2022年面試常問的交換技術問題

VLAN是通過什么來實現(xiàn)的？TAG的內(nèi)容是什么？及各個字段的具體作用分別有多少字節(jié)？

實現(xiàn)vlan有一下三種方法：

基于端口的VLAN：將交換機的若干端口指定到一個VLAN，同一VLAN中的節(jié)點具有相同的網(wǎng)絡地址，不同VLAN間互訪需要路由器和三層交換機

基于MAC地址的VLAN：交換機對節(jié)點的MAC地址和交換機端口進行跟蹤，新節(jié)點接入網(wǎng)時根據(jù)需要將其規(guī)劃至某一VLAN，而無論節(jié)點在網(wǎng)絡中怎么移動，由于其MAC地址不變，因此用戶不需要再對網(wǎng)絡進行配置。

基于IP地址的VLAN：新站點在入網(wǎng)時無需進行太多配置，交換機則根據(jù)各站點網(wǎng)絡地址自動將其劃分成不同的VLAN。在三種VLAN的實現(xiàn)技術中，基于IP地址的VLAN智能化程度最高，實現(xiàn)起來也最復雜。采用VLAN有如下優(yōu)勢：1.抑制網(wǎng)絡上的廣播風暴；2.增加網(wǎng)絡的安全性；3.集中化的管理控制。

在trunk鏈路上區(qū)分VLAN流量最有效的方法是對來自不同VLAN的流量打上標記。目前主要的標記方式有如下兩種：ISL和802.1Q.

ISL會在以太網(wǎng)幀的前面添加26字節(jié)長度的ISL分裝信息，在幀尾附加4字節(jié)CRC

ISL幀格式如下：

Tag(26字節(jié))

DA

SA

以太網(wǎng)類型/長

數(shù)據(jù)

CRC（4字節(jié)isl）

DA前面26字節(jié)ISL

（2）802.1Q標記協(xié)議：它是在標準以太網(wǎng)幀中插入4字節(jié)的TAG幀而不是放入標簽頭部信息。802.1Q幀格式如下：

DA

SA

TAG

Data

CRC

Tag內(nèi)容有：

TPID

Priority

CFI

VLANID

TPID 標記協(xié)議標識符：是被全局分配的。定義值為0x8100，表明一個幀是802.1QVLAN數(shù)據(jù)幀

Priority用戶優(yōu)先級：該域用來標記幀穿過交換機時攜帶用戶優(yōu)先級信息，主要是802.1p使用

Cfi規(guī)范格式指示器：cfi值為0說明是規(guī)范格式，為1說明是非規(guī)范格式

Vlanid：12位，標識幀所屬的VLAN，可以標識4096個VLAN從0---4095

22、交換機上的有兩個VLAN，那么兩個VLAN中的PC是怎么通信的？

比如PC1（vlan10）pingPC1（vlan11）

（1）PC1首先根據(jù)PC2的IP地址，計算出PC2與自己不屬于同一網(wǎng)段，則需將數(shù)據(jù)發(fā)給網(wǎng)關，PC1查看ARP緩存查看網(wǎng)關的MAC，沒有網(wǎng)關的MAC則發(fā)送ARP請求（廣播）。

PC1MAC

PC1IP

00-00-00-00-00-00

網(wǎng)關IP

（2）網(wǎng)關收到這個ARP請求后，發(fā)現(xiàn)是給自己的，則給PC1回復一個ARP應答（單播）。

網(wǎng)關MAC

網(wǎng)關IP

PC1MAC

PC1IP

PC1收到這個ARP應答后，更新ARP緩存，分裝數(shù)據(jù)幀，將數(shù)據(jù)發(fā)送給網(wǎng)關。

網(wǎng)關收到數(shù)據(jù)幀后，解封裝，通過目標IP查看路由表，找到PC1所屬網(wǎng)段和網(wǎng)關，并將數(shù)據(jù)幀交給PC2的網(wǎng)關。PC2網(wǎng)關根據(jù)目標IP查看ARP緩存表，發(fā)現(xiàn)沒有與PC2相對應的條目。則從這個端口發(fā)送ARP請求，類型與前面PC1的相同，PC2收到ARP請求后回應ARP應答并更新ARP緩存。

