交换机原理
- 交换机基于数据的源mac地址进行学习
由于交换机可以学习mac地址，把学习到的mac地址，存放到mac-address table，每一个表项可以保存300秒，这个表也叫cam表，也可以叫mac地址表 - 基于数据的目的mac地址，查询交换机的mac地址表，如果找到了，单播出去，如果没有找到，则泛洪
- 交换机的一个接口可以学习多个mac地址
为什么一个接口会学习多个mac地址呢？因为接口还可以连另一个交换机，另一个交换机下面有好多pc。 - 一个mac地址只能被一个交换机接口学习
一台交换机的2个接口都接收到了相同的mac地址，把这个mac记录到哪个接口呢？后到的优先。 - 如果3台交换机形成了一个环，就会产生广播风暴，交换机有防环协议。
由糟糕的网络设计，引出划分vlan的必要性
- 巨大的广播域，导致泛洪验证，性能低下
- 一台机器中了病毒，由于没有隔离，会迅速传染给网络内的其他主机。
- 不方便管理
vlan概要
办公楼有3层，每层都有IT部，HR部，销售部。把在1，2，3层的IT划分成一个vlan；把在1，2，3层的HR部划分成一个vlan；在1，2，3层的销售划分成一个vlan；这样做的目的是便于管理。
vlan特点
相同vlan即便在不同的交换机下，也可以相互通信；不同vlan即便是在同一个交换机下也不能通信。
vlan运作
红色的是一个vlan，黑色的是一个vlan，绿色的是一个vlan，它们都在交换机A里。
虽然红色和黑色在同一个交换机下，但是它们之间不能通信。
红色的是一个vlan，黑色的是一个vlan，绿色的是一个vlan，它们既在交换机A里，也在交换机B里。
即使不在同一个交换机下，红色的vlan是可以跨交换机通信的。
交换机A和交换机B连接的2个接口，必须修改成Trunk接口。Trunk接口不属于任何vlan，所以所有vlan的数据都能通过它传输。
那么trunk如何能够识别vlan号的呢，出交换机A时，trunk接口在原来的报文的以太网头部加一个4个字节的标记，标记里存放的是vlan号，然后传到了交换机B的trunk接口后，trunk接口查看以太网头部的标记，就知道了是哪个vlan过来的数据，然后把标记去掉后，传递个目标vlan。
打标记和去掉标记的协议有2种：
- ISL：cisco专有的协议，是在报文的以太网头部在加一个ISL头部，把vlan号放进去。
- 802.1Q：国际标准，所有厂商的交换机都支持。直接把vlan号放到报文的以太网头部里。所有一般都使用此协议。
- cisco交换机下所有接口，默认都属于vlan1
- 交换机最多支持4096个vlan号。范围是0-4095.其中0号和4095号不能用。
- vlan1，vlan1002，vlan1003，vlan1004，vlan1005是交换机初始就有的vlan号，而且不能被删除。vlan1能使用，其他4个不能使用，是保留的。
- 1-1001：标准vlan
- 1006-4094：扩展vlan。cisco 3560以上的型号才支持，vtp协议的transparent模式下可用。
实验
添加2个pc，给pc设置ip的命令：
PC1> ip 192.168.1.10 255.255.255.0
Checking for duplicate address...
PC1 : 192.168.1.10 255.255.255.0
添加一个交换机，查看vlan表show vlan brief
IOU2#show vlan brief
VLAN Name Status Ports
---- -------------------------------- --------- -------------------------------
1 default active Et0/0, Et0/1, Et0/2, Et0/3
Et1/0, Et1/1, Et1/2, Et1/3
Et2/0, Et2/1, Et2/2, Et2/3
Et3/0, Et3/1, Et3/2, Et3/3
1002 fddi-default act/unsup
1003 token-ring-default act/unsup
1004 fddinet-default act/unsup
1005 trnet-default act/unsup
创建vlan方法1：先进入创建模式vlan database，然后vlan vlan号。
但执行完vlan database后，不是立即创建vlan，必须使用exit，保存并退出后，才真正创建vlan。
IOU2#vlan database
% Warning: It is recommended to configure VLAN from config mode,
as VLAN database mode is being deprecated. Please consult user
documentation for configuring VTP/VLAN in config mode.
