HCIA_R&S_Day02

文章目录

• ICMP协议
• ICMP应用
• ARP协议
• ARP代理
• 免费ARP
• 传输层协议
• TCP
• TCP建立过程
• TCP流量控制
• TCP关闭连接
• UDP
• 数据转发过程
• TCP封装
• 解封装
• 交换网络基础
• 交换机的转发行为
• VLAN原理和配置
• 链路类型
• PVID
• 端口类型
• VLAN的划分
• VLAN间路由
• STP原理与配置
• STP的作用
• 端口状态转换
• BPDU
• 计时器
• 根桥故障
• 直连链路故障
• 非直连链路故障

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ICMP协议

ICMP应用

• Tracert路由跟踪
  • Tracert显示数据包在网络传输过程中经过的每一跳

ARP协议

ARP（Address Resolution Protocol）地址解析协议，负责完成逻辑地址向物理地址的动态映射，将逻辑（IP）地址转换为物理（MAC）地址

• 静态映射：创建一个表，存储逻辑地址和物理地址的关联系。将网络中的每个主机都存储在这个表中。
  • 缺点：映射表必须周期的更新，增加了网络的开销
• 动态映射：地址解析协议ARP和逆向地址解析协议RARP
• 数据链路层在进行数据封装时，需要目的MAC地址

arp -a [inet_addr] 显示地址映射表
arp -g [inet_addr] 功能与-a相同
arp -d inet_addr 删除ARP表中的指定表项
arp -s inet_addr pyhs_addr 增加有inet_addr和rhys_addr指定的静态表项
arp /? 显示帮助

ARP代理

位于不同网络的网络设备在不配网关的情况下，能够通过ARP代理实现互相通信

• VLAN内代理
• VLAN间代理
• 路由式代理

实验:如下配置两台PC，要求实现两台PC的互相通信。

为PC各自配置IP，网关设置为G0/0/0口和G0/0/1接口的IP
配置AR3的接口IP，并开启相关的服务

<Huawei>sy  //进入系统视图
[Huawei]sys R1  //更改设备名称
[R1]int g0/0/0  //进入g0/0/0接口
[R1-GigabitEthernet0/0/0]ip add 192.168.10.254 24  //配置IP地址
Mar 26 2020 13:31:37-08:00 R1 %%01IFNET/4/LINK_STATE(l)[0]:The line protocol IP on the interface GigabitEthernet0/0/0 has entered the UP state. 
[R1-GigabitEthernet0/0/0]undo info en  //不会提示信息
[R1-GigabitEthernet0/0/0]arp-proxy enable  //开启ARP代理
[R1-GigabitEthernet0/0/0]int g0/0/1
[R1-GigabitEthernet0/0/1]ip add 192.168.20.254 24
[R1-GigabitEthernet0/0/1]arp-proxy enable 
[R1-GigabitEthernet0/0/1]dis ip int bri  //查看所有的接口信息，检查IP地址是否配上以及接口是否双up
Interface                         IP Address/Mask      Physical   Protocol  
GigabitEthernet0/0/0              192.168.10.254/24    up         up     
GigabitEthernet0/0/1              192.168.20.254/24    up         up     
[R1-GigabitEthernet0/0/1]dis arp all  //查看ARP表项

在PC上做连通性测试

1. 可以通过配置网关实现互通，网关地址为路由器与PC接口的IP
2. 通过ARP代理实现互通，需要改变子网掩码使不同网段的IP处于同一网段，如本题中的可以将子网掩码修改为255.255.192.0，即可不通过网关实现互通

免费ARP

• 免费ARP可以用来探测IP地址是否冲突

传输层协议

传输层定义了主机应用程序之间端到端的连通性。传输层中最常见的两个协议：传输控制协议TCP (Transmission Control Protocol )和用户数据包协议UDP (User Datagram Protocol) 。

