机可能会收到来自同一个主机的多个MAC地址，从而导致MAC地址表的不稳定。这种情况下，交换机可能会将同一个主机的数据包发送到不同的端口，从而导致网络中出现乱流和丢包等问题。

MAC地址表的不稳定性可能会导致以下问题：

乱流：由于同一个主机的数据包被发送到不同的端口，会导致网络中出现乱流，从而影响网络的性能和可靠性。

丢包：由于数据包被发送到不正确的端口，可能会导致数据包丢失或传输不完整，从而影响网络的正常工作。

3.2.2 生成树协议概述

冗余链路：冗余链路是指在局域网或广域网中，为了提高网络的可靠性和容错性而设置的备用链路。在一个网络中，如果只有一条链路连接两个设备，当这条链路出现故障时，两个设备之间的通信就会中断。而使用冗余链路可以在主链路出现故障时，自动地将数据流量切换到备用链路，保证网络的连通性和可靠性。冗余链路通常是通过在网络拓扑结构中设置多个链路来实现的，如果主链路出现故障，备用链路将会自动接管数据传输。冗余链路是一种常见的网络设计策略，可以提高网络的可靠性和容错性，减少因为链路故障所导致的网络中断时间和数据丢失。

但是,如果交换机不知道如何处理冗余环路,将造成网络中出现广播风暴,并导致网络瘫痪。为了保持一个冗余网络的安全优势,同时防止因为环路所导致的各种问题,网络中交换机设备必须具有下列功能。

发现环路的存在：交换机需要能够发现网络中的环路，以便及时采取措施消除环路，防止出现广播风暴和其他问题。

将冗余链路中的一个设为主链路，其他设为备用链路：交换机需要能够将冗余链路中的一个设为主链路，其他设为备用链路，确保只有主链路在工作，保证网络的可靠性和稳定性。

只通过主链路交换流量：交换机需要能够只通过主链路交换流量，防止数据在冗余链路中出现多次循环，避免出现广播风暴和其他问题。

定期检查链路的状况：交换机需要能够定期检查链路的状况，以便及时发现链路故障，做出相应的处理，确保网络的可靠性和稳定性。

如果主链路发生故障，将流量切换到备用链路：交换机需要能够在主链路发生故障时自动将流量切换到备用链路，确保网络的连通性和可靠性。

为了解决冗余链路引起的问题,IEEE 通过了 IEEE 802.1d 协议,即生成树协议。生成树协议很好地完成了这些要求。STP 协议的基本思想十分简单,如同自然界中生长的树是不会出现环路,网络如果也能够像一棵树一样连接就不会出现环路。

IEEE 802.1d 协议通过在交换机上运行一套复杂的算法,使余端口置于“阻塞状态”,使得网络中的计算机在通信时只有一条链路生效,而当这个链路出现故障时,IEEE802.1d 协议将会重新计算出网络的最优链路,将处于“阻塞状态”的端口重新打开,从而确保网络连接稳定可靠。

第一代生成树协议：STP/RSTP
STP（Spanning Tree Protocol）是IEEE 802.1D协议中的一种生成树协议，它通过消除网络中的环路，实现网络的可靠性和容错性。STP协议的缺点是收敛速度慢，容易发生链路阻塞和带宽浪费等问题。为了克服这些问题，IEEE 802.1w标准提出了一种快速生成树协议RSTP（Rapid Spanning Tree Protocol），它能够快速地收敛，减少链路阻塞和带宽浪费，提高网络的可靠性和性能。

第二代生成树协议：PVST/PVST+
PVST（Per VLAN Spanning Tree）和PVST+是思科公司基于STP/RSTP协议开发的一种生成树协议，它可以为每个VLAN建立独立的生成树，从而提高网络的可靠性和性能。PVST+协议还支持多实例生成树，可以在一个交换机上支持多个生成树实例，从而提高网络的灵活性和可扩展性。

第三代生成树协议：MISTP/MSTP
MSTP（Multiple Spanning Tree Protocol）是IEEE 802.1s标准中的一种生成树协议，它可以支持多实例生成树，每个实例可以包含多个VLAN，从而实现更灵活的网络拓扑结构。MSTP协议还可以通过配置端口优先级和端口成本等参数，实现更精细的链路控制和负载均衡。MSTP协议是目前最常用的生成树协议之一，广泛应用于各种企业网络和数据中心网络中。

以下针对第一代做介绍。

3.2.3 生成树协议

STP协议的主要思想是通过建立一棵无环树来避免网络中出现环路，从而保证网络的可靠性和容错性。当网络中存在冗余链路时，STP协议会选举一个根交换机，并将一些链路置于“阻塞”状态，只允许主链路激活，从而消除网络中的环路。当主链路因故障而被断开后，备用链路才会被打开，从而确保网络的连通性和可靠性。

STP协议不是主备链路的概念，而是在冗余链路中选择一条最优路径作为主链路，其他链路则被置于“阻塞”状态。当主链路出现故障时，STP协议会重新计算生成树，选择一条新的最优路径作为主链路，并将之前被“阻塞”的链路重新打开，从而保证网络的连通性和可靠性。

IEEE 802.1d是STP协议的第一个版本，它确实会检测网络中的环路，并将其中的链路置于“阻塞”状态。但是，在交换机间存在多条链路时，并不是只启动最主要的一条链路，而是通过计算到根交换机的路径成本来确定每个交换机在生成树中的位置，并将非最优路径的链路置于“阻塞”状态。当主链路出现问题时，STP协议会重新计算生成树，选择新的最优路径作为主链路，并将之前被“阻塞”的链路重新打开，从而确保网络的连通性和可靠性。

大家知道,自然界中生长的树是不会出现环路的,如果网络也能够像树一样生长就不会出现环路。于是,STP 协议中定义了根交换机(Root Bridge)、根端口(Root Port)、指定端口(Designated Port)和路径开销(Path Cost)等概念,目的就在于通过构造一自然树的方法达到阻塞冗余环路的目的,同时实现链路备份和路径最优化。STP 协议的本质就是利用图论中的生成树算法,对网络的物理结构不加改变,而在逻辑上切断环路,阻塞某些交换机端口，提取连通图,形成一个生成树，以解决环路所造成的严重后果。

