5-11 网络互联设备

网络互联设备总结

设备层次 设备名称 工作原理
物理层 中继器、集线器
[目前线网中所说的hub，其实本质是交换机，不是早期的集线器；中继器是2个口的集线器]		 放大信号，延长传输距离
数据链路层 网桥、交换机
[网桥也是根据MAC地址转发，其本质就是2个口的交换机]		 基于目的MAC地址转发数据帧
网络层 路由器、三层交换机 基于目的IP地址转发数据包
四层以上设备 网关 基于传输层、应用层进行控制

网络演进历史

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中继器

互联距离限制怎么解决?

网线传输距离为100m，超过会有信号衰减——中继器Reapter——单纯信号放大

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集线器HUB

越来越多的终端需要接入网络，怎么办？

集线器是多口的中继器——集线器——也能够进行信号放大

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集线器的工作原理

工作原理：从一个接口进入的数据，进行信号放大后，从其他所有接口进行泛洪

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当两台集线器连接起来时，会形成环路，出现广播风暴，影响发送效率

集线器的两大问题：

  • 产生环路，形成广播风暴，影响通信效率。
  • 数据扩散，严重安全威胁。

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划时代的设备：交换机

交换机构建数据交换专用通道，而不是洪泛机制

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交换机的工作原理

核心原理：基于源MAC地址进行MAC地汇表学习，基于目的MAC地址进行数据帧转发

MAC地址表包含3个关键字段：MAC地址、接口、VLAN

  1. 初始情况下，交换机MAC地址表是空的。
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  2. PC1发送一个数据帧给PC4，假设PC1已经知道PC4的MAC地址
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  3. 交换机在收到数据帧后，将数据帧的源MAC地址学习到MAC地址表中，并与接收该帧的接口GE0/0/1口关联
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  4. 交换机在MAC地址表中查询数据帧的目的MAC地址，发现没有匹配的表项，因此将数据帧从除了其入站接口之外的所有接口泛洪出去。
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  5. PC2及PC3收到数据帧后将其丢弃，因为这些数据帧并非发送给自己；PC4则收下数据帧，现在PC4要回复数据给PC1。
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  6. PC4封装回复包，发给PC1。
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  7. 交换机收到了PC4的数据帧，将帧头中的源MAC地址学习到MAC表中，并与接口GE0/0/4关联
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  8. 交换机在MAC表中查找数据帧的目的MAC地址发现有一个匹配的表项，，出接口是GE0/0/1，于是将数据帧转发到GE0/0/1口
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  9. 此后，PC1和PC4通信时，将会构建专属通道，不会再将数据帧转发至PC2和PC3了
例题

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路由器与三层交换机

路由器

路由器实现跨网段/跨VLAN通信

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VLAN技术/跨VLAN通信/端口隔离

如上图所示Port5和Port6位于VLAN10，Port7和Port8位于VLAN20，假设Port6接口连接用户王五的终端

  • 张三和李四要通信，需要经过三层设备如路由器

  • 张三和王五位于同一个VLAN，可以直接通信

  • 如果需要张三和王五无法通信，需要使用端口隔离技术port-isolate enable

    在华为交换机上配置端口隔离，可以通过以下步骤实现。端口隔离功能可以实现同一VLAN内端口之间的二层隔离，而无需将每个端口分配到不同的VLAN，从而节省VLAN资源 。

    1. 基础配置

    首先需要完成一些基础配置，例如设备命名、端口配置和VLAN划分。以下是相关命令：

    1
    2
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    4
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    6
    system-view  # 进入系统视图
    sysname SwitchName  # 设置设备名称（可选）
    vlan 10  # 创建VLAN 10
    interface GigabitEthernet 0/0/1  # 进入接口视图
    port link-type access  # 配置接口为接入模式
    port default vlan 10  # 将接口加入VLAN 10

    2. 配置端口隔离组

    华为交换机支持通过端口隔离组来实现端口之间的隔离。以下是具体配置步骤：

    (1) 创建端口隔离组

    进入需要隔离的接口视图，并启用端口隔离功能：

    1
    2
    interface GigabitEthernet 0/0/1
    port-isolate enable group 1  # 将接口加入隔离组1

    (2) 添加其他接口到隔离组

    将其他需要隔离的接口也加入同一个隔离组：

    1
    2
    interface GigabitEthernet 0/0/2
    port-isolate enable group 1  # 将接口加入隔离组1

    注意：同一隔离组内的接口之间会实现二层隔离，但三层通信仍然可以互通（默认行为）。

    3. 验证配置

    完成配置后，可以通过以下命令查看端口隔离组的状态：

    1
    display port-isolate group { group-id | all }  # 查看指定隔离组或所有隔离组的配置

    示例场景

    假设需要在同一VLAN内实现接口GE0/0/1和GE0/0/2之间的二层隔离，以下是完整配置示例：

    1
    2
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    10
    system-view
    vlan 10
    interface GigabitEthernet 0/0/1
     port link-type access
     port default vlan 10
     port-isolate enable group 1
    interface GigabitEthernet 0/0/2
     port link-type access
     port default vlan 10
     port-isolate enable group 1

