以太网技术、VLAN、STP详解

2501_91901490

131人浏览 · 2026-07-03 21:34:05

2501_91901490 · 2026-07-03 21:34:05 发布

一、以太网基础

（1）以太网技术

以太网主要用于局域网，工作在链路层

向上提供链路数据传输服务，向下需要为物理层作为传输数据流的基础

以太网数据链路层分：LLC子层和MAC子层

以太网物理层分：PLS、PCS、PMA

以太网目前的基本标准：1985年，IEEE正式推出标准以太网802.3 10Base-5的标准

标准以太网（10Mbps）：

以太网技术	传输介质	传输距离
10Base-5	粗同轴电缆	500m
10Base-2	细同轴电缆	185m/200m
10Base-T	双绞线	100m
10Base-F	光纤	2km/10km

红外线属于无线传输介质，不用于标准有线以太网

MAC地址为48位二进制数，常用12位十六进制数表示

1、对于单播和广播，可接收的MAC地址包括：本卡MAC地址、广播地址和本机所属组播地址

2、以太网流量控制

以太网集线器：外面（物理上）像星型拓扑，内部（逻辑上）采用总线结构，任意时间只允许一台主机占用总线。集线器连接的设备共享一个冲突域和共享一个广播域

以太网交换机：每个端口对应一个冲突域

注意：星型拓扑不一定是共享总线（集线器是个例）

以太网交换机的作用：

1、隔离冲突域，避免冲突域过大；

2、进一步扩大物理连接范围；

3、提升以太网带宽利用率，增加吞吐量；

4、可适应不同的速率和不同的双工状况

多模光纤：粗，可传输多种不同波长不同角度的光，内层折射率更大，传输距离短，成本低

单模光纤：传输单一波长的激光，传输距离长，成本高

光缆是数据传输中最有效的一种传输介质

以太网按速率分——以太网主流类型：

标准以太网（10Mbps）
快速以太网（100Mbps）
千兆位以太网（1000Mbps）
万兆位以太网（10Gbps）

10Base-T 以太网核心设备：双绞线、网卡、集线器、中继器、交换机

（2）以太网交换机工作原理

作用：在局城网中，负责在主机之间快速转发数据帧

以太网分类：

1、共享式以太网：所有的终端主机都处于同一个冲突域（总线、集线器）

2、交换式以太网：交换机的每个端口处于独立的冲突域中，终端主机独占端口的带宽

二层交换机与集线器的不同之处：

1、交换机工作在数据链路层，集线器工作在物理层，交换机能够根据数据帧中的MAC地址进行精准单播转发，而集线器收到数据会广播到所有端口；

2、交换机隔离冲突域，而集线器所有端口同属于一个冲突域；

补充：三层交换机：同时具备二层转发 + 三层 IP 路由功能，同时工作在数据链路层 + 网络层。

1、集线器是多端口中继器

2、网桥是工作在数据链路层（二层），比如二层交换机

中继器/集线器/Hub：只管放大信号 → 物理层
二层交换机：识别 MAC 帧 → 数据链路层
路由器：识别 IP 地址 → 网络层

路由器和三层交换机隔离广播域：广播帧只会在自己的广播域中传播

MAC地址表的自学习过程：

获取帧中的源MAC地址和端口号，

然后转发帧是根据帧的目的MAC地址，通过查找MAC表找到对应的端口，转发出去，如果没有找到对应端口，就是除了接收到帧的端口，广播转发

注意：交换机仅能对单播帧做转发过滤

（3）以太网接口配置

[H3C]interface GigabitEthernet1/0/1
[H3C-GigabitEthernet1/0/1]duplex full/half   #设置全/半双工模式
[H3C-GigabitEthernet1/0/1]speed 100   #设置速率为100Mbps
[H3C-GigabitEthernet1/0/1]shutdown
[H3C-GigabitEthernet1/0/1]undo shutdown
[H3C]display interface GigabitEthernet1/0/1  #查看接口显示状态

full-duplex mode 全双工模式
autonegatiation 自协商模式
force link 强制模式

以太网交换机MAC地址学习

[SW]dis mac-address   #查看mac地址表

#添加静态mac地址表项
[SW]mac-address static MAC地址 interface GigabitEthernet 1/0/2 VLAN 1

MAC地址映射表的形成方式：交换机自学习，手动添加静态映射表项

MAC地址表，动态学习和静态表项有什么区别：

1、State一个是显示learned，另一个显示Static

2、动态的MAC是交换机自学习得到的，有老化时间，超时就会老化删除，且接口断开之后也会自动删除该MAC地址；换接口也会重新学习更新新端口

3、手动配置的静态MAC地址会永久保存在配置文件中，不会老化，也不会被动态学习覆盖，也不会因为接口down而删除

二、VLAN

1、什么是VLAN？

VLAN（虚拟局域网）：在一台物理交换机上，通过软件逻辑划分出多个虚拟局域网，实现逻辑隔离

2、为什么要用VLAN?