网桥协议数据单元

要实现这些功能,交换机之间必须要进行一些信息的交流,这些信息交流单元就称为桥协议数据单元(Bridge Protocol Data Unit,BPDU)。STP BPDU 是一种二层报文，目的MAC是多播地址 01-80-C2-00-00-00,所有支持 STP 协议的交换机都会接收并处理收到的 BPDU 报文。该报文的数据区里携带了用于生成树计算的所有有用的信息。

交换机通过交换,BPDU 来获得建立最佳树形拓扑结构所需的信息。生成树协议运行时,交换机使用共同的组播地址 01-80-C2-00-00-00 来发送 BPDU。

BPDU 数据的报文结构组成通常包括以下字段：

Protocol ID：标识 BPDU 所属的协议类型，通常为 0x0000 或 0x0002。

Version：标识 BPDU 所使用的协议版本，通常为 0x00。

BPDU Type：标识 BPDU 的类型，包括配置 BPDU 和 TCN BPDU 两种。

Flags：一些标志位，用于标识 BPDU 的一些属性，如 BPDU 是否为根 BPDU、是否为 TCN BPDU 等。

Root ID：标识当前生成树的根交换机的 ID。

Root Path Cost：标识从当前交换机到根交换机的路径开销。

Bridge ID：标识当前交换机的 ID。

Port ID：标识当前交换机的端口 ID。

Message Age：标识 BPDU 的年龄，即 BPDU 发送后经过的时间。

Max Age：标识 BPDU 的最大生存时间，即 BPDU 在网络中存活的最长时间。

Hello Time：标识 BPDU 发送的时间间隔，即 BPDU 发送的频率。

Forward Delay：标识 BPDU 的转发延迟时间，即交换机在收到 BPDU 后需要等待多长时间才会开始转发数据帧。

以上是常见的 BPDU 数据报文结构组成。不同的生成树协议可能会有不同的 BPDU 报文结构，但通常都包含这些基本字段。交换机通过交换 BPDU 报文来了解网络中其他设备的存在和状态，并根据这些信息来构建和维护最佳的树形拓扑结构。

根交换机选举

在生成树协议中，根交换机是整个网络中的中心节点，它负责控制生成树的构建和维护。根交换机的选举是生成树算法的核心部分，它决定了整个网络的拓扑结构和数据流转路径。

根交换机的选举过程如下：

每个交换机都有一个优先级（Priority），通常默认为 32768。优先级越高的交换机越有可能成为根交换机。如果有多个交换机的优先级相同，则比较它们的 MAC 地址，MAC 地址较小的交换机优先级更高。

如果有多个交换机都在同一时间内成为了候选根交换机，则选择 Bridge ID 最小的交换机作为根交换机。Bridge ID 是由优先级和 MAC 地址组成的。

选举出根交换机后，交换机会将自己的 Bridge ID 和根交换机的 Bridge ID 发送出去，以便其他交换机了解当前的拓扑结构。

所有的交换机都会收到这些信息，并根据它们来计算到根交换机的距离，以及自己在生成树中的位置。

如果根交换机失效或离线，那么就会重新进行选举过程，从而选择新的根交换机。

需要注意的是，根交换机的选举是一个动态的过程，它会随着网络拓扑的变化而不断调整。如果网络中新增了交换机或者某个交换机失效，那么就可能会导致根交换机的重新选举，从而重新构建生成树。

根交换机选举的过程是生成树算法的关键，它决定了整个网络的拓扑结构和数据流转路径。因此，在设计和部署网络时，需要对生成树算法进行仔细的规划和配置，以确保网络能够高效、稳定地运行。

这样的机制就使高优先级的信息在整个网络中传播,BPDU 的交流就有了下面的结果：

网络中选择了一个交换机为根交换机(Root Bridge)。

在生成树协议中，交换机会进行根交换机的选举，选取 Bridge ID 最小的交换机作为根交换机。根交换机是整个网络的起点，所有的数据流都会从根交换机开始转发。

每个交换机都计算出了到根交换机的最短路径

交换机会通过 BPDU 计算到根交换机的最短路径，也就是 Root Path Cost。每个交换机都会根据 BPDU 中的信息计算出到根交换机的最短路径，并记录下来。

除根交换机外的每个交换机都有一个根口(Root Port)，即提供最短路径到 Root Bridge 的端口。

除了根交换机之外，每个交换机都会选择一个端口作为根端口，提供最短路径到根交换机。根端口是指提供到根交换机的最短路径的端口，每个交换机都会选择一个端口作为根端口，其他的端口都是指定端口。

每个 LAN 都有了指定交换机(Designated Bridge)，位于该 LAN 与根交换机之间的最短路径中。指定交换机和 LAN 相连的端口称为指定端口(Designated Port)。

在生成树协议中，每个 LAN 都会有一个指定交换机，指定交换机是该 LAN 上的交换机中 Bridge ID 最小的交换机。指定交换机和 LAN 相连的端口称为指定端口，指定端口是提供到指定交换机的最短路径的端口。指定交换机和指定端口的存在可以保证数据在 LAN 中的正确转发。

根口和指定端口进入转发 Forwarding 状态。

在生成树协议中，根口和指定端口可以进入转发状态，转发状态是指端口可以进行数据转发的状态。经过协议计算，根口和指定端口被确定为提供最短路径的端口，可以进行数据转发。

其他的冗余端口就处于阻塞状态(Discarding)。

在生成树协议中，除了根口和指定端口之外的其他端口都被视为冗余端口，这些端口会被设置为阻塞状态，阻塞状态是指端口不能进行数据转发，但仍可以接收 BPDU。通过设置冗余端口为阻塞状态，可以避免环路的产生，保证网络的稳定运行。

3. STP的选举工作过程

首先进行根交换机的选举，通过比较交换机的 Bridge ID（包括优先级和 MAC 地址）来选举根交换机。在图中，假设所有交换机的优先级都一样，那么 MAC 地址最小的交换机 SW1 成为根交换机。

接下来，其他交换机会选择一条到根交换机的最短路径，并选择对应端口作为根端口。在图中，假设 SW3 到从端口1到根交换机的路径开销是 19，而从端口 2 经过 SW2 到根交换机的路径开销是 4+4=8，则SW2 的端口 2 成为根端口，进入转发状态。同理,SW2的端口2成为根端口,端口1成为指定端口,进入转发状态。

