数据链路层技术及应用
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
- 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。
- 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。
- 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。
- 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：
- 网络的安全性差：各端口可以互访，可能被攻击
- 网络效率低：用户会接收到不必要的报文
- 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：
在以太网帧格式中加入32位（4字节）
- TPID 前2字节，标签协议标识（Tag Protocol Identifier） 固定值0x8100
- PRI 3位 优先级
- CFI 1位 标准格式指示，转发次序
- VLAN 标识 12位
解决VLAN之间互通的方法：
- 为每个VLAN分配一个单独的路由器接口
- 多个VLAN共用一条物理连接
- 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
- 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。
- 静态聚合：也是由手工配置，但是端口的选择是由LACP确定。
- 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。