TCP

• 面向连接的传输层协议，提供可靠的传输服务
• 端口号用来区分不同的网络服务

TCP建立过程

TCP通过三次握手建立可靠连接

1. 主机A发送SYN，seq=a，a为主机A的序列号
2. 服务器收到主机A的SYN请求后，会回复SYN，ACK，seq=b，ack=a+1，b为服务器的序列号，a+1表示已经确认，再返回一个a+1给主机A
3. 主机A收到服务器的回应之后，会回复ACK，seq=a+1，ack=b+1，a+1表示主机A已经收到，b+1表示已经收到服务器的确认

TCP流量控制

TCP流量控制也叫滑动窗口机制。

1. 主机A向服务器发送四个1024的数据包
2. 服务器收到主机A发送的三个1024的数据包后，因为缓存区已满，第四个数据包将会被丢弃
3. 服务器向主机A回应，只能收到三个1024长度的数据包，也就是3072长度的数据
4. 第二次主机A就会按照3027的数据长度向服务器发送数据
5. 服务器向主机A同样的回应

TCP关闭连接

1. 主机A向服务器发送FIN、ACK报文，seq=a，a为主机A的序列号，ack=b，b为之前与服务器建立连接时服务器的序列号
2. 服务器收到后，回复ACK，seq=b，ack=a+1，对主机A发送的确认关闭会话的回应
3. 服务器同样也会发送FIN、ACK报文，seq=b，b为服务器的序列号，ack=a+1。请求关闭连接
4. 主机A收到后，回复ACK，seq=a+1，ack=b+1，确认关闭会话

UDP

• 面向无连接的传输协议，传输可靠性没有保证
• 传输速率快
• 不提供重传机制，占用资源小，处理效率高

数据转发过程

TCP封装

• 传输层：封装源端口号、目的端口号
• 网络层：封装协议号、源IP、目的IP
• 数据链路层：封装目的MAC地址、源MAC地址

解封装

• 数据帧解封装：收到数据帧后，检查MAC地址，是自己则继续处理该数据帧，MAC地址不是自己则丢弃
• 数据包解封装：收到数据包后，检查数据包的目的IP地址，目的IP与自己IP相同，剥掉数据包的IP头部信息，发往上层协议继续进行处理。目的IP与自己不同，丢弃数据包
• 数据段解封装：检查TCP头部的目的端口，然后将数据段发送给应用层的协议进行处理

交换网络基础

• 交换机工作在数据链路层，隔离以太网中的冲突域，提升以太网的性能

交换机的转发行为

• 泛洪

  • 向除了数据进入交换机的端口，向所有的端口转发数据

• 转发

  • 数据进入交换机后直接向目的端口转发数据

• 丢弃

  • 数据从某个接口进入，又从此接口发出

• 交换机的初始状态
  / 交换机初始状态的MAC地址表为空

• 转发数据帧

  • 当数据帧的目的MAC地址不在MAC地址表中，或者目的MAC地址为广播地址时，交换机会泛洪该帧

• 目标主机回复

  • 交换机根据MAC地址表将目标主机的回复信息单播转发给源主机

undo negotiation auto  //关闭自协商
speed 100  //把端口设置为100M
duplex full  //端口设置为全双工

VLAN原理和配置

VLAN（Virtual Local Area Network），虚拟局域网。

• VLAN能够隔离广播域
• VLAN帧通过Tag区分不同的VLAN

• TPID
• PRI：优先级
• CRI
• VLAN ID：VLAN号

链路类型

• 用户主机和交换机之间的链路为接入链路（Access），交换机与交换机之间的链路为干道链路（Trunk）

PVID

• 表示端口在缺省情况下所属的VLAN

端口类型

• Access端口接收到数据后，会添加VLAN Tag
• Access端口在转发数据前会去除VLAN Tag

Access端口发送数据

Created with Raphaël 2.2.0Access接口收到数据有无tag标签？检查VLAN ID与PVID是否相同?收丢弃根据PVID打上标签yesnoyesno

Access端口发送数据

Created with Raphaël 2.2.0Access发送数据包检查VLAN ID与PVID是否相同？去标签转发丢弃yesno

• Trunk端口收到帧时，如果帧不包含Tag，将打上端口的PVID，如果该帧包含Tag，则不改变
• 当Trunk端口发送帧时，该帧的VLAN ID在Trunk的允许发送列表中，若与端口的PVID相同时，则剥离Tag发送，若不同时，则直接发送