同时，每个 LAN 中需要选举一个指定交换机，作为该 LAN 的代表。在图中，SW1 的所有端口都成为指定端口，因为它是根交换机。其他交换机则会选择到指定交换机的路径最短的端口作为指定端口，用于转发数据包。

最后，STP 会禁用非指定端口，以避免出现环路。如果一个交换机的某个端口不是指定端口，则该端口会被禁用，不参与数据包的转发。

4. 最短路径的选择

在 STP 中，每个端口都有一个与之相关的路径开销值，即端口到根交换机的路径开销。交换机通过比较不同路径开销值来确定根端口和指定端口。

在计算出最短根路径开销后,交换机对应的端口成为根端口，进入转发状态表3-5中列出了不同标准的路径开销取值范围。

5. 根端口和指定端口的确认

在 STP 中，根端口是指从一个交换机到根交换机的路径开销最小的端口，也就是到根交换机的最短路径的端口，用于转发数据包。如果有多个端口具有相同的根路径开销，则交换机会选择端口标识符（即端口号）小的端口作为根端口。

指定交换机是指在一个 LAN 中与根交换机连接且根路径开销最小的交换机，代表该 LAN 参与 STP 的选举过程。指定交换机与 LAN 相连的端口被称为指定端口，用于转发数据包。如果在指定交换机中有两个以上的端口连接到同一个 LAN 上，则具有最高优先级的端口会被选为指定端口，而其他端口则被禁用。

需要注意的是，根交换机上的端口也可以成为指定端口，但是除根端口之外的端口都可以成为指定端口。这是因为根交换机的路径开销值为 0，所以它的所有端口都是到根交换机的最短路径，因此可以成为指定端口。而其他交换机的端口则需要通过计算路径开销值来确定到根交换机的最短路径，选出最佳的指定端口。

以图 3-41 为例，网络链路带宽均为百兆链路,STP的工作过程如下:

(1)通过比较交换机 IP,交换机Z成为根交换机,它的端口0成为指定端口

(2)通过计算最短根路径开销,交换机X和Y的端口 0成为根端口。

(3)交换机 X 和交换机 Y的端口 1同时连接在一个 LAN上,通过比较优先顺序,交换机X的端口1成为指定端口。

(4)所有根端口和指定端口进入转发状态,其他端口(交换机Y的端口1)被禁用,进人阻塞状态。

6. STP的端口状态和拓扑变化

STP（Spanning Tree Protocol）通过端口状态的变化来适应网络拓扑的变化，保证网络的稳定性。在 STP 中，每个端口都有三种状态：阻塞状态、学习状态和转发状态。STP 根据网络拓扑的变化，自动调整端口的状态。

阻塞状态（Blocked）：在 STP 的初始状态或拓扑变化时，所有端口都进入阻塞状态。在阻塞状态下，端口无法转发数据包，并且只能接收 BPDU 信息，用于交换机之间的协商和选举。阻塞状态的端口不参与数据的传输，以避免出现环路。

学习状态（Learning）：在 STP 将网络拓扑计算出来后，交换机会选择一些端口进入学习状态。在学习状态下，端口可以接收并记录其他交换机发送的 MAC 地址，但是不会转发数据包。学习状态的目的是为了学习交换机之间的 MAC 地址，以便于后续的转发操作。

转发状态（Forwarding）：在 STP 计算出网络拓扑之后，交换机会选择根端口和指定端口进入转发状态。在转发状态下，端口可以接收并转发数据包，从而实现交换机之间的通信。

STP 中，共有五种端口状态，包括：

禁止状态（Disable）：端口被禁用，不转发数据，不接收 BPDU。

阻塞状态（Blocking）：端口不转发数据，只接收 BPDU 信息，用于交换机之间的协商和选举。

侦听状态（Listening）：端口不转发数据，只侦听数据帧，用于确定根交换机和指定端口。

学习状态（Learning）：端口不转发数据，只学习地址，用于建立 MAC 地址表。

转发状态（Forwarding）：端口转发数据，学习地址，用于交换机之间的通信。

当网络拓扑发生变化时，STP 会重新计算网络拓扑，并调整端口的状态。如果某个端口的状态发生变化，STP 会发送 BPDU 信息通知其他交换机，以便于其他交换机更新自己的拓扑信息。如果网络中出现了环路，STP 会自动选择某些端口进入阻塞状态，以避免数据包在网络中形成环路，从而导致网络拥塞甚至瘫痪。

3.2.4 快速生成树协议

STP协议的问题

STP 协议解决了交换链路冗余问题,在拓扑发生改变时,新的 BPDU 要经过一定的时延才能传播到整个网络，这个时延称为 Forward Delay,协议默认为 15s。在所有交换机收到这个变化的消息之前,若旧拓扑结构中处于转发状态的端口还没有发现自己应当在新的拓扑中停止转发,则可能存在临时环路。

在 STP 协议中，当拓扑发生变化时，需要一定的时间来更新端口状态和生成树。这个时间包括 Forward Delay 和最大保留时间，以及端口状态改变的时间。在默认状态下，BPDU 的报文周期为 2 秒，最大保留时间为 20 秒，端口状态改变的时间为 15 秒。当网络拓扑改变后，STP 要经过一定的时间才能够稳定，网络稳定是指所有端口或者进入转发状态或者进入阻塞状态。

IEEE 802.1w 是在 IEEE 802.1d 标准的基础上进行改进，旨在提高生成树协议的收敛速度。IEEE 802.1w 也被称为快速生成树协议（Rapid Spanning Tree Protocol，RSTP）。

2. 快速生成树协议

IEEE 802.1w 协议在 IEEE 802.1d 的基础上进行了改进，以提高生成树协议的收敛速度。相比于 STP，RSTP 在以下方面做了改进：

快速端口转发：RSTP 引入了快速转发状态，可以立即转发数据包，而不需要等待 Forward Delay 时间。这可以快速恢复网络，提高网络的可靠性和性能。

快速拓扑变化检测：RSTP 引入了 Proposal 和 Agreement BPDU，可以快速检测拓扑变化，并更新拓扑。这可以避免不必要的收敛时间，提高网络的可靠性和性能。

多实例支持：RSTP 支持多实例，可以同时管理多个生成树，提高网络的可靠性和性能。

IEEE 802.1w 协议使收敛过程由原来的 50s 减少为现在的约为 1s,因此IEEE 802.1w 又称为“快速生成树协议”