交换机的缺点：交换机在进行局域网互联时无法限制广播的问题，广播帧在广播域中传播，占用网络带宽，降低设备性能。

因此把一个物理局域网划分成多个虚拟局域网（VLAN），隔离广播域，抑制广播风暴。

局域网中的广播风暴问题：

解决办法：1、用路由器来隔离广播；2、用VLAN隔离广播

VLAN的优点：

有效控制广播域范围
增强局域网的安全性
灵活构建虚拟工作组

VLAN的核心作用

1、在局域网中隔离广播域，抑制广播风暴；

2、不同 VLAN 之间二层无法直接通信

3、简化网络管理，按部门、业务分组管理

4、减少带宽浪费，广播、组播流量只在本 VLAN 内转发，不占用其他 VLAN 带宽。

VLAN最大编号是4094

默认情况下，交换机上所有端口属于VLAN 1

3、VLAN的基本工作原理

交换机用VLAN标签来区分不同VLAN的以太网帧

1、单交换机（不配任何链路类型）VLAN标签操作：在进入交换机端口时，附加缺省VLAN标签，出交换机端口时，去掉VLAN标签

2、Access链路类型端口：

在进端口时，如果不带标签，就加上缺省VLAN标签；如果带标签，只允许缺省VLAN通过，仅接收和发送一个VLAN（即PVID）的数据帧

出交换机端口时，会去掉所有标签，以无标签形式转发

一般用于交换机连接用户设备

3、跨交换机VLAN标签操作——Trunk链路类型端口：

进端口，如果不带标签，就加上缺省VLAN标签；如果带标签，必须在permit允许列表中才能接收。允许多个VLAN通过，可以接收和发送多个VLAN的数据帧

出端口，缺省VLAN的以太网帧出端口时需要被剥离 VLAN 标签，不带标签转发；其他的标签都保留标签转发

一般用于交换机之间连接

4、Hybrid链路类型端口：

进端口，如果不带标签，就加上缺省VLAN标签；如果带标签，必须在untagged和tagged的允许列表中才能接收。允许多个VLAN通过，可以接收和发送多个VLAN的数据帧。

出端口，tagged列表保留标签转发，untagged列表玻璃标签转发。可以自定义：tagged的VLAN带标签转发、untagged的剥除标签转发

注：Hybrid端口和Trunk端口的不同之处在于：

Hybrid端口允许多个VLAN的以太网帧不带标签（untagged）

Trunk端口只允许缺省VLAN的以太网帧不带标签

4、VLAN配置

Access链路端口、Trunk链路端口和Hybrid链路端口的基本配置

# VLAN基本配置
1、创建vlan并进入vlan视图
[sw1]vlan 10
2、将指定端口加入到当前vlan中
[sw1-vlan10]port g0/0

#配置access端口
[SW]vlan 10
[SW]quit
[SW]int g1/0/1
      port access vlan 10

#配置Trunk端口
1、配置端口的链路类型为Trunk类型
[sw1-Ethernet1/0/1]port link-type trunk
2、允许指定的Vlan通过当前Trunk端口
[sw1-Ethernet1/0/1]port trunk permit vlan 10,20,30或者all
3、设置Trunk端口的缺省vlan
[sw1-Ethernet1/0/1]port trunk pvid vlan 10

#配置Hybrid端口
1、配置端口的链路类型为Hybrid类型
[sw1-Ethernet1/0/1]port link-type hybrid
2、允许指定的vlan通过当前hybrid端口
[sw1-Ethernet1/0/1]port hybrid vlan 10,20 tagged/untagged
3、设置Hybrid端口的缺省Vlan
[sw1-Ethernet1/0/1]port hybrid pvid vlan 10