Trunk端口接收数据

Created with Raphaël 2.2.0Trunk接收数据包检查allow-list是否被允许？是否有Tag标签？收根据PVID打上标签丢弃yesnoyesno

Trunk端口发送数据

Created with Raphaël 2.2.0发送数据包检查allow-list是否允许？检查VLAN ID与PVID是否相同？去标签发送保持标签发送丢弃yesnoyesno

• Access端口配置：
  1. 创建VLAN
  2. 进入接口，设置接口类型：port link-type trunk
  3. 把接口化劲VLAN：port trunk allow-pass vlan 2 3
  4. 修改PVID：port trunk pvid vlan x

实验：如下图配置PC的IP地址，需求相同VLAN可以互通，不同VLAN不能互通。

[SW1]dis vlan  //查看VLAN
[SW1]vlan batch 10 20  //创建VLAN10、VLAN20
[SW1]int e0/0/2  //进入e0/0/2接口
[SW1-Ethernet0/0/2]port link-type access  //设置接口类型为Access
[SW1-Ethernet0/0/2]port default vlan 10  //默认划分进VLAN10
[SW1-Ethernet0/0/2]dis th  //查看当前接口下的配置命令
[SW1-Ethernet0/0/2]q  //退出当前接口

# 同样方法配置e0/0/3接口，划分进VLAN 20

[SW1]int g0/0/1  //进入g0/0/1接口
[SW1-GigabitEthernet0/0/1]port link-type trunk  //配置接口类型为Trunk
[SW1-GigabitEthernet0/0/1]port trunk allow-pass vlan 10 20  //设置允许通过的VLAN为10 20 ，VLAN1默认允许通过

#SW2相同的配置

#做连通性测试

Hybrid（华为私有）

• Hybrid端口既可以连接主机，也可以连接交换机
• Hybrid端口可以以Tagged或Untagged方式加入VLAN

Hybrid接收数据

Created with Raphaël 2.2.0Hybrid接收数据是否有Tag标签？检查tag/untag列表是否允许？收丢弃根据PVID打上标签yesnoyesno

Hybrid发送数据

Created with Raphaël 2.2.0Hybrid发送数据检查tag/untag列表是否允许？允许tag-list（yes）？允许untag-list（no）？保持标签发去标签发丢弃yesnoyesno

实验：按照如下拓扑，配置相关IP地址。
需求：

1. 不同楼层的HR部门和市场部门实现部门内部通信
2. 两部门之间不允许通信
3. IT部门可以访问任意部门

[SW1]vlan batch 10 20 30  //创建VLAN10、20、30
[SW1]dis vlan  //查看是否创建
[SW1]int e0/0/3  //进入e0/0/3接口
[SW1-Ethernet0/0/3]port hybrid untagged vlan 20 30  //设置允许通信的VLAN
[SW1-Ethernet0/0/3]port hybrid pvid vlan 20  //设置PVID
[SW1-Ethernet0/0/3]dis th  //查看当前接口下的命令

#同样方法配置e0/0/2接口
port hybrid pvid vlan 10
port hybrid untagged vlan 10 30

#配置e0/0/4接口
port hybrid pvid vlan 30
port hybrid untagged vlan 10 20 30

#配置e/0/1接口
port hybrid tagged vlan 10 20 30
默认PVID是VLAN 1

#SW2同样的配置

#进行连通性测试

VLAN的划分

• 基于端口（最常见）
• 基于MAC地址
• 基于IP子网划分
• 基于协议划分
• 基于策略

配置命令：

undo info en  //不会提示信息
vlan 5  //创建一个VLAN
vlan batch 5 to 15  //创建多个VLAN
dis port vlan  //查看接口类型
port link-type access  //配置access接口类型
port link-type trunk  //配置trunk接口类型
port trunk allow-pass vlan 10 20  //配置允许通过的VLAN
port default vlan 10  //将接口划分进VLAN10
dis th  //查看当前接口下的配置
q  //退出接口
dis port vlan  //查看接口相关信息