如图 3-44 所示,Switch A 发送 RSTP 特有 proposal 报文,Switch B 发现 Switch A 的优先级比自身高,就选 Switch A 为根桥,收到报文的端口为 Root Port,立即 forwarding,然后从Root Port 向 Switch A 发送 Agree 报文。Switch A 的 Designated Port 得到“同意”,也就forwarding 了。然后,Switch B 的 Designated Port 又发送 proposal 报文依次将生成树展开因此在理论上,RSTP 是能够在网络拓扑发生变化的一瞬间恢复网络树形结构,达到快速收敛。

3. RSTP的端口角色

在网络拓扑中，不同的设备和端口扮演不同的角色，其中RSTP的端口角色包括以下五种：

根端口（Root Port）：每个交换机只有一个根端口，它是连接到根交换机的最短路径端口。如果交换机本身就是根交换机，则所有端口都是根端口。根端口状态为 forwarding。

指定端口（Designated Port）：每个网段只有一个指定端口，它是连接到该网段的最短路径端口。指定端口状态为 forwarding。

替换端口（Alternate Port）：一旦根端口失效，该口就立刻变为根端口。

备份端口（Backup Port）：备份端口是指在某些情况下可能会成为指定端口的备选端口。例如，当一个交换机有两个端口都连接在同一个LAN上时，高优先级的端口将成为指定端口，低优先级的端口将成为备份端口。备份端口状态为 blocking。

未指定端口（Undesignated Port）：未指定端口是指当前不处于活动状态的端口，即 OperState 为 down 的端口。未指定端口的状态为 blocking。

4. RSTP的快速机制

快速生成树（RSTP）是一种快速收敛的环路保护协议，它可以快速地检测和处理网络拓扑变化，从而避免了网络环路和数据包丢失等问题，提高了网络的性能和可靠性。RSTP引入了一些快速机制，可以加速端口状态转换、BPDU 传输、失效端口检测和备份端口接管等过程。

具体地说，如果网络的拓扑变化是根端口的改变引起的，且有备选的端口可以成为新的根端口，则故障恢复的时间只需要根端口的切换时间，几乎可以立即完成。

如果是指定端口的变化引起的，且有备选的端口可以成为新的指定端口，则故障恢复的时间就是一次握手的时间，即发起握手和响应握手的端口各发送一次配置消息的时间。不过由于握手的扩散，恢复时间可能会更长。

如果拓扑变化是由于边缘端口的变化引起的，则不需要延时，网络的连通性不受任何影响。

但是，这种快速状态迁移需要满足一个前提条件，即发起握手的端口和响应握手的端口之间必须是一条点对点链路。

总之，RSTP可以有效地加快网络拓扑的收敛速度和提高网络的可用性，从而保证网络的高可靠性和高性能。

在快速生成树协议（RSTP）中，当一个端口状态发生变化时，它会向其他端口发送 BPDU 消息，以通知其他端口拓扑变化。当这些端口收到 BPDU 消息后，它们也会向其他端口发送 BPDU 消息，以通知它们网络拓扑的变化。这种 BPDU 消息的传递过程被称为“ 握手的扩散”（Handshake Propagation）。

在快速生成树协议（RSTP）中，如果一个端口的状态发生变化，它会向其他端口发送 BPDU 消息，以通知其他端口拓扑变化。为了避免握手的扩散，RSTP 引入了一些机制，例如 BPDUs 的快速传输、端口状态的快速转换、失效端口的快速检测和备份端口的快速接管等，以加速网络的状态转换和故障恢复，提高网络的性能和可靠性。但是，这种快速状态迁移需要满足一个前提条件，即发起握手的端口和响应握手的端口之间必须是一条点对点链路。

举个例子，假设一个网络中有两台交换机，它们之间通过一个链路相连，链路上有两个端口，分别连接到两台交换机。此时，网络的拓扑结构如下所示：


[Switch1]---Link---[Switch2]
  Port1           Port2

如果链路上的一个端口（例如 Port1）的状态发生变化，它会向另一个端口（例如 Port2）发送 BPDU 消息，以通知它网络拓扑的变化。由于 Port2 是响应握手的端口，它会快速响应 BPDU 消息，并进行状态转换，以适应拓扑变化。此时，RSTP 可以快速适应变化，而无需等待或延迟，从而保证了网络的高可用性和高性能。

然而，如果链路上有多个端口连接到不同的交换机，例如一个交换机连接到多个交换机，或者多个交换机通过一个交换机相互连接，那么这些端口之间就不再是一条点对点链路，快速状态迁移就不能保证可靠性，此时 RSTP 就需要进行状态转换和重新计算，并向其他端口发送 BPDU 消息，以确保整个网络的拓扑结构同步更新，从而保证网络的连通性和可靠性。

5. RSTP得端口状态与拓扑变化机制

快速生成树协议（RSTP）中每个端口的三种状态：丢弃（Discarding）、学习（Learning）和转发（Forwarding）。

具体来说：

丢弃状态（Discarding）：端口不对收到的数据帧进行转发，也不进行源 MAC 地址的学习。在这种状态下，端口只接收 BPDU 消息，用于生成树协议的计算和维护。通常，在端口首次启动时或者检测到拓扑变化时，端口会进入丢弃状态，以确保生成树的正确性和稳定性。

学习状态（Learning）：端口不对收到的数据帧进行转发，但进行源 MAC 地址的学习。在这种状态下，端口可以学习到其它设备的 MAC 地址，并将其保存在 MAC 地址表中。通常，在丢弃状态转换为转发状态之前，端口会进入学习状态，以确保 MAC 地址表的正确性和完整性。

转发状态（Forwarding）：端口对收到的数据帧进行转发，并进行源 MAC 地址的学习。在这种状态下，端口可以正常地接收和转发数据帧，从而实现网络通信。通常，在生成树计算完成后或者检测到备份端口或失效端口时，端口会进入转发状态，以确保网络的正常通信和数据流的连通性。

6. RSTP与STP的兼容性

RSTP 向下兼容 STP 协议,RSTP 保证了在交换机或端口发生故障后迅速地恢复网络连接。一个新的根端口可快速地转换到转发端口状态。局域网中的交换机之间显式的应答使指定的端口可以快速地转换到转发端口状态。