三、生成树协议

stp的作用

通过阻断冗余链路来消除桥接网络中可能存在的路径回环
STP通过选举根桥和阻塞冗余端口来消除环路
当前路径发生故障时，激活冗余备份链路，恢复网络连通性

STP（Spanning Tree Protocol，生成树协议）是用于在**局域网中消除数据链路层”物理环路“**的协议。

通过在桥之间交换BPDU（Bridge Protocol Data Unit，桥协议数据单元），来保证设备完成生成树的计算过程。
BPDU包含的信息：根桥ID、根路径开销、指定桥ID、指定端口ID
一旦出现一台BID 更小（更优） 的交换机，全网立刻重新选举，新设备直接抢占成为新根桥，引发全网 STP 拓扑震荡

一、根桥的选举

1、选根桥

桥ID=桥优先级+桥MAC地址组成

桥ID小的桥被选举为根桥

根桥上的所有端口为指定端口（ Designated Port）DP

2、选指定端口DP和根端口RP

在每一个非根桥上选举根路径开销最小的端口为根端口（Root Port）RP

每个物理段选出根路径开销最小的桥作为指定桥（DB），连接指定桥的端口为指定端口（DP）

不是根端口和指定端口的其余端口被STP置为阻塞状态AP

额外情况：

在根路径开销相同时，所连网段指定桥ID最小的端口为根端口

在根路径开销相同时，桥ID最小的桥被选举为物理段上的指定桥，连接指定桥的端口为指定端口

在根路径开销、指定桥ID都相同的情况下，所连指定端口ID小的端口为根端口

端口状态：

端口状态		BPDU	转发用户数据
Disabled（禁用）	没有开启STP功能	不收发	转发
Blocking（阻塞）	非指定端口或者根端口	只收不发	不
Listening（监听）		收发	不
Learning（学习）		收发	不
Forwarding（转发）	指定端口或者根端口	收发	转发

端口状态转移：

端口被选为指定端口或根端口后，需要从Blocking状态经Listening和Learning才能到Forwarding状态，默认的Forwarding Delay时间是15秒

stp生成树的缺点/不足：端口从阻塞状态进入转发状态必须经历两倍的Forwarding Delay时间；如果网络中的拓扑结构变化频繁，网络会频繁地失去连通性

RSTP（快速生成树协议），是STP协议的优化版，RSTP具备STP的所有功能，RSTP可以实现快速收敛（在某些情况下，端口进入转发状态的延时大大缩短，从而缩短了网络最终达到拓扑稳定所需要的时间）

STP、RSTP的问题：

Trunk链路上实际上运行着多个VLAN；所有VLAN共用一棵生成树；无法实现不同VLAN在多条Trunk链路上的负载分担

PVST：每个VLAN上运行一个STP或者RSTP协议，不同VLAN之间的生成树完全独立

MSTP（多生成树协议）：将多个VLAN捆绑到一个实例，每个实例生成独立的生成树，在多条Trunk链路上实现VLAN级负载分担

MSTP、PVST具有RSTP的快速收敛，同时又具有负载分担机制
MSTP兼容STP和RSTP

STP基本配置

1、开启设备stp特性
[sw1]stp global enable
2、关闭端口的stp特性
[sw1-Ethernet1/0/1]undo stp enable
3、配置stp的工作模式
[sw1]stp mode stp|rstp|pvst|mstp
4、配置当前设备的优先级
[sw1]stp priority 1
5、配置端口为边缘端口
[sw1-Ethernet1/0/1]stp edged-port

什么时候需要设置为边缘端口？→当端口直连终端设备

边缘端口不参与 STP 计算，不收发 BPDU，端口 UP 后立即转发，无 30s 监听 / 学习收敛延时。

[SWA]stp priority 0
表示把交换机 STP 桥优先级设为 0,强制让这台交换机成为整个 STP 域的根桥

[SWA]undo stp enable
在系统视图下，undo退出 STP，才不参与根桥选举

配置聚合链路

链路聚合的作用：增加链路带宽、提供链路的可靠性、还能基于流进行负载分担

链路聚合按照聚合方式分：静态链路聚合和动态链路聚合

区别：是否使用聚合协议来协商链路信息

静态聚合：不使用聚合协议；动态聚合：使用LACP链路聚合协议

静态聚合链路的配置

1、创建聚合端口
[sw1]interface bridge-aggregation 1
2、把相应需要聚合的端口加入聚合组
[sw1-Ethernet1/0/1]port link-aggregation group 1
[sw1-Ethernet1/0/2]port link-aggregation group 1
[sw1-Ethernet1/0/3]port link-aggregation group 1

查看链路聚合状态

<SW>display link-aggregation summary