    注意事项

    1. 二层隔离与三层互通：华为交换机默认的端口隔离行为是“二层隔离，三层互通”。如果需要完全隔离（包括三层），需要额外配置ACL或其他策略。
    2. 隔离组范围：不同型号的交换机可能支持的隔离组数量不同，请参考具体设备的配置指南。
    3. 单向隔离：如果需要配置单向隔离，可以使用am isolate命令。

三层交换机

三层交换机把路由功能集成到了交换机内部

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路由表

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例题

例题1

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解析：广播域被认为是OSl中的第二层概念，所以像Hub，交换机等这些物理层、数据链路层设备连接的节点被认为都是在同一个广播域，交换机所有端口默认都在VLAN 1。而路由器，三层交换机则可以划分广播域，即可连接不同的广播域。交换机如果没有特别说明都是二层交换机，其中网桥和交换机原理相同，如果选D，那么A肯定正确，即可排除A和D答案。

例题2

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路由器跟三层交换机的区别

典型园区网络拓扑结构

通过下面拓扑，可以看出路由器和交换机具体用在哪里

  • 网络出口：路由器
  • 园区网络内部：交换机

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园区网主要技术应用

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路由器与三层交换机对比
类别 路由器 三层交换机
应用场景 网络出口、骨干网 局域网、园区网、城域网
功能 NAT、PPPOE、SDH等 VLAN、ACL、STP、堆叠等
性能 一般路由器性能低于交换机，骨干网核心路由器性能很强
[路由器查表需要用到CPU]		 整体性能较高
[交换机查表需要用到ASIC芯片]
成本 较高 较低
总体 多面手，支持多种协议，如以太网、SDH、ATM等 专用，如以太网交换机、FC交换机、ATM交换机、帧中继交换机

多层交换机/网关设备

网关

网关是互连网络中操作在OSI传输层之上的设施(实际上路由器也被称为网关，和定义不符)。

网关的主要功能：

  1. 连接网络层之上执行不同协议的子网，组成异构型的互联网。
  2. 网关能对互不兼容的高层协议进行转换。
  3. 为了实现异构型设备之间的通信，网关要对不同传输层、会话层、表示层、应用层协议进行翻译和转换。

实际应用中，主要使用以下三种类型的网关

网关类型 解释
协议网关 协议网关通常在使用不同协议的网络区域间做协议转换（路由器）
如实现以太网、帧中继、SDH等网络协议转换
应用网关 应用网关是在使用不同数据格式间翻译数据的系统（数据中台）
安全网关 安全网关是各种技术的融合，具有重要且独特的保护作用，其范围从协议级过滤到十分复杂的应用级过滤（防火墙）

多层交换机/多业务交换机

多业务交换机即可以插扩展板卡的交换机

华三 锐捷 华为
Bras业务模块 防火墙板卡 下一代防火墙业务处理板A-含华为通用安全平台软件
无线控制器模块 无线控制器模块 WLAN ACU2无线接入控制板(含128AP控制资源)
防火墙业务模块 *负载均衡模块 入侵防御和入侵检测业务处理板A-含华为通用安全平台软件
IPS业务模块 *应用控制网关模块 MPLS功能授权
负载均衡业务模块 *负载均衡业务模块 业务分流平台功能授权
应用控制网关业务模块 *应用控制网关业务模块 NQA功能授权
NetStream业务模块 *IPFIX业务模块 PPPoE接入用户资源授权-4K(配合X系列单板使用)
SSL VPN业务模块 *VPN业务模块
  • 多业务板卡是华三的主推，华三板卡比较丰富，能用来控标
  • 华三硬件板卡最丰富，控标项；华为和锐捷板卡数量少，华为具有随板功能，如随板AC，软件授权。
  • 实际项目配置多业务卡并不多 (功能和性能原因，术业有专攻)
  • 了解一下迪普，也是多业务交换机的主推厂商。

SDN可编程交换机

传统架构每台设备都具有转发层面和控制层面，SDN将控制层面上收到SDN控制器

编程实现各种功能NFV(网络功能虚拟化)：

  • OSPF、RIP、BGP(不需要)
  • 防火墙、负载均衡等等

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网络演进总结

阶段 产品 典型产品 转发硬件 应用场景
1 中继器、集线器 3Com 3C16410集线器 ASIC 共享式局域网
2 二层交换机 Cisco 2960系列交换机 ASIC 小型局域网
3 三层交换机 Huawei S5700-LI系列交换机 ASIC 中小型局域网
4 多业务交换机 Cisco 6500系列交换机 ASIC+多核CPU 园区网、城域网
5 SDN交换机 Huawei 12700E系列交换机 ASIC+可编程硬件 园区网、城域网
  1. 交换机前身：中继器、集线器
  2. 二层交换机：基于MAC转发
  3. 三层交换机：集成路由功能
  4. 多业务交换机：FW/AC/LB/WS
  5. 可编程交换机：SDN
    • SDN部署：Google、AT&T
    • CISCO N9K: ACI(Application Centric Infrastructure)：以应用为中心的基础设施
    • HW127/128：敏捷网络，敏捷开发
    • H3C 125、锐捷N18K：都支持SDN
计算机网络软考中级网络工程师基础精讲
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