IOU2(vlan)#vlan 10
VLAN 10 added:
Name: VLAN0010
IOU2(vlan)#exit
APPLY completed.
Exiting....
IOU2#show vlan brief
VLAN Name Status Ports
---- -------------------------------- --------- -------------------------------
1 default active Et0/0, Et0/1, Et0/2, Et0/3
Et1/0, Et1/1, Et1/2, Et1/3
Et2/0, Et2/1, Et2/2, Et2/3
Et3/0, Et3/1, Et3/2, Et3/3
10 VLAN0010 active
1002 fddi-default act/unsup
1003 token-ring-default act/unsup
1004 fddinet-default act/unsup
1005 trnet-default act/unsup
修改vlan的名字：vlan 10 name NAME
IOU2(vlan)#vlan 10 name hr
VLAN 10 modified:
Name: hr
IOU2(vlan)#exit
APPLY completed.
Exiting....
IOU2#show vlan b
IOU2#show vlan brief
VLAN Name Status Ports
---- -------------------------------- --------- -------------------------------
1 default active Et0/0, Et0/1, Et0/2, Et0/3
Et1/0, Et1/1, Et1/2, Et1/3
Et2/0, Et2/1, Et2/2, Et2/3
Et3/0, Et3/1, Et3/2, Et3/3
10 hr active
1002 fddi-default act/unsup
1003 token-ring-default act/unsup
1004 fddinet-default act/unsup
1005 trnet-default act/unsup
创建vlan方法2：先进入全局模式conf t，然后vlan vlan号，然配置名字name Name
IOU2#conf t
Enter configuration commands, one per line. End with CNTL/Z.
IOU2(config)#vlan 20
IOU2(config-vlan)#name it
IOU2(config-vlan)#exit
IOU2(config)#exit
*Jan 16 16:36:48.962: %SYS-5-CONFIG_I: Configured from console by console
IOU2#show vlan brief
VLAN Name Status Ports
---- -------------------------------- --------- -------------------------------
1 default active Et0/0, Et0/1, Et0/2, Et0/3
Et1/0, Et1/1, Et1/2, Et1/3
Et2/0, Et2/1, Et2/2, Et2/3
Et3/0, Et3/1, Et3/2, Et3/3
10 hr active
20 it active
1002 fddi-default act/unsup
1003 token-ring-default act/unsup
1004 fddinet-default act/unsup
1005 trnet-default act/unsup
把接口设置成输入接口
输入接口只能连pc。下面的设置：把交换机的接口e0/0设置成了输入接口
IOU2(config-if)#switchport mode access
IOU2(config)#int e0/0
IOU2(config-if)#switchport mode ?
access Set trunking mode to ACCESS unconditionally
dot1q-tunnel set trunking mode to TUNNEL unconditionally
dynamic Set trunking mode to dynamically negotiate access or trunk mode
private-vlan Set private-vlan mode
trunk Set trunking mode to TRUNK unconditionally
IOU2(config-if)#switchport mode access
把接口划分到某个vlan里
把接口e0/0划分到vlan 10里，
IOU2(config-if)#switchport access vlan 10
IOU2#show vlan brief
VLAN Name Status Ports
---- -------------------------------- --------- -------------------------------
1 default active Et0/1, Et0/2, Et0/3, Et1/0
Et1/1, Et1/2, Et1/3, Et2/0
Et2/1, Et2/2, Et2/3, Et3/0
Et3/1, Et3/2, Et3/3
10 hr active Et0/0
20 it active
虽然pc1和pc2在同一个局域网内，但由于pc1连接到了e0/0,pc2连接到了e0/1，e0/0和e0/1已经不在同一vlan里了，所有pc1和pc2已经不能互相通信了。
PC1> sho ip
NAME : PC1[1]
IP/MASK : 192.168.1.10/24
GATEWAY : 255.255.255.0
DNS :
MAC : 00:50:79:66:68:00
LPORT : 20004
RHOST:PORT : 127.0.0.1:20005
MTU: : 1500
PC1> ping 192.168.1.20
host (192.168.1.20) not reachable
PC2> show ip
NAME : PC2[1]
IP/MASK : 192.168.1.20/24
GATEWAY : 255.255.255.0
DNS :
MAC : 00:50:79:66:68:01
LPORT : 20006
RHOST:PORT : 127.0.0.1:20007
MTU: : 1500
PC2> ping 192.168.1.10
host (192.168.1.10) not reachable
把接口e0/1，划分到vlan 20
IOU2(config)#int e0/1
IOU2(config-if)#switchport mode access
IOU2(config-if)#switchport access vlan 20
IOU2(config-if)#exit
IOU2(config)#exit
IOU2#
*Jan 16 16:58:41.162: %SYS-5-CONFIG_I: Configured from console by console
IOU2#show vlan brief
VLAN Name Status Ports
---- -------------------------------- --------- -------------------------------
1 default active Et0/2, Et0/3, Et1/0, Et1/1
Et1/2, Et1/3, Et2/0, Et2/1
Et2/2, Et2/3, Et3/0, Et3/1
Et3/2, Et3/3
10 hr active Et0/0
20 it active Et0/1
由于pc1和pc2已经不在同一vlan里了，所以最好修改pc2的ip，和pc1不在一个网段里。
PC2> ip 192.168.2.10 255.255.255.0
Checking for duplicate address...
PC1 : 192.168.2.10 255.255.255.0
再添加一台交换机switch2，和2台pc，分别是pc3和pc4
在交换机switch2里，添加vlan 10和vlan 20.
switch2#vlan database
switch2(vlan)#vlan 10 name hr
VLAN 10 added:
Name: hr
switch2(vlan)#vlan 20 name it
VLAN 20 added:
Name: it
switch2(vlan)#exit
APPLY completed.
Exiting....
switch2#show vlan b
VLAN Name Status Ports
---- -------------------------------- --------- -------------------------------
1 default active Et0/0, Et0/1, Et0/2, Et0/3
Et1/0, Et1/1, Et1/2, Et1/3
Et2/0, Et2/1, Et2/2, Et2/3
Et3/0, Et3/1, Et3/2, Et3/3
10 hr active
20 it active
把交换机switch2的接口e0/1划分到vlan10；把e0/2划分到vlan20
switch2#conf t
Enter configuration commands, one per line. End with CNTL/Z.
switch2(config)#int e0/1
switch2(config-if)#switchport mode access
switch2(config-if)#switchport access vlan 10
switch2(config-if)#int e0/2
switch2(config-if)#switchport mode access
switch2(config-if)#swi acc vlan 20
switch2(config-if)#exit
switch2(config)#exit
switch2#show vlan b
VLAN Name Status Ports
---- -------------------------------- --------- -------------------------------
1 default active Et0/0, Et0/3, Et1/0, Et1/1
Et1/2, Et1/3, Et2/0, Et2/1
Et2/2, Et2/3, Et3/0, Et3/1
Et3/2, Et3/3
10 hr active Et0/1
20 it active Et0/2
配置pc3和pc4的ip，让pc3和pc1在同一个网段，让pc4和pc2在同一个网段
PC3> show ip
NAME : PC3[1]
IP/MASK : 192.168.1.20/24
GATEWAY : 255.255.255.0
DNS :
MAC : 00:50:79:66:68:02
LPORT : 20014
RHOST:PORT : 127.0.0.1:20015
MTU: : 1500
PC4> show ip
NAME : PC4[1]
IP/MASK : 192.168.2.20/24
GATEWAY : 255.255.255.0
DNS :
MAC : 00:50:79:66:68:03
LPORT : 20016
RHOST:PORT : 127.0.0.1:20017
MTU: : 1500
这时pc1和pc3能ping通吗
是ping不通的，因为连接switch1（e0/2）和swtch2（e0/0）的接口，还并没有划分在vlan 10里。
划分到vlan 10里后，pc1和pc3就能ping通了。
IOU2(config)#int e0/2
IOU2(config-if)#switchport access vlan 10
IOU2#show vlan b
VLAN Name Status Ports
---- -------------------------------- --------- -------------------------------
1 default active Et0/3, Et1/0, Et1/1, Et1/2
Et1/3, Et2/0, Et2/1, Et2/2
Et2/3, Et3/0, Et3/1, Et3/2
Et3/3
10 hr active Et0/0, Et0/2
switch2(config)#int e0/0
switch2(config-if)#switchport acc vlan 10
switch2#show vlan b
VLAN Name Status Ports
---- -------------------------------- --------- -------------------------------
1 default active Et0/3, Et1/0, Et1/1, Et1/2
Et1/3, Et2/0, Et2/1, Et2/2
Et2/3, Et3/0, Et3/1, Et3/2
Et3/3
10 hr active Et0/0, Et0/1
20 it active Et0/2
这时，pc2和pc4能ping通吗？
不能ping通，因为连接switch1（e0/2）和swtch2（e0/0）的接口，划分在vlan 10里，而pc2和pc4划分在vlan 20里。
修改switch1（e0/2）和swtch2（e0/0）的接口，为trunk接口后，pc2和pc4就能ping通了。
执行：IOU2(config-if)#switchport mode trunk，会报下面的错误
Command rejected: An interface whose trunk encapsulation is "Auto" can not be configured to "trunk" mode.
错误原因：前面说过打标记和解标记有2个协议，一个是cisco特有的ISL，另一个是国际标准802.1Q，所以设置trunk接口时要明确告诉交换机用哪个协议。
告诉交换机用哪个协议：IOU2(config-if)#switchport trunk encapsulation dot1q
dot1q就是802.1Q。
IOU2(config)#int e0/2
IOU2(config-if)#switchport mode trunk
Command rejected: An interface whose trunk encapsulation is "Auto" can not be configured to "trunk" mode.
IOU2(config-if)#switchport trunk encapsulation dot1q
IOU2(config-if)#switchport mode trunk
switch2(config)#int e0/0
switch2(config-if)#swi
switch2(config-if)#switchport mo
switch2(config-if)#switchport mode tru
switch2(config-if)#switchport mode trunk
Command rejected: An interface whose trunk encapsulation is "Auto" can not be configured to "trunk" mode.