在理想的条件下,RSTP应当是网络中使用的默认生成树协议。由于 STP 与 RSTP之间的兼容性,由 STP到 RSTP 转换是无缝的。

RSTP协议可以与 STP 协议完全兼容,RSTP 协议会根据收到的 BPDU 版本号来自动判断与之相连的交换机是支持 STP 协议还是支持 RSTP 协议。如果是与 STP 交换机互连就只能按 STP的 forwarding 方法,过 30s 再 forwarding,无法发挥 RSTP的最大功效。

另外,RSTP和STP 混用还会遇到这样一个问题。Switch A 是支持 RSTP协议的Switch B 只支持 STP 协议,它们互连,Switch A 发现与它相连的是 STP 桥,就发 STP的BPDU来兼容它。但后来如果换了台 Switch c,它支持 RSTP 协议,但 Switch A 却依然在发STP的 BPDU,这样使 Switch C 也认为与之互连的是 STP 桥了，结果两台支持RSTP的交换机却以 STP 协议来运行,大大降低了效率。

为此,RSTP 协议提供了 protocol-migration 功能来强制发 RSTP BPDU，这样Switch A强制发了 RSTP BPDU,Switch C就发现与之互连的交换机是支持 RSTP的于是两台交换机就都以 RSTP 协议运行了。

可见,RSTP 协议相对于 STP 协议的确改进了很多。为了支持这些改进,BPDU的格式做了一些修改,但 RSTP 协议仍然向下兼容 STP 协议,可以混合组网。在理想的条件下,RSTP应当是网络中使用的默认生成树协议。由于 STP与 RSTP之间的兼容性由STP到RSTP 转换是无缝的。RSTP 协议可以与STP 协议完全兼容,RSTP 协议会根据收到的 BPDU版本号来自动判断与之相连的交换机是支持 STP 协议还是支持 RSTP协议。

3.2.5 配置生成树协议

开启、关闭STP协议

在 Cisco IOS 设备上，启用 STP 协议的命令为 spanning-tree，关闭 STP 协议的命令为 no spanning-tree。在 SwitchA 上启用 STP 协议的命令可以按照以下步骤进行：


// 进入全局配置模式
SwitchA#configure terminal
 
// 启用 STP 协议
SwitchA(config)#spanning-tree
 
// 配置 STP 模式为标准 STP（STP）
SwitchA(config)#spanning-tree mode stp
 
// 退出全局配置模式
SwitchA(config)#end

需要注意的是，启用 STP 协议后，交换机会自动计算生成树（STP）并防止网络出现环路。关闭 STP 协议可能会导致网络环路和数据包洪泛等问题，因此在关闭 STP 协议之前需谨慎考虑。一般来说，建议在网络中启用 STP 协议以确保网络的稳定性和可靠性。

在SwitchA 上启用RSTP命令为:


// 进入全局配置模式
SwitchA#configure terminal
 
// 启用 RSTP 协议
SwitchA(config)#spanning-tree
 
// 配置 STP 模式为 RSTP
SwitchA(config)#spanning-tree mode rstp
 
// 退出全局配置模式
SwitchA(config)#end

在SwitchA上关闭生成树命令为:


// 进入全局配置模式
SwitchA#configure terminal
 
// 关闭生成树协议
SwitchA(config)#no spanning-tree
 
// 退出全局配置模式
SwitchA(config)#end

2. 配置交换机优先级

交换机优先级默认值为 32768，共有 16 个取值，每个取值都是 4096 的倍数，具体取值如下：


0, 4096, 8192, 12288, 16384, 20480, 24576, 28672, 
32768, 36864, 40960, 45056, 49152, 53248, 57344, 61440

在进行生成树协议配置时，可以使用这些取值之一作为交换机的优先级值，以确定其在生成树计算中的角色。优先级值越低，交换机在生成树计算中的角色越重要，例如优先级值为 0 的交换机将成为根交换机（Root Bridge）。

设置交换机的优先级是非常重要的，可以影响整个网络的稳定性和可靠性。以下是将示例代码添加注释的格式：


// 进入全局配置模式
Switch(config)# spanning-tree
 
// 将交换机的优先级设置为 8192，优先级越低的交换机在生成树计算中拥有更高的权重
Switch(config)# spanning-tree priority 8192
 
// 退出全局配置模式
Switch(config)# end

在这个示例中，我们使用了 spanning-tree priority 命令将交换机的优先级设置为 8192，这样可以使交换机在生成树计算中的权重更高。如果要恢复默认值，则可以使用 no spanning-tree priority 命令。

需要注意的是，如果有多个交换机，优先级值应该唯一，以确保生成树计算的正确性。在进行优先级设置时，需要根据实际网络拓扑和需求进行合理的规划和设置，以确保网络的稳定性和可靠性。

3. 配置端口优先级

交换机端口优先级值也是 16 个，每个取值都是 16 的倍数，具体取值如下：

0, 16, 32, 48, 64, 80, 96, 112, 128, 144, 160, 176, 192, 208, 224, 240

在进行生成树协议配置时，可以使用这些取值之一作为交换机端口的优先级值，以确定其在生成树计算中的角色。优先级值越低，端口在生成树计算中的角色越重要，例如优先级值为 0 的端口将成为指定端口（Designated Port）。

要配置交换机端口的优先级，可以使用 spanning-tree port-priority 命令，例如：

Switch(config-if)# spanning-tree port-priority 64

这将把端口的优先级设置为 64。如果要恢复默认值，则可以使用 no spanning-tree port-priority 命令，例如：

Switch(config-if)# no spanning-tree port-priority

需要注意的是，在进行端口优先级配置时，应该根据实际网络拓扑和需求进行规划和设置，以确保网络的稳定性和可靠性。在进行优先级配置时，应该确保所有端口的优先级值唯一，以确保生成树计算的正确性。同时，端口优先级配置的改变可能会影响生成树计算的结果，因此应该谨慎配置，并在必要时进行测试和验证。

4. STP信息显示和检测命令

可以使用以下两个命令来显示交换机的生成树状态：

show spanning-tree 命令：用于显示交换机的生成树模式及相关状态，例如：


SwitchA# show spanning-tree
VLAN0001
  Spanning tree enabled protocol ieee
  Root ID    Priority    32769
             Address     0001.42a5.c600
             Cost        19
             Port        24 (GigabitEthernet1/0/24)
             Hello Time  2 sec  Max Age 20 sec  Forward Delay 15 sec
 