VLAN间路由

• 单臂路由
• 三层交换

实验：如下拓扑图，为PC配置IP地址。配置单臂路由，实现PC间互通。

#先给PC配置相应的IP地址，网关254

[SW1]vlan batch 10 20 30  //创建VLAN
[SW1]dis vlan  //查看VLAN是否创建成功
[SW1]int g0/0/2  //进入g0/0/2接口
[SW1-GigabitEthernet0/0/2]port link-type access  //配置接口类型为access
[SW1-GigabitEthernet0/0/2]port default vlan 10  //划分默认VLAN

#同样的方法配置g0/0/3、g0/0/4接口

#配置trunk接口，并允许所有VLAN通过
[SW1]int g0/0/1
[SW1-GigabitEthernet0/0/1]port link-type trunk  //配置接口类型为trunk   
[SW1-GigabitEthernet0/0/1]port trunk all vlan all  //允许所有VLAN通过

#在R1上配置子接口
[R1]int g0/0/0.1  //配置子接口
[R1-GigabitEthernet0/0/0.1]ip add 192.168.10.254 24  //为子接口配置IP
#同样方法配置其他子接口
[R1]dis ip int br  //查看所有接口详细信息

#封装VLAN号
[R1]int g0/0/0.1
[R1-GigabitEthernet0/0/0.1]dot1q termination vid 10  //指定vid，即这个接口对应的VLAN ID
[R1-GigabitEthernet0/0/0.1]arp broadcast enable  //开启ARP的广播功能

#同样方法配置其他的子接口

#进行连通性测试

1. 把PC划分到相应的VLAN
2. 把g0/0/1接口配置成trunk，并允许所有VLAN通过
3. 配置路由器的子接口配置IP地址
4. 子接口配置VLAN ID封装（dot1q termination vid 10）
5. 接口开启arp广播（arp broadcast enable）

实验：如下拓扑图，配置相应IP地址。配置三层交换，使PC间互通。

[SW1]int Vlanif 10  //创建VLAN10
[SW1-Vlanif10]ip add 192.168.10.254 24  //配置IP地址
[SW1-Vlanif10]int vlanif 20
[SW1-Vlanif20]ip add 192.168.20.254 24
[SW1-Vlanif20]int vlanif 30
[SW1-Vlanif30]ip add 192.168.30.254 24

#进行连通性测试

STP原理与配置

生成树协议（Spanning Tree Protocol），可以在提高可靠性的同时又能避免环路带来的各种问题。

• 二层交换网络
  • 交换机之间通过多条链路互联时，虽然能够提升网络可靠性，但同时也会带来环路问题
• 广播风暴
  • 环路会引起广播风暴
  • 网络中的主机会受到重复数据帧
• MAC地址表震荡

STP的作用

通过阻塞端口来消除环路，并能够实现链路备份的目的。

• 构建STP：

1. 选举一个根桥（MAC地址越小越优）
2. 每个非根交换机选举一个根端口（RP）
3. 每个网段选举一个指定端口（DP）
4. 阻塞非根、非指定端口（AP）

• 根桥选举

1. 每台交换机启动STP后，都会认为自己是根桥
2. 交换机向外发送BPDU（桥协议数据单元），小的为根桥

• 根端口选举

非根交换机在选举根端口时分别依据该端口的根路径开销、对端BID、对端PID和本端PID

• 根路径开销：交换机去往根桥的路径的开销
• 对端BID：发送端的桥ID
• 对端PID：对端的端口ID
• 本端PID：本端的端口ID

• 指定端口选举
  • 非根交换机在选举指定端口（DP）时分别依据根路径开销、BID、PID
  • 未被选举为根端口（RP）或指定端口（BP）的端口为预备端口（AP），将会被阻塞

实验：

SW1：4c1f-cc5c-74c7
SW2：4c1f-cc2d-7013
SW3：4c1f-cc80-7370
SW4：4c1f-cc6f-1691

1. 选举根桥
   • 交换BPDU，比较BPDU，相同
   • 比较MAC地址，SW2的MAC最小，选举为根桥
2. 选举根端口
   • 比较路径开销，SW1在1号线路到达根桥路径开销最小，所以SW1的1接口为RP（同理SW3的1接口、SW4的1接口都为RP）
   • 如果路径开销相同，比较BID（优先级、MAC地址）
   • 如果BID也相同，则比较PID（优先级、端口号）
3. 选举指定端口
   • 在网络上（每条线路上）选举指定端口
   • 根桥开销为0，所以SW2的1、2、3接口都为DP
   • 4号线路上走1、3线路开销相同，比较BID（优先级、MAC地址），SW1的MAC地址小，则SW1的2接口为DP，SW3的3接口为AP
   • 5号线路上走2、3线路开销相同，比较BID（优先级、MAC地址），SW4的MAC地址小，则SW4的2接口为DP，SW3的2接口为AP

#查看MAC地址
[SW1]dis stp  //查看MAC地址

[SW1]dis stp bri  //查看SW1的STP
 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection
   0    Ethernet0/0/1               ROOT  FORWARDING      NONE
   0    Ethernet0/0/2               DESI  FORWARDING      NONE
#Ethernet0/0/1为RP，FORWARDING为正常转发数据，Ethernet0/0/2为DP

[SW2]dis stp bri  //查看SW2的STP
 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection
   0    Ethernet0/0/1               DESI  FORWARDING      NONE
   0    Ethernet0/0/2               DESI  FORWARDING      NONE
   0    Ethernet0/0/3               DESI  FORWARDING      NONE
   0    Ethernet0/0/4               DESI  FORWARDING      NONE
   0    Ethernet0/0/5               DESI  FORWARDING      NONE

[SW3]dis stp bri  //查看SW3的STP
 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection
   0    Ethernet0/0/1               ROOT  FORWARDING      NONE
   0    Ethernet0/0/2               ALTE  DISCARDING      NONE
   0    Ethernet0/0/3               ALTE  DISCARDING      NONE
#Ethernet0/0/1为RP，数据正常转发，Ethernet0/0/2和Ethernet0/0/3为AP，DISCARDING端口关闭，不转发数据

[SW4]dis stp bri  //查看SW4的STP
 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection
   0    Ethernet0/0/1               ROOT  FORWARDING      NONE
   0    Ethernet0/0/2               DESI  FORWARDING      NONE

拓展：使SW1为根桥，SW3位次根桥

[SW1]stp root primary  //使SW1成为主根桥
[SW1]dis stp  //查看cost优先级为0


[SW3]stp root secondary  //使SW3成为次根桥
[SW3]dis stp  //查看cost优先级为4096

#增长为12次方增长，下一个是8192，一次类推

[SW1]int e0/0/1
[SW1-Ethernet0/0/1]stp cost ?  //修改接口开销
  INTEGER<1-200000000>  Port path cost
[SW1-Ethernet0/0/1]stp cost 55

端口状态转换

• Disabled 关闭状态，端口禁用或链路失效
• Blocking 启动状态，端口初始化或使能
• Listening 侦听状态，端口被选为根端口或指定端口
• Learning 学习MAC地址状态
• Forwarding 数据转发状态

STP基于计时器，RSTP基于P/A

BPDU

包含桥ID、路径开销、端口ID、计时器等参数

• Message Age 生存时间
• Max Age 最大生存时间
• Hello Time 一般为2s
• Fwd Delay 一般为15s

计时器

• BPDU间隔时间为Hello Time时间
• 配置BPDU报文每经过一个交换机，Message Age都加1
• 当Message Age大于Max Age，非根桥会丢弃该配置BPDU

根桥故障

• 非根桥会在BPDU老化之后开始根桥的重新选举

直连链路故障

• 检测到直连链路物理故障后，会将预备端口转换为根端口
• 预备端口会在30s后恢复到转发状态

非直连链路故障

• 预备端口恢复到转发状态大约需要50秒

 

以上内容均属原创，如有不详或错误，敬请指出。

本文作者： 坏坏

本文链接： https://blog.csdn.net/qq_45668124/article/details/105144472

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