switch2(config-if)#switchport trunk encapsulation dot1q
switch2(config-if)#switchport mode trunk
这时pc1和pc3，pc2和pc4都能ping通了。
把switch1（e0/2）和swtch2（e0/0）设置成trunk接口后，它们就消失了。不属于任何一个vlan。
在show vlan brief命令结果里消失的接口，有2种情况。一种是：它不属于任何vlan了；另一种是它是trunk接口了。
IOU2#show vlan brief
VLAN Name Status Ports
---- -------------------------------- --------- -------------------------------
1 default active Et0/3, Et1/0, Et1/1, Et1/2
Et1/3, Et2/0, Et2/1, Et2/2
Et2/3, Et3/0, Et3/1, Et3/2
Et3/3
10 hr active Et0/0
20 it active Et0/1
switch2#show vlan b
VLAN Name Status Ports
---- -------------------------------- --------- -------------------------------
1 default active Et0/3, Et1/0, Et1/1, Et1/2
Et1/3, Et2/0, Et2/1, Et2/2
Et2/3, Et3/0, Et3/1, Et3/2
Et3/3
10 hr active Et0/1
20 it active Et0/2
到此为止，证明了：相同vlan即便在不同的交换机下，也可以相互通信；不同vlan即便是在同一个交换机下也不能通信。
查看哪个接口是trunk
IOU2#show interfaces trunk
Port Mode Encapsulation Status Native vlan
Et0/2 on 802.1q trunking 1
Port Vlans allowed on trunk
Et0/2 1-4094
Port Vlans allowed and active in management domain
Et0/2 1,10,20
Port Vlans in spanning tree forwarding state and not pruned
Et0/2 1,10,20
switch2#show interfaces trunk
Port Mode Encapsulation Status Native vlan
Et0/0 on 802.1q trunking 1
Port Vlans allowed on trunk
Et0/0 1-4094
Port Vlans allowed and active in management domain
Et0/0 1,10,20
Port Vlans in spanning tree forwarding state and not pruned
Et0/0 1,10,20
-
Encapsulation:802.1q：使用的协议
-
Native vlan：1.
这个1是vlan号。
trunk接口把过来的数据打上标记，对端的trunk接口读这个标记。【Native vlan】指定的vlan号，经过trunk接口时，trunk接口不给它打标记。对端的trunk接口读标记时，发现没有标记，则把这个数据包给，自己这段的trunk接口里【Native vlan】定义的vlan里的主机。
对端的2个trunk接口的【Native vlan】一定要一样！！！
设置【Native vlan】：switchport trunk native vlan vlan号
IOU2(config)#int e0/2
IOU2(config-if)#swi
IOU2(config-if)#switchport tr
IOU2(config-if)#switchport trunk na
IOU2(config-if)#switchport trunk native v
IOU2(config-if)#switchport trunk native vlan 2
IOU2#show interfaces trunk
Port Mode Encapsulation Status Native vlan
Et0/2 on 802.1q trunking 2
实验【Native vlan】：
添加pc5和pc6，pc5连switch1的接口e0/3，把e0/3的vlan设置从vlan 2；pc6连switch2的接口e0/3，使用接口e0/3默认的vlan号，就是vlan 1.
把pc5和pc6的ip设置到同一网段。pc5和pc6虽然在不同的vlan，但居然可以ping通了。原因就是对端的2个trunk接口的【Native vlan】不一样导致的。switch1的【Native vlan】是vlan2，所以vlan2下的主机通过此trunk时，没有被打上标记，传递到对端的trunk后，对端的trunk接口发现没有标记，则直接传递个自己的【Native vlan】，是vlan1，所以导致了不同vlan也能通信的现象。
IOU2(config)#int e0/3
IOU2(config-if)#
*Jan 16 18:27:37.386: %CDP-4-NATIVE_VLAN_MISMATCH: Native VLAN mismatch discovered on Ethernet0/2 (2), with switch2 Ethernet0/0 (1).
IOU2(config-if)#sw mo acc
IOU2(config-if)#sw acc v
IOU2(config-if)#sw acc vlan 2
% Access VLAN does not exist. Creating vlan 2
PC5> ip 192.168.3.10 255.255.255.0
Checking for duplicate address...
PC1 : 192.168.3.10 255.255.255.0
PC6> ip 192.168.3.20 255.255.255.0
Checking for duplicate address...