網(wǎng)關收到PC2發(fā)來的ARP回應后更新ARP緩存。并開始封裝數(shù)據(jù)幀，將數(shù)據(jù)從網(wǎng)關端口發(fā)送出去。PC2收到數(shù)據(jù)后接封裝，查看目標IP是自己，則查看里面的數(shù)據(jù)。

補充：在ARP請求和ARP應答的過程中，所經(jīng)過的交換機接口都會學習到源MAC地址，并更新自己的MAC地址表

23、在數(shù)據(jù)鏈路層有哪些協(xié)議？廣域網(wǎng)上又有哪些？

數(shù)據(jù)鏈路層有Ethernet幀,PPP,HDLC,FR、令牌環(huán)、令牌總線等

廣域網(wǎng)：PPP，HDLC，F(xiàn)R、X.25、DDN、等

24、STP的收斂過程？講解下整個的過程？

在一個交換網(wǎng)絡里，在沒有根網(wǎng)橋時，交換機向各個UP端口發(fā)送配置BPDU（協(xié)議ID、版本號、報文類型、標記域、根網(wǎng)橋ID、根路徑成本、發(fā)送網(wǎng)橋ID、端口ID、報文老化時間、最大老化時間、轉(zhuǎn)發(fā)延時、訪問時間）以自己為根。當交換機收到比自己更優(yōu)的網(wǎng)橋ID時，它將不會再參與根的選舉，而把更優(yōu)的當做根網(wǎng)橋并發(fā)送出去，直到交換網(wǎng)絡里面所有的交換機都收到了最小的網(wǎng)橋ID。根網(wǎng)橋?qū)⒆约核械亩丝诖_定為指定端口。而與根網(wǎng)橋相直連的交換機的端口確定為根端口，在不與根交換機直連的網(wǎng)段，交換機先比較，最小路徑開銷，再比較發(fā)送方網(wǎng)橋ID（網(wǎng)橋ID小的優(yōu)選），確定指定端口，再阻塞其他端口，最后STP收斂完成。

25、STP和RSTP的區(qū)別，RSTP的特點和實現(xiàn)原理。

A、STP沒有明確區(qū)分端口狀態(tài)和角色，收斂時主要依賴端口狀態(tài)的切換。RSTP比較明確的區(qū)分了端口狀態(tài)與端口角色，且其收斂時更多是依賴于端口角色的切換。

B、STP端口狀態(tài)的切換必須被動的等待超時。而RSTP端口狀態(tài)的切換卻是一種主動的協(xié)商。

C、STP中的非根網(wǎng)橋只能被動的中繼BPDU。而RSTP中的非根網(wǎng)橋?qū)PDU的中繼具有一定的主動性。

D、STP端口狀態(tài)有（disabled、blocking、listening、learning、forwarding）

RSTP端口狀態(tài)有（discarding、learning、forwarding）

E、STP端口角色（根端口、指定端口、阻塞端口）

RSTP端口角色（根端口、指定端口、替代端口、備份端口、edge端口、禁用端口）

RSTP的特點和實現(xiàn)原理：

與STP比較起來RSTP具有主動性和收斂快的優(yōu)點，它依賴的是端口角色的切換收斂更快。

RSTP端口切換是一種主動協(xié)商的思想。

在選舉根網(wǎng)橋過程時交換機之間進行P/A協(xié)商選出端口角色和根網(wǎng)橋，非根網(wǎng)橋確定了自己的根端口后，交換機的非邊緣的指定端口進入Discarding狀態(tài)，并設置自己的synced變量，替代、備份和邊緣端口會馬上設置該變量。根端口監(jiān)視其他端口的synced，當所有其他端口的synced全被設置，根端口會設置自己的synced，然后傳回BPDU，其中agreement位被置位。當指定端口收到一個agreement置位的BPDU且端口角色是根端口，argeed被置位，指定端口馬上進入forwarding狀態(tài)。

26、RSTP邊緣端口有什么用？當一個數(shù)據(jù)包過來時它是怎么處理的？

加快端口狀態(tài)的遷移，不會產(chǎn)生回路，且不參與協(xié)商。當一個數(shù)據(jù)包經(jīng)過這個端口時，它首先學習到這個數(shù)據(jù)包的源MAC，再根據(jù)目標MAC查看MAC地址表來轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)

