理解二层以太网交换

Cisco以太网交换机支持在二层以太网段之间并发、并行连接。以太网段之间的交换连接仅在整个包传输过程中保持。为了继续数据包的传输，新的连接可能会在不同网段之间产生。

在以太网中，因为数据通信冲突可能会引起严重的拥塞，一个有效的解决方案就是全双工通信。但通常情况下，以太网工作在半双工模式时，意味着工作站在同一时间只能接收，或者发送数据。而在全双工模式下，通信双方都可以在同一时间进行数据的收与发。当包可以同时双向传输时，就相当于双倍带宽的效果。

1. 在网段间交换帧

每个二层以太网端口可以连接到一个单一工作站或服务器，或者通过一个集线器把工作站或服务器连接到网络。

典型的以太网集线器中，所有端口都与集线器中的公共背板连接，连接到集线器中的所有设备共享网络带宽。如果两个站点建立会话时使用了较高的带宽，则网络连接到该集线器中的其他站点可能需要降低连接性能连接，甚至无法连接。为了减少这种性能的降低，交换机则把每个LAN端口视为一个虚拟网段。当连接到不同LAN端口的站点需要通信时，交换机可以以线速把帧从一个端口转发到另一个端口上，以确保每个会话可以使用全部的带宽。

为了使不同LAN端口的帧交换更加有效，交换机还维护着一个二层的MAC地址列表。当一个帧进入到交换机时，交换机将把发送帧的网络设备的MAC地址与交换机的LAN端口进行关联，以确定是由哪个端口来接收。

2. 构建MAC地址表

前面说到，交换机可以通过使用接收到的数据包的源MAC地址构建MAC表。当交换机接收一个目的地址不在MAC地址表中的帧时，它将广播这个帧到同一个VLAN中的所有接口上，当然是除了接收这个帧的接口。当有目的节点响应时，交换机会把这个设备相关的源MAC地址和接口ID添加到自己原来的MAC地址列表中。这样，在交换机在再接收到相同目的地址的帧时，就会直接转发到上面学习到的目的设备接口上，而不会再向所有VLAN中的设备接口广播了。这就是交换机的MAC地址学习功能。

一般来说，在Cisco交换机中可以存储至少32,000个MAC地址。交换机可以使用老化机制（它是由定时器定义的），在某个MAC地址条目处于非活动状态达到了指定的限期，则将被从列表中删除，以维护交换机的MAC地址列表不过于庞大，影响查询效率。

3. 理解VLAN中继

中继是在一个或多个以太网交换接口和其他网络设备（如路由器或者交换机）之间的点对点链路。中继可以通过单一链路传递多个VLAN的通信，这样就允许你在整个网络中延伸VLAN。主要是指交换机与交换机，或者交换机与路由器相互连接端口上配置的中继模式（Trunk模式）。中继模式允许属于不同VLAN的数据帧都可以通过中继链路传输数据。

在所有Cisco以太网交换机的以太网接口上有两种可选的封装方式：

n         ISL：ISL（Inter-Switch Link，交换机间链路）是Cisco专有的中继封装方式，也是Cisco以太网交换机上默认的中继封装协议。ISL主要用于当网络流量流经交换机和路由器时保持 VLAN信息。

ISL主要用于实现交换机、路由器以及各节点（如服务器所使用的网络接口卡）之间的连接操作。为支持ISL功能特征，每台连接设备都必须配置支持ISL 。配置有ISL的路由器支持VLAN间通信服务；无ISL配置的设备，接收由ISL封装的以太网帧（Ethernet frame）后，会由于格式和大小的不同将这些接收的帧归因于协议差错而丢弃。

【注意】采用Supervisor Engine 6-E引擎版本的交换机不支持ISL中继，所以也就不支持“switchport trunk encapsulute”命令了。