  Bridge ID  Priority    32769  (priority 32768 sys-id-ext 1)
             Address     0011.xxxx.xxxx
             Hello Time  2 sec  Max Age 20 sec  Forward Delay 15 sec
             Aging Time  300 sec

show spanning-tree interface <interface-id> 命令：用于显示指定接口的STP状态，例如：


SwitchB# show spanning-tree interface fastEthernet 0/1
Port 2 (FastEthernet0/1) of VLAN0001 is forward and in the forwarding state
  Port path cost 19, Port priority 128, Port Identifier 128.2.
  Designated root has priority 32769, address 0001.42a5.c600
  Designated bridge has priority 32769, address 0011.xxxx.xxxx
  Designated port id is 128.24, designated path cost 19
  Timers: message age 1, forward delay 0, hold 0
  Number of transitions to forwarding state: 1
  Link type is point-to-point by default
  BPDU: sent 25, received 0

需要注意的是，在进行STP状态的查看时，应该根据实际网络拓扑和需求进行规划和设置，以确保网络的稳定性和可靠性。同时，在进行调试和故障排除时，应该谨慎使用调试命令，避免对网络性能和稳定性造成不良影响。

3.3 以太网聚合链路

3.3.1 端口聚合概述

链路聚合技术可以帮助用户在局域网交换机之间或从交换机到高需求服务的许多网络连接中实现高带宽网络连接。IEEE 802.3ad(Link Aggregation Control Protocol, LACP)链路聚合控制协议定义了如何将两个或多个以太网链路组合起来，形成一个逻辑连接，这个逻辑连接被称为聚合端口(Aggregate port)。链路聚合技术可以实现负载共享、负载平衡和提供更好的弹性，从而提高网络的可靠性和性能。

具体来说，链路聚合技术通过将多个物理端口的链路连接捆绑在一起，形成一个逻辑连接来实现高带宽网络连接。这个逻辑连接可以看作是一个虚拟的高带宽通道，可以同时传输多个数据流。在这个通道中，数据流可以通过不同的物理链路进行传输，实现负载共享和负载平衡，从而提高网络的带宽利用率和性能。同时，链路聚合技术还可以提供更好的弹性，当某个物理链路发生故障时，可以自动切换到其他链路，保证网络的可靠性和稳定性。

总之，链路聚合技术是一种重要的网络技术，可以帮助用户实现高带宽网络连接，提高网络的可靠性和性能。

冗余链路

聚合端口是将交换机上的多个物理连接的端口在逻辑上捆绑在一起，形成一个拥有较大带宽的端口，从而实现均衡负载和提供冗余链路。聚合端口可以把多个端口的带宽叠加起来使用，最大可以达到800Mb/s或8Gb/s，这样可以提高网络的带宽利用率，从而提高网络的性能和可靠性。

IEEE 802.3ad符合标准，适用于10/100/1000Mb/s以太网。聚合在一起的链路可以在一条单一逻辑链路上组合使用上述传输速度，这样可以逐渐增加带宽，提高网络的可扩展性。在聚合链路中，数据流被动态地分布到各个端口，从而实现对实际流经某个端口的数据的管理。

除了提高网络性能外，IEEE 802.3ad还具有很高的可靠性。在链路速度可以达到8Gb/s的情况下，链路故障将是一场灾难。因此，关键任务交换机链路和服务器连接必须具有强大的功能和可靠性。即使一条电缆被误切断，链路聚合技术也可以自动地完成对实际流经某个端口的数据的管理，从而提高网络的可靠性。

链路聚合技术在点对点链路上提供固有的、自动的冗余性。如果链路中所使用的多个端口中的一个端口出现故障，网络传输流可以动态地改向链路中余下的正常状态的端口进行传输，从而避免了传输的中断。当交换机得知媒体访问控制地址已经被自动地从一个链路端口重新分配到同一链路中的另一个端口时，改向就被触发，然后这台交换机将数据发送到新端口位置，在服务几乎不中断的情况下，网络继续运行。

总之，端口聚合技术可以将交换机上的多个端口在物理上连接起来，在逻辑上捆绑在一起，形成一个拥有较大带宽的端口，实现均衡负载和提供冗余链路，从而提高网络的性能和可靠性。

2.流量平衡

AP （聚合端口）还能根据报文的 MAC 地址或 IP 地址进行流量平衡，即把流量平均地分配到 AP的成员链路中去。流量平衡可以根据源 MAC 地址、目的 MAC 地址或源 IP 地址/目的IP地址对。源 MAC地址流量平衡即根据报文的源 MAC 地址把报文分配到各个链路中。不同的主机,转发的链路不同,同一台主机的报文从同一个链路转发(交换机中学到的地址表不会发生变化)。

目的 MAC 地址流量平衡时,即根据报文的目的 MAC 地址把报文分配到各个链路中。同一目的主机的报文从同一个链路转发,不同目的主机的报文从不同的链路转发可以用 aggregateport load-balance 设定流量分配方式。

源IP 地址/目的 IP 地址对流量平衡是根据报文源 IP 与目的 IP 进行流量分配。不同的源 IP/目的IP 对的报文通过不同的端口转发，同一源 IP/目的P 对的报文通过相同的链路转发,其他的源/目的 IP 对的报文通过其他的链路转发。该流量平衡方式一般用于三层 AP。在此流量平衡模式下收到的如果是二层报文,则自动根据源 MAC/目的MAC对其进行流量平衡。

在配置聚合端口时应当注意,锐捷交换机最大支持 8 个端口实现聚合。在配置以太网链路聚合时,应当注意如下问题。

组端口的速度必须一致：不同速度的端口无法组合成一个高速聚合端口，因此需要确保组合的物理端口速度相同。

组端口必须属于同一个 VLAN：聚合组中的所有物理端口必须属于同一VLAN，这可以确保聚合端口的数据流不会跨越不同的VLAN。

组端口使用的传输介质相同：聚合组中的所有物理端口必须使用相同的传输介质，如电缆或光纤。这可以确保聚合端口的数据流不会跨越不同的传输介质。

组端口必须属于同一层次，并与AP也要在同一层次：聚合组中的所有物理端口必须属于同一层次网络，例如在三层交换机上不能将二层端口和三层端口组合为一个聚合端口。同时，AP也应该在同一层次上，以确保聚合端口的正常工作。