PC1 : 192.168.3.20 255.255.255.0
PC5> ping 192.168.3.20
84 bytes from 192.168.3.20 icmp_seq=1 ttl=64 time=0.783 ms
84 bytes from 192.168.3.20 icmp_seq=2 ttl=64 time=0.985 ms
84 bytes from 192.168.3.20 icmp_seq=3 ttl=64 time=0.777 ms
84 bytes from 192.168.3.20 icmp_seq=4 ttl=64 time=2.228 ms
84 bytes from 192.168.3.20 icmp_seq=5 ttl=64 time=1.446 ms
PC6> ping 192.168.3.10
84 bytes from 192.168.3.10 icmp_seq=1 ttl=64 time=0.950 ms
84 bytes from 192.168.3.10 icmp_seq=2 ttl=64 time=1.014 ms
84 bytes from 192.168.3.10 icmp_seq=3 ttl=64 time=0.703 ms
84 bytes from 192.168.3.10 icmp_seq=4 ttl=64 time=0.498 ms
84 bytes from 192.168.3.10 icmp_seq=5 ttl=64 time=2.023 ms
实验加个路由器R1，实现用单臂路由（vlan间路由），连通vlan10和vlan20下的pc
实现思路：把vlan10和vlan20下的主机里的网关，都指定到路由器R1的接口e0/0下，网关在同一个接口下，那么2个vlan的跨网段请求都发送到了同一个接口，那么路由器就能够知道怎么转发请求了。
那就出现个问题，在一个接口下怎么配置2个网关ip呢？
先启用接口e0/0
R1(config)#int e0/0
R1(config-if)#no sh
在接口e0/0下建立2个子接口e0/0.1和e0/0.2。
子接口可以建立多少个？ip地址有多少个就能创建多少个。所以2个网关的地址问题解决了。
那么子接口如何知道，过来的数据是来自哪个vlan呢？
尝试在e0/0.1接口下，添加网关ip add 192.168.1.1 255.255.255.0，但提示下面的错误。
错误的意思是要提供：用什么协议打标记和解标记，和vlan号。
R1(config)#int e0/0.1
R1(config-subif)#ip add 192.168.1.1 255.255.255.0
% Configuring IP routing on a LAN subinterface is only allowed if that
subinterface is already configured as part of an IEEE 802.10, IEEE 802.1Q,
or ISL vLAN.
提供vlan号，就是告诉这个子接口，来自这个vlan的数据，归你管了。
提供dot1Q，就是告诉这个子接口，用哪个协议去解包，得到vlan号。
给子接口指定了vlan号和协议后，再添加网关就ok了。
R1(config-subif)#encapsulation dot1Q 10
R1(config-subif)#ip add 192.168.1.1 255.255.255.0
接口e0/0.2同样配置
R1(config)#int e0/0.2
R1(config-subif)#encapsulation dot1Q 20
R1(config-subif)#ip add 192.168.2.1 255.255.255.0
添加pc1-4的网关：
PC1> ip 192.168.1.10 255.255.255.0 192.168.1.1
Checking for duplicate address...
PC1 : 192.168.1.10 255.255.255.0 gateway 192.168.1.1
PC2> ip 192.168.2.10 255.255.255.0 192.168.2.1
Checking for duplicate address...
PC2 : 192.168.2.10 255.255.255.0 gateway 192.168.2.1
PC3> ip 192.168.1.20 255.255.255.0 192.168.1.1
Checking for duplicate address...
PC3 : 192.168.1.20 255.255.255.0 gateway 192.168.1.1
PC4> ip 192.168.2.20 255.255.255.0 192.168.2.1
Checking for duplicate address...
PC4 : 192.168.2.20 255.255.255.0 gateway 192.168.2.1
到此为止，vlan10和vlan20能通信了吗？不能？
由于路由器R1的e0/0配置了解包的协议和vlan号，但是交换机switch1的接口e0/3还不是trunk接口，那么从switch1的接口e0/3出来的数据包里，就没有vlan号，那么路由器R1就无法得到vlan号，所以就丢弃过来的数据了。
设置switch1的接口e0/3为trunk接口
IOU2(config)#int e0/3
IOU2(config-if)#switchport trunk encapsulation dot1q
IOU2(config-if)#switchport mo tr
现在vlan10和vlan10下的pc之间就可以互相通信了。
# c/c++ 学习互助QQ群：877684253  # 本人微信：xiaoshitou5854