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  第12题      
  知识点:   STP配置基础   交换机   以太网   生成树
  章/节:   局域网       

 
以太网交换机中采用生成树算法是为了解决( )问题。
 
 
  A.  帧的转发
 
  B.  短路
 
  C.  环路
 
  D.  生成转发表
 
 
 

 
  第70题    2014年下半年  
   59%
下图所示是一个园区网的一部分,交换机A和B是两台接入层设备,交换机C和D组成核心层,交换机E将服务器群连接至核心层。如图所示,..
  第62题    2015年下半年  
   46%
如图所示,交换机S1和S2均为默认配置,使用两条双绞线连接,(62)接口的状态是阻塞状态。
  第70题    2013年下半年  
   44%
在STP生成树中,断开的链路并不是随意选择的,而是通过设备、接口、链路优先级等决定的。在下图所示的连接方式中,哪条链路是作为..
   知识点讲解    
   · STP配置基础    · 交换机    · 以太网    · 生成树
 
       STP配置基础
        当网络中存在冗余的VLAN中继线路时,就会因网络环路的出现而引起广播风暴,降低网络的可靠性。而STP(Spanning Tree Protocol,生成树协议)正是为克服冗余网络中透明桥接的问题而创建的。STP是一个既能够防止环路,又能够提供冗余线路的第二层管理协议。为了使交换网络正常运行,STP网络上的任何两个终端之间只有一条有效路径。STP使用生成树算法来求解没有环路的最佳路径,使一些备用路径处于阻塞状态。在大型网络中,特别是有多个VLAN的时候,配置STP就很重要了。
        STP是通过在交换机之间传递桥接协议数据单元来相互告知诸如交换机的桥ID、链路性质、根桥ID等信息,以确定根桥、决定哪些端口处于转发状态,哪些端口处于阻断状态,以免引起网络环路。
        根据考试大纲的要求,对于STP协议的配置要求相对较简单,主要是要求掌握利用STP端口权值和路径值完成负载均衡。
               配置VLAN工作模式。
               .服务器模式:vtp server(vtp pruning)。
               .客户端模式:vtp client。
               配置VLAN Trunk端口。
               服务器、客户端两边都要配,对连接Trunk线的端口配置。
               .interface端口名;
               .switchport mode trunk(改变端口的状态);
               .switchport trunk allowed vlan all(all,可以用具体的VLAN号代替);
               设置端口权值。
               spanning tree vlan 1 port-priority端口权值(默认值是128)。
               设置路径成本。
               spanning tree vlan 1 cost路径成本。
               配置VLAN。
               只在服务器模式中使用,vlan 2[name vlan2]。
               配置端口,加入相应的VLAN
               服务器、客户端两边都配,根据端口需要。
               .interface端口名;
               .switchport mode access;
               .switchport access vlan vlan名称(将该端口添加到相应的VLAN)。
               下面来看一个实例。两台交换机SwitchA和SwitchB通过Trunk1和Trunk2两条中继链路相连接,其中Trunk1对VLAN1-VLAN3的路径成本是18,对VLAN4-VLAN5的路径成本则是30;而Trunk2则刚好相反,如下图所示。
               
               STP配置实例
               交换机SwitchA的配置应如下所示(VTP的设置部分略):
               
 
       交换机
        机架式交换机是一种插槽式的交换机,这种交换机扩展性较好,可支持不同的网络类型,如以太网、快速以太网、千兆位以太网、ATM、令牌环及FDDI(Fiber Distributed Data Interface,光纤分布式数据接口)等,但价格较贵。固定配置式带扩展槽交换机是一种有固定端口数并带少量扩展槽的交换机,这种交换机在支持固定端口类型网络的基础上,还可以支持其他类型的网络,价格居中。固定配置式不带扩展槽交换机仅支持一种类型的网络,但价格最便宜。
        交换机的性能指标主要有机架插槽数、扩展槽数、最大可堆叠数、最小/最大端口数、支持的网络类型、背板吞吐量、缓冲区大小、最大物理地址表大小、最大电源数、支持协议和标准、支持第3层交换、支持多层(4~7层)交换、支持多协议路由、支持路由缓存、支持网管类型、支持端口镜像、服务质量(Quality of Service,QoS)、支持基于策略的第2层交换、每端口最大优先级队列数、支持最小/最大带宽分配、冗余、热交换组件、负载均衡等。
 
       以太网
        以太网是最早使用的局域网,也是目前使用最广泛的网络产品。以太网有10Mb/s、100Mb/s、1000Mb/s、10Gb/s等多种速率。
               以太网传输介质
               以太网比较常用的传输介质包括同轴电缆、双绞线和光纤三种,以IEEE 802.3委员会习惯用类似于10Base-T的方式进行命名。这种命名方式由三个部分组成:
               (1)10:表示速率,单位是Mb/s。
               (2)Base:表示传输机制,Base代表基带,Broad代表宽带。
               (3)T:传输介质,T表示双绞线、F表示光纤、数字代表铜缆的最大段长。
               传输介质的具体命名方案如下表所示,了解这些知识是十分必要的。
               
               以太网传输介质表
               
               以太网时隙
               时间被分为离散的区间称为时隙(Slot Time)。帧总是在时隙开始的一瞬间开始发送。一个时隙内可能发送0,1或多个帧,分别对应空闲时隙、成功发送和发生冲突的情况。
                      设置时隙理由
                      在以太网规则中,若发生冲突,则必须让网上每个主机都检测到。信号传播整个介质需要一定的时间。考虑极限情况,主机发送的帧很小,两冲突主机相距很远。在A发送的帧传播到B的前一刻,B开始发送帧。这样,当A的帧到达B时,B检测到了冲突,于是发送阻塞信号。B的阻塞信号还没有传输到A,A的帧已发送完毕,那么A就检测不到冲突,而误认为已发送成功,不再发送。由于信号的传播时延,检测到冲突需要一定的时间,所以发送的帧必须有一定的长度。这就是时隙需要解决的问题。
                      在最坏情况下,检测到冲突所需的时间
                      若A和B是网上相距最远的两个主机,设信号在A和B之间传播时延为τ,假定A在t时刻开始发送一帧,则这个帧在t+τ时刻到达B,若B在t+τ-ε时刻开始发送一帧,则B在t+τ时就会检测到冲突,并发出阻塞信号。阻塞信号将在t+2τ时到达A。所以A必须在t+2τ时仍在发送才可以检测到冲突,所以一帧的发送时间必须大于2τ
                      按照标准,10Mb/s以太网采用中继器时,连接最大长度为2500m,最多经过4个中继器,因此规定对于10Mb/s以太网规定一帧的最小发送时间必须为51.2μs。51.2μs也就是512位数据在10Mb/s以太网速率下的传播时间,常称为512位时。这个时间定义为以太网时隙。512位=64字节,因此以太网帧的最小长度为64字节。
                      冲突发生的时段
                      (1)冲突只能发生在主机发送帧的最初一段时间,即512位时的时段。
                      (2)当网上所有主机都检测到冲突后,就会停发帧。
                      (3)512位时是主机捕获信道的时间,如果某主机发送一个帧的512位时,而没有发生冲突,以后也就不会再发生冲突了。
               提高传统以太网带宽的途径
               以往被淘汰、传统的以太网是以10Mb/s速率半双工方式进行数据传输的。随着网络应用的迅速发展,网络的带宽限制已成为进一步提高网络性能的瓶颈。提高传统以太网带宽的方法主要有以下3种。
                      交换以太网
                      以太网使用的CSMA/CD是一种竞争式的介质访问控制协议,因此从本质上说它在网络负载较低时性能不错,但如果网络负载很大时,冲突会很常见,因此导致网络性能的大幅下降。为了解决这一瓶颈问题,“交换式以太网”应运而生,这种系统的核心是使用交换机代替集线器。交换机的特点是,其每个端口都分配到全部10Mb/s的以太网带宽。若交换机有8个端口或16个端口,那么它的带宽至少是共享型的8倍或16倍(这里不包括由于减少碰撞而获得的带宽)。
                      交换以太网能够大幅度的提高网络性能的主要原因是:
                      .减少了每个网段中的站点的数量;
                      .同时支持多个并发的通信连接。
                      网络交换机有三种交换机制:直通(Cut through)、存储转发(Store and forward)和碎片直通(Fragment free Cut through)。
                      交换式以太网具有几个优点:第一,它保留现有以太网的基础设施,保护了用户的投资;第二,提高了每个站点的平均拥有带宽和网络的整体带宽;第三,减少了冲突,提高了网络传输效率。
                      全双工以太网
                      全双工技术可以提供双倍于半双工操作的带宽,即每个方向都支持10Mb/s,这样就可以得到20Mb/s的以太网带宽。当然这还与网络流量的对称度有关。
                      全双工操作吸引人的另一个特点是它不需要改变原来10Base-T网络中的电缆布线,可以使用和10Base-T相同的双绞线布线系统,不同的是它使用一对双绞线进行发送,而使用另一对进行接收。这个方法是可行的,因为一般10Base-T布线是有冗余的(共4对双绞线)。
                      高速服务器连接
                      众多的工作站在访问服务器时可能会在服务器的连接处出现瓶颈,通过高速服务器连接可以解决这个问题。使用带有高速端口的交换机(如24个10Mb/s端口,1个100Mb/s或1000Mb/s高速端口),然后再把服务器接在高速端口上并使用全双工操作。这样服务器就可以实现与网络200Mb/s或2000Mb/s的连接。
               以太网的帧格式
               以太网帧的格式如下图所示,包含的字段有前导码、目的地址、源地址、数据类型、发送的数据,以及帧校验序列等。这些字段中除了数据字段是变长以外,其余字段的长度都是固定的。
               
               以太网的帧结构
               注:字段的长度以字节为单位
               前导码(P)字段占用8字节。
               目的地址(DA)字段和源地址(SA)字段都是占用6字节的长度。目的地址用于标识接收站点的地址,它可以是单个的地址,也可以是组地址或广播地址,当地址中最高字节的最低位设置为1时表示该地址是一个多播地址,用十六进制数可表示为01:00:00:00:00:00,假如全部48位(每字节8位,6字节即48位)都是1时,该地址表示是一个广播地址。源地址用于标识发送站点的地址。
               类型(Type)字段占用两字节,表示数据的类型,如0x0800表示其后的数据字段中的数据包是一个IP包,而0x0806表示ARP数据包,0x8035表示RARP数据包。
               数据(Data)字段占用46~1500个不等长的字节数。以太网要求最少要有46字节的数据,如果数据不够长度,必须在不足的空间插入填充字节来补充。
               帧校验序列(FCS)字段是32位(即4字节)的循环冗余码。
 
       生成树
        设图G=(V,E)是个连通图,当从图中任一个顶点出发遍历图G时,将边集E(G)分为两个集合,即A(G)和B(G)。其中A(G)是遍历时所经过的边的集合,B(G)是遍历时未经过的边的集合。G1=(V,A)是图G的子图,称子图G1为连通图G的生成树。
        图的生成树不是唯一的。选择不同的存储方式,从不同的顶点出发,可以得到不同的生成树。对于非连通图而言,每个连通分量中的顶点集和遍历时走过的边集一起构成若干棵生成树,把它们称为非连通图的生成树森林。
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第12题    在手机中做本题