27、BPDUGuard是做什么用的？應用到什么場合？ROOTGuard是做什么的？應用到什么場合？LOOpguard是做什么用的？應用到什么場合？

BPDUGuard：是一種保護portfast端口的特性，主要和portfast特性結(jié)合使用，使用該特性的端口當收到BPDU后立即進入errdisable狀態(tài)。要讓端口重新被使用需要手工恢復或用errdisabletimeout功能讓其經(jīng)過多少時間后自動恢復。配置：接口下：spanning—treeBPDUguardenable

RootGuard配置了該特性的端口不會成為根端口，往往配置在接入層交換機上，正常情況下，配置了該特性的端口還是會正常收斂。

當該端口受到superiorBPDU情況下，端口進入root—inconslisten（與根不一致）狀態(tài)，該狀態(tài)下不會收發(fā)數(shù)據(jù)，只會監(jiān)聽BPDU，不會成為根端口。

拿走加上的交換機后，rootguard端口會正常STP收斂后可用，完全自動化。

Loopguard：跟蹤非指定端口（如根端口、替代端口）的BPDU活動，他認為某端口連BPDU都收不到了，該端口也不能被使用，否則可能會出現(xiàn)環(huán)路。

正常情況下收到BPDU，端口正常收斂。

BPDU丟棄持續(xù)20s后，配置了loopguard特性的端口變?yōu)閘oop—inconsistent狀態(tài)，該端口被blocking來防止循環(huán)的形成，并保持在非指定端口的角色

當端口又收到BPDU后，經(jīng)過正常STP收斂后端口可用。

28、RSTP中的P/A協(xié)商過程，

P/A的協(xié)商過程即為proposal/agreement機制。其目的是使一個端口快速進入forwarding狀態(tài)。過程如下：

當一個指定端口處于discarding或learning狀態(tài)的時候。proposing變量置位。并向下游交換機傳遞proposal置位的BPDU。

當端口收到對端的指定端口發(fā)來的攜帶proposal置位的BPDU的時候，proposed被置位。該變量只是本網(wǎng)段上的指定端口希望盡快進入forwarding狀態(tài)。

當proposed被置位以后，收到proposal置位信息的根端口會依次為自己的其他端口置位sync變量。如果端口是非邊緣的指定端口是則會進入discarding狀態(tài)，即進入同步。

當端口完成轉(zhuǎn)到discarding后，會設置自己的synced變量。Alternate，backup和邊緣端口會馬上設置synced變量。根端口監(jiān)視其他端口的synced，當所有其他端口的synced全被設置，根端口會設置自己的synced，然后傳回BPDU，其中Agreement位被置位。

當指定端口接收到一個areement被置位的BPDU且端口角色是根端口，agreed變量被置位。Agreed一旦被置位，指定端口馬上進入forwarding狀態(tài)。

29、三臺交換機兩兩相連接時候一定會生成環(huán)路？如果關掉STP呢？比較STP/rstp之間的區(qū)別？

不會生成環(huán)路，因為STP默認是運行的，通過STP的計算會生成一個無環(huán)的STP生成樹。

如果關掉STP的話就不會有STP的計算了，一定會產(chǎn)生環(huán)路。

STP/RSTP之間的區(qū)別：

基于STP的端口沒有明顯的區(qū)分端口狀態(tài)和端口角色，當端口收斂時主要依賴于端口狀態(tài)的變化，而RSTP比較明確的區(qū)分了端口狀態(tài)與端口角色，且其收斂過程更多的是依賴于端口角色的變化，收斂更快。

基于STP端口的切換必須被動的等待時間的超時。而RSTP端口狀態(tài)的切換卻是一種主動的協(xié)商過程。

STP中的非根網(wǎng)橋只能被動的中繼BPDU，RSTP中的非根網(wǎng)橋?qū)PDU的中繼具有一定的主動性。

STP的端口狀態(tài)：disabled、blocking、listening、learning、forwarding

RSTP的端口狀態(tài)：discarding、learning、forwarding

STP端口角色：根端口、指定端口、阻塞端口

RSTP端口角色：根端口、指定端口、替代端口、備份端口、edge端口、禁用端口

當生成樹算法（STA）將某個端口選擇成指定端口的時候，在端口將過度到轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)之前，STP仍然需要等待兩倍的轉(zhuǎn)發(fā)延遲周期（默認的轉(zhuǎn)發(fā)延時時間是15s）.在RSTP中，點到點端口的過度是快速的，在P/A協(xié)商的結(jié)尾，交換網(wǎng)絡就已經(jīng)收斂完成。在使用RSTP中，網(wǎng)絡收斂所需要的時間就是提議和協(xié)定BPDU到達兩臺交換機所需的時間，通常在1s之內(nèi)完成。

