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数据链路层技术及应用

发布时间 2023-12-28 13:28:36作者: 林每天都要努力

数据链路层技术及应用

1、移动承载网络中的数据链路层技术

  1. 虚拟局域网（Virtual Local Area Network，VLAN） 用于基站之间或者专线用户之间的数据隔离，每个基站或者每个业务属于一个独立的局域网。
  2. 链路聚合（Link Aggregation，LAG） 可以将多条链路进行捆绑，当一条链路出现问题时，其余链路能够继续工作，保证业务的正常转发，实现链路的保护。
  3. 虚拟路由器冗余（Virtual Router Redundancy Protocol，VRRP）用于基站网关的备份保护，基站网关出现故障是，可以使用备用节点进行工作，保证业务的正常工作。
  4. 生成树协议（ Spanning Tree Protocol，STP）用于二层网络中的环路防范，在纯二层网络组网中，可以使用STP构建无环的二层拓扑，实现业务的正常转发。

2、虚拟局域网技术 VLAN

起因：传统以太网采用基于源MAC地址的学习方式，自动学习各个端口连接的主机MAC地址，形成转发表。

存在问题：

  1. 网络的安全性差：各端口可以互访，可能被攻击
  2. 网络效率低：用户会接收到不必要的报文
  3. 业务拓展能力差：无法提供优先级服务

VLAN 把用户划分为多个逻辑的网络，每个逻辑网络内的用户为一个组，组内可以通信，组间不允许通信。二层转发的单播、多播、广播报文只能在组内转发，并且很容易实现组成员的添加和删除。

VLAN的帧格式：

VLAN帧格式

在以太网帧格式中加入32位（4字节）

  1. TPID 前2字节，标签协议标识（Tag Protocol Identifier） 固定值0x8100
  2. PRI 3位 优先级
  3. CFI 1位 标准格式指示，转发次序
  4. VLAN 标识 12位

解决VLAN之间互通的方法：

  1. 为每个VLAN分配一个单独的路由器接口
  2. 多个VLAN共用一条物理连接
  3. 三层交换机

3、生成树技术 STP

主要为了解决 使用冗余链路在交换网络形成的环路，使用冗余链路后，出现了二层交换网络的环路，会导致以下问题（1）广播风暴 （2）MAC地址表不稳定，交换机是根据MAC地址表进行转发的，MAC地址表在交换机启动时都是空的，交换机有一个学习MAC地址表的过程，根据收到的数据帧的原地址和接收端口的对应关系进行学习。（存在环路的情况下，一个数据帧在发送过程中，MAC地址对应的端口重复被重置。）

工作原理

STP用于存在环路结构的二层网络中，构建一个无环的树形的二层拓扑，协议有IEEE802.1D定义。

（1）桥ID ：描述网络中的交换机，前16位（2字节）表示交换机的优先级，后48位（6字节）表示交换机的MAC地址。

（2）根桥：桥ID最小的交换机。选举出现。

（3）端口开销：表示数据从该端口发送时的开销值。

（4）根端口：从一个非根交换机到根交换机总开销最小路径所经过的本地端口。

（5）端口ID：描述交换机上面不同端口的，4位 优先级 12位为端口号。

（6）指定端口：为每个网段转发发往根交换机方向的数据。

（7）预备端口：处于阻塞状态，会监听STP帧，作为保护路径。

（8）网桥协议数据单元：承载STP信息交换的报文BPDU。

工作原理：

（1）根桥选举：拥有较小桥ID的交换机被选举为根节点。

（2）根端口选举：选取开销最优到达根桥的路径，该端口成为根端口。

（3）指定端口选举：为每个网段指定指定端口。

（4）阻塞预备端口：其他统称为预备端口，作为网络冗余备份。

更多改进技术：RSTP、MSTP

4、链路聚合技术 LAG

链路聚合也叫端口捆绑、端口聚集或链路聚集。将多个端口聚合在一起形成一个汇聚组。

  • 优势

1、增加网络带宽

2、提高网络连接的可靠性

链路聚合控制协议（LACP）

链路聚合方式

  1. 手工聚合：通过手动方式配置链路，用在有一端不支持LACP协议的情况。
  2. 静态聚合：也是由手工配置，但是端口的选择是由LACP确定。
  3. 动态聚合：根据协议自动创建，只有速率和双工属性相同、连接到同一个设备、有相同配置的端口才能被动态汇聚到一起。

5、 虚拟路由冗余协议 VRRP

使用VRRP的原因：如果连接因特网的RT出现故障，局域网中与默认RT为下一跳路由的主机将失去网络连接。

VRRP通过将一组路由设备联合组成一台路由设备，将网络内主机的默认网关设置为该虚拟路由设备的IP地址。