虽然 AP的配置有诸多约束,但配置后的组端口可以像一般的端口一样管理和使用

3.3.2 配置聚合端口

配置Aggregate port

配置 Aggregate port 的基本命令流程如下


Switch#configure terminal
Switch(config)#interface interface-id
Switch(config-if-range)#port-group port-group-number

说明:上述操作是将该接口加人一个 AP(如果这个 AP 不存在,则同时创建这个AP)。在接口配置模式下使用 no port-group 命令删除一个AP成员接口。

下面的例子是将二层的以太网接口 F1/1和 F1/2配置成二层AP 5成员


Switch#configure terminal
Switch(config)#interface range fastethernet 1/1-2
Switch(config-if-range)#port-group 5
Switch(config-if-range)#end

可以在全局配置模式下使用命令# interface aggregateport n(n为AP号)来直接创建一个AP(如果AP n不存在)。

2. 配置Aggregate port的流量平衡

聚合端口默认的流量平衡方式是根据输入报文的源 MAC 地址进行流量分配。管理员可以通过 aggregateport load-balance 命令更改平衡模式，命令格式为:

Switch(config)#aggregateport load-balance {dst-mac|src-mac|ip}

其中,

dst-mac:根据输人报文的目的 MAC 地址进行流量分配;

src-mac:根据输入报文的源 MAC地址进行流量分配;

ip:根据源 IP 与目的IP进行流量分配

3. 显示Aggregate port

显示 AP配置和状态的命令格式为：

show aggregateport [port-number]{load-balance | summary}

例如

Switch# show aggregateport load-balance

3.4 规划三层交换机技术

3.4.1 三层交换机的应用环境

第三层交换机通过集成路由功能，可以在局域网内实现高效的数据转发和路由功能，同时还可以通过路由协议和路由表实现不同子网之间的通信和互联。与传统路由器相比，第三层交换机具有更高的性能和更低的延迟，同时还可以支持更多的接口和更多的 VLAN，从而实现更灵活的网络设计和管理。

在企业网络和校园网中，第三层交换机通常被用作网络的核心层，连接不同的子网和 VLAN，实现数据的高效转发和路由。通过使用第三层交换机，可以简化网络结构，减少节点数，提高网络性能和可靠性，同时还可以降低成本和管理复杂度。

在宽带网络建设中，第三层交换机通常被放置在小区的中心和多个小区的汇聚层，实现不同小区之间的互联和数据传输。通过使用第三层交换机，可以提高网络的可扩展性和可靠性，同时还可以降低成本和管理复杂度。

总之，第三层交换机在局域网和校园网中的应用已经非常普遍，它可以代替传统路由器作为网络的核心，实现高效的数据转发和路由功能，从而提高网络性能和可靠性，降低成本和管理复杂度。

三层交换机作为网络的核心

第三层交换机可以作为网络的骨干交换机和服务器群交换机，也可以作为网络节点交换机，为整个信息系统提供统一的网络服务。在校园网等大型网络中，多台三层交换机可以连接骨干区域，构造无缝的10/100/1000Mb/s以太网交换系统，提供高效的数据转发和路由功能。同时，第三层交换机还可以提供基于策略的QoS服务，实现不同类型的网络流量的优先级管理、带宽管理和VLAN交换等功能。通过使用第三层交换机，可以提高网络的性能、可靠性和可扩展性，降低网络的管理难度和成本。

由于应用的需求，骨干交换机多为千兆交换机，因此目前第三层交换机也多为千兆交换机，可以提供10/100Mb/s自适应端口和千兆端口，支持铜线和光纤接口，并提供高性能的背板通道。不过，随着网络带宽的不断增加和应用场景的变化，高速的万兆和百万兆第三层交换机也逐渐被广泛使用。网络管理员需要根据实际情况和需求选择合适的第三层交换机，并进行适当的配置和管理，以满足网络的要求。

2. 支持Trunk协议

在实际应用中，多个以太网交换机相互连接或与服务器互联时，单根连接线往往会成为网络的瓶颈，限制了数据的传输速度和带宽。为了解决这个问题，可以采用Trunk技术将多条相同的连接线逻辑上看成一条连接线，从而提高连接带宽和传输速度，避免网络拥塞和性能瓶颈。Trunk技术可以将多个物理连接端口打包成一个逻辑连接端口，使得端口之间可以同时传输多个VLAN的数据，从而提高了带宽利用率和数据传输效率。

性能良好的第三层交换机通常都支持Trunk协议，并且支持多组Trunk，可以将多个交换机或服务器连接在一起，形成高带宽的逻辑连接，从而提高了局域网的连接性能和可靠性。通过使用Trunk技术，可以有效地解决局域网中的连接带宽问题，满足企业网络对高带宽、高性能和高可靠性的要求。

3. 实现组播和自学

除了支持动态路由协议RIP和OSPF外，第三层交换机还可以支持基于标准的多点组播协议，如距离矢量多点组播路由协议（DVMRP），以满足日益增长的多点组播需求。多点组播是一种在广域网和局域网中广泛使用的通信方式，它可以将数据同时传输给多个接收方，从而提高传输效率和带宽利用率。

此外，第三层交换机还可以支持自学习功能，通过不断侦听ARP、RIP和ICMP数据包来学习所有连接主机的IP地址和子网掩码信息，并根据学习到的信息建立和维护路由表中的路由信息，为所有IP数据包提供路由服务。这种自学习功能可以大大简化网络管理和配置工作，降低网络故障率和维护成本。同时，第三层交换机还可以支持其他高级功能，如VLAN、QoS、安全性等，以满足不同应用场景和需求的要求。

4. 提高安全性

为了确保网络的安全性，在网络中需要对数据包进行过滤，只有符合规定的数据包才能通过第三层交换机。第三层交换机支持内部具有硬件的过滤器，可以对所有数据包进行过滤，同时还可以根据2~7层的任意内容对数据包进行过滤，以满足不同的安全需求。

在大连海事大学校园网络结构中，骨干交换机是多台具有三层功能的万兆路由交换机，可以通过它来划分不同功能的逻辑区域，并通过网络管理系统对整个网络进行集中式控制和管理。网络管理系统可以监控、调整网络的运行状态，自动分配用户的IP地址，统计网上信息流量及用户的使用情况等内容，从而实现网络资源的高效利用和管理。

可直接连到骨干交换机的设备包括路由器、各种服务器、中心工作站和二级交换机。二级交换机可以选用普通的第二层交换机，通过骨干交换机实现与其他逻辑区域的连接，从而实现网络资源的共享和互通。在网络中，还可以使用安全设备如防火墙、入侵检测系统等来进一步提高网络的安全性和可靠性，保护网络资源和数据的安全性和完整性。

5. 部署三层交换机的注意事项

在宽带网络建设中，三层交换机一般被放置在小区的中心和多个小区的汇聚层，用于实现局域网内部的交换和路由功能。而核心层一般采用高速路由器，主要是因为在宽带网络中，网络互连仅仅是其中的一个需求，而宽带网络中的用户需求各不相同，因此需要较多的控制功能，这正是三层交换机的弱点。

三层交换机主要用于实现局域网内部的交换和路由功能，具有快速转发和处理数据包的优势，可以提高网络的传输效率和性能。但是，三层交换机在控制功能上相对较弱，不能对网络流量进行细粒度的控制和管理，无法满足一些特殊的需求，如网络安全、流量控制、质量保障等。

因此，在宽带网络的核心层一般采用高速路由器，以弥补三层交换机的不足，实现更加灵活的控制和管理功能。高速路由器具有更强大的控制和管理能力，可以实现更加细粒度的流量控制和质量保障，同时还可以支持更多的安全功能，如防火墙、入侵检测等，提高网络的安全性和可靠性。

3.4.2 三层交换机的发展趋势

采用分布式网络模型,规划整体交换网络建设,好处主要体现在稳定、可靠、高可控易管理方面。在采用分布式网络方案设计模式的同时,充分考虑到系统的实用性、先进性、兼容性、经济性、伸缩性、发展性、安全性、稳定性、管理性和维护性等诸多因素,以下着重解释几点特别要注意的地方。

先进性和成熟性

先进性是指选择目前业界领先并有成功应用的技术和网络设备，以确保系统具有较高的性能和功能，并能够适应未来的技术发展趋势。在选择先进技术和设备时，需要注意其可靠性和稳定性，避免过于激进的选择导致系统不稳定或出现兼容性问题。

成熟性是指选择相对成熟的结构、设备、工具，以确保系统的稳定性和可靠性，并能够在相当长的时间内使用，不被淘汰。在选择成熟设备和技术时，需要注意其兼容性和可维护性，避免选择过于老旧的设备和技术导致系统难以维护和升级。

在网络建设中，可以采用千兆以太网技术来构建网络主干、支干线路，这是一种先进的技术，具有较高的传输速率和扩展性，可以满足当前和未来的网络需求。同时，千兆以太网技术已经相对成熟，具有稳定性和可靠性，可以保证网络的稳定运行和可靠性。

2. 可靠性和稳定性

网络的可靠性和稳定性对于一个组织或企业的正常运营至关重要，因此在网络建设中，除了考虑技术先进性和开放性外，还需要从系统结构、技术措施、设备性能、系统管理、厂商技术支持及维修能力等方面着手，以确保系统运行的可靠性和稳定性，达到最大的平均无故障时间。

实达锐捷网络作为国内知名品牌和网络领导厂商，其产品的可靠性和稳定性都是一流的。针对网络的可靠性和稳定性，实达锐捷网络提供了多种技术措施和设备，如冗余引擎、冗余电源、冗余风扇、弹性 Cross-bar 架构和总线备份、主从备板、模块化等，以保证网络的高可靠性和稳定性。

除了技术措施和设备，实达锐捷网络还实施了合理、严格的安全策略，并采用相应的安全产品，以确保网络的安全性。这些安全产品可以帮助组织或企业保护其网络对内和对外的安全性，避免遭受网络攻击和数据泄露等安全问题。

3. 安全性和保密性

在系统设计中，除了考虑信息资源的充分共享外，更要注意信息的保护和隔离，以保障信息的安全性和保密性。针对不同的应用和不同的网络通信环境，系统应采取不同的安全措施，包括系统安全机制、数据存取的权限控制等。

为了确保网络的安全性，系统设计应充分考虑安全性，针对各种应用采取多种保护机制。例如，划分VLAN可以将网络划分为多个虚拟局域网，从而实现不同用户、不同应用之间的隔离；MAC地址绑定可以限制设备的访问权限，只允许授权的设备访问网络；802.1x是一种网络认证协议，可以对接入网络的用户进行身份认证和授权；802.1d、802.1w和802.1s是网络中常用的协议，可以实现网络的快速收敛和故障恢复，提高网络的可靠性和稳定性。

除了以上措施外，还可以采用防火墙、入侵检测系统、安全审计系统等安全产品，对网络进行全面的安全保护和监控，确保网络的安全性和稳定性。

综上所述，系统设计中应充分考虑信息的保护和隔离，采取不同的安全措施保障信息的安全性和保密性。在网络中，应根据不同的应用和通信环境采取多种保护机制和安全产品，以确保网络的安全性和稳定性，为组织和企业提供高效、可靠、安全的网络系统。

4.可扩展性和可管理性

在设计网络方案时，需要考虑到网络的可扩展性，确保整个网络可以随着业务的不断开拓而进行扩展，同时原来的设备可以继续使用，保护原来的投资。网络的扩展应该尽量避免对原来的结构进行大的修改，以免影响对用户的服务。

为了适应系统变化的要求，建议采用可网管产品，实现全程网管，降低人力资源的费用，提高网络的易用性和可管理性。这样可以在网络扩展和维护时，以最简便的方法和最低的投资实现系统的扩展和维护。

在网络系统投入评价方面，需要考虑网络系统的拥有成本，即网络系统从设计、实施、运行到再次升级这一生命周期所发生的财政投入。这包括前期设备成本、系统维护成本和系统运行成本。在网络设计和实施时，需要根据企业或组织的实际情况，制定合理的投入评价标准，以确保网络系统的拥有成本在可承受的范围内，同时满足企业或组织的实际需求。

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网络互联技术与实践教程（汪双硕、姚羽）——第三章 局域网交换技术_备用链路是什么

第三章 局域网交换技术