在WS-X4418-GB和WS-X4412-2GB-T模块中的堵塞端口不支持ISL。在WS-X4418-GB模块中3~18号端口是堵塞状态的千兆以太网端口；在WS-X4412-2GB-T模块中1~12号端口是堵塞状态的千兆以太网端口。

n         802.1Q是工业标准中继封装方式。

IEEE 802.1Q协议也就是“Virtual Bridged Local Area Networks”（虚拟桥接局域网，简称“虚拟局域网”）协议，主要规定了VLAN的实现方法。一个IEEE 802.1Q中继端口同时支持加标记（tag）和未加标记的通信。一个802.1Q中继端口被指派了一个默认的端口PVID（Vlan ID），并且所有的未加标记的通信在该端口的默认PVID上传输。一个带有与外出端口的默认PVID相同的Vlan ID的包发送时是不被添加标记的，所有其他的通信在发送时总是被加上Vlan标记的。

4. 中继封装类型

你可以在单一以太网接口或者以太网通道上配置中继。以太网中继接口支持不同的中继模式，如表4-4所示。你可以指定使用ISL，或者802.1Q封装，或者通信双方协自动商（Negotiate）封装方式。中继协商是由DTP（Dynamic Trunking Protocol，动态中继协议）管理的。DTP支持ISL和802.1Q两种封装的协商。

要自动协商中继模式，你必须确保接口在同一个VTP（VLAN Trunking Protocol，VLAN中继协议）域（有关VTP方面的具体知识也将在本书的第8章介绍）中。使用“trunk”或者“nonegotiate”关键字可以强制不同域的接口中继。

表4-4    以太网中继封装类型 

封装类型	封装命令	用途说明
ISL	switchport trunk encapsulation isl	指定在中继链路采用ISL封装类型
802.1Q	switchport trunk encapsulation dot1q	指定在中继链路采用802.1Q封装类型
Negotiate	switchport trunk encapsulation negotiate	指定接口与邻居接口协商封装类型，协商的依据是配置、邻居接口性能等。

通信中的两个相邻接口的中继模式、中继封装类型和硬件性能决定了是采用ISL，还是802.1Q中继模式。

5. 二层接口模式

表4-5列出了Cisco Catalyst以太局域网交换机的二层接口模式转换命令及相应的功能描述。

表4-5  Cisco Catalyst以太局域网交换机的二层接口模式命令

二层接口模式设置命令	用途说明
switchport mode access	转换为access（访问）模式。
	使接口置于永久非中继模式，协商转换链路为非中继链路。把接口转换为非中继端口，即使邻居接口不发生改变。
switchport mode dynamic desirable	转换为dynamic desirable（动态适应）模式
	使接口主动试图转换链路为中继链路。如果邻居接口设置“trunk”、“desirable”或“auto”模式，则接口转换为中继接口。
switchport mode dynamic auto	转换为dynamic auto（动态自动）模式。
	如果邻居接口设置为“trunk”或者“desirable”模式，则把接口转换成中继链路。对于所有以太网接口来说，这是一种默认模式。
switchport mode trunk	转换为trunk（中继）模式。
	使接口置于永久中继模式，协商转换链路为中继链路。把接口转换为中继端口，即使邻居接口不发生改变。
switchport nonegotiate	转换为nonegotiate（协商）模式。
	使接口置于永久中继模式，但阻止接口产生DTP帧。你必须手动配置邻居接口作为中继接口，以建立中继链路。
switchport mode dot1q-tunnel	转换为dot1q tunnel（IEEE 802.1Q隧道封装）模式。 使接口置于dot1q隧道（非中继）模式。配置接口作为非对称链路中的隧道端口，用于与IEEE 802.1Q中继端口连接。IEEE 802.1Q隧道用于维护ISP网络客户端VLAN的完整性。

【注意】DTP（动态中继协议）是一个点对点协议。但是，有些网络互联设备可能会转发不正确的DTP帧。为了避免此类问题，需要确保连接到接口的不支持DTP的设备，在你不希望通过此链路中继时，配置连接该设备的接口为访问（access）模式。为了支持中继，但不支持DTP，则可以把连接该设备的接口配置为协商（nonegotiate）模式。

本文摘自《（CiscoH3C交换机配置与管理完全手册）》第四章