在交換網(wǎng)絡發(fā)生拓撲變更的時候，感知RSTP交換機會啟動TCwhile計時器（其數(shù)值等于所有非邊緣指定端口及其根端口的hello時間的2倍。TCwhile計時器是RSTP網(wǎng)橋主動的通知拓撲發(fā)生變化的網(wǎng)絡中其余網(wǎng)橋所需要的時間間隔（即在這個時間內(nèi)網(wǎng)橋會不停的發(fā)送TC置位的BPDU）。而STP只有根才能發(fā)送具有TC置位的BPDU。其他網(wǎng)橋只能發(fā)送TCN置位的BPDU。

30、一臺三層交換機在收到一個數(shù)據(jù)包的時候，它是怎么來選擇是二層交換還是三層交換？

三層交換機基于ASIC中的編碼，來實現(xiàn)數(shù)據(jù)包的高速轉(zhuǎn)發(fā)，這是通告硬件來實現(xiàn)的，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)效率高。

第二層以太網(wǎng)頭

第三層IP頭

數(shù)據(jù)

校驗和

DMAC地址

SMAC地址

DIP

SIP

TTL

CRC

接收幀

RAE0MAC

P1MAC

P2IP

P1IP

N

設1

重寫幀

RBE0MAC

RAE1MAC

P2IP

P1IP

N-1

設2

三層交換機采用的是一種可以保存路由轉(zhuǎn)發(fā)信息的ASIC來實現(xiàn)數(shù)據(jù)平面的功能（一次路由，多次轉(zhuǎn)發(fā)），因此比傳統(tǒng)的依靠CPU完成數(shù)據(jù)平面工作的傳統(tǒng)路由器在轉(zhuǎn)發(fā)IP數(shù)據(jù)包要快得多。根據(jù)三層交換機上ASIC緩存信息建立的方式不同，三層交換技術可以分為MLS（多層交換與CEF（cisco快速轉(zhuǎn)發(fā)）。

MLS分為：

MLS-RP（MLS路由處理器）：這個組件代表路由選擇過程的控制平面。MLS-RP維護路由表，負責在網(wǎng)絡拓撲變化中更新路由表。

MLS-SE（MLS交換引擎）：這個組件代表路由選擇過程中的數(shù)據(jù)平面。MLS-SE負責為沒個接收到的需要路由的幀確定下一條和輸出接口信息，然后按照要求重寫幀，并轉(zhuǎn)發(fā)幀到合適的輸出接口。

MLS-se可以根據(jù)每個數(shù)據(jù)包的第一個包所攜帶的流信息和重寫信息為每一個數(shù)據(jù)流生成一條數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)發(fā)條目，該條目保存在MLS—SE所提供的MLS緩存表中，該表最多能容納128000條表項。只要經(jīng)過交換機的數(shù)據(jù)流在這個MLS緩存表里有對應的條目，就可以直接過二層轉(zhuǎn)發(fā)，如果沒有則做三層路由。這樣就可以做到一次路由，多次轉(zhuǎn)發(fā)的效果，從而提高了數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)效率。

CEF（cisco快速轉(zhuǎn)發(fā)）多層交換機技術：

目前CISCO主流的catalyst三層交換機都是基于cisco快速轉(zhuǎn)發(fā)（CEF），CEF也是cisco路由器承上啟下的下一代路由緩存機制（其實CEF最初是從高端CISCO路由器發(fā)展而來的）。CEF在MLS基礎上進行了重大的改進，最顯著的改進是數(shù)據(jù)流中的第一個數(shù)據(jù)包不需要像MLS那樣通過控制平面的路由組建進行交換。使用CEF數(shù)據(jù)流中的所有數(shù)據(jù)包都可以在硬件平臺中實現(xiàn)第三層交換，可以把這種方式叫做不需路由全部交換?；贑EF的三層交換機在數(shù)據(jù)流的所有數(shù)據(jù)流的所有數(shù)據(jù)包被接收前，CEF就允許基于硬件的數(shù)據(jù)平面所用的路由緩存中還包含了第三層交換所必須的轉(zhuǎn)發(fā)信息。所以CEF在路由緩存的創(chuàng)建了兩種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：

轉(zhuǎn)發(fā)信息庫（FIB）：CEF使用FIB來做基于目標前綴的交換決策，因為FIB本來就是由路由表所映射過來的，當網(wǎng)絡拓撲發(fā)生變化時，IP路由表將會改變，而且這些變化也會在FIB表中反射出來，所以CEF一種基于拓撲的轉(zhuǎn)發(fā)模型。

鄰接關系表：在網(wǎng)絡中，如果兩節(jié)點之間在數(shù)據(jù)鏈路層只有一跳，則它們彼此相鄰。除FIB表外，CEF還使用鄰接表來存儲第二層編址信息。鄰接關系表維護所有FIB條目的第二層地址。可以說鄰接關系表是由ARP緩存映射過來的。

31、STP的工作流程？STP是如何選擇阻塞端口的？

在一個使用了STP的交換網(wǎng)絡里，為了避免冗余鏈路而產(chǎn)生的回環(huán)，通過STP的計算和選舉，在邏輯上阻塞一些冗余端口，生成一顆無環(huán)樹。

STP是通過選舉根網(wǎng)橋、根端口、指定端口、阻塞其他端口來實現(xiàn)無環(huán)鏈路的。

首先交換機之間互發(fā)helloBPDU（根網(wǎng)橋、網(wǎng)橋ID、開銷），說明自己就是根網(wǎng)橋，當一個交換機收到的BPDU所包含的網(wǎng)橋ID比自己小時則把這個BPDU發(fā)送給其他交換機，自己不參與根網(wǎng)橋選舉，當所有交換機都受到最小網(wǎng)橋ID時，就會確定根網(wǎng)橋，然后根據(jù)根網(wǎng)橋來選擇根端口，指定端口，阻塞其他端口。選擇根端口的原則是端口收到根網(wǎng)橋最小開銷BPDU的端口，選擇指定端口的原則是網(wǎng)橋收到根網(wǎng)橋發(fā)來的BPDU的開銷---網(wǎng)橋ID小----端口ID小，再阻塞其他端口。

32、比較STP/RSTP/MSTP他們之間的區(qū)別？

MSTP（mulitplespanningtreeprotocol）多生成樹協(xié)議，是一種集成了PVST的多生成樹，CST的低BPDU開銷以及RSTP的快速收斂等眾多優(yōu)點，它既可以實現(xiàn)快速的備份冗余，保證網(wǎng)絡高可靠性：又可以實現(xiàn)低的開銷負載均衡，提高網(wǎng)絡資源的利用率和轉(zhuǎn)發(fā)性能。

（1）在MSTP里應用了實例這個概念，使用了區(qū)域、修訂號和vlan與實例的對應關系

相比于PVST的每個vlan對應一個生成樹，在MSTP里多個vlan可以對應一個實例（即為一個生成樹），這樣在滿足用戶數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)要求的同時，減少網(wǎng)絡中生成樹的數(shù)量，從而也減少了生成樹算法的計算量和資源占用量。MSTP使用了RSTP的算法為每個實例提供快速收斂。

根據(jù)MST生成樹實例作用的不同具體分為如下幾種：

IST實例（內(nèi)部生成樹實例）是MSTP區(qū)域內(nèi)缺省的生成樹實例，其編號為0（instance0）。缺省時，MSTP交換機所有的vlan都映射到IST中。IST覆蓋了整個區(qū)域的交換機，它是唯一接收和發(fā)送BPDU的生成樹實例；所以其他的生成樹信息都被包含在MSTPextension字段中，該字段被封裝在ISTBPDU中，這樣交換機要處理的BPDU數(shù)量就減少了，鏈路帶寬占用率也減少了。通過將CST實例擴展到MST區(qū)域中，IST實例能夠支持802.1q和802.1s之間的互操作性。IST實例接收并向CST實例發(fā)送BPDU。IST實例能夠?qū)⒄麄€MST區(qū)域標識為到達外部世界的CST虛擬網(wǎng)橋。

33、RSTP比STP收斂快，那么RSTP有哪些改進？什么是邊緣端口？兩者變更時的收斂過程？

RSTP（快速生成樹協(xié)議）：

在交換網(wǎng)絡收斂的時候，RSTP交換機相對于STP交換機，它明確了端口狀態(tài)和端口角色，主要依賴于端口角色的切換，所以收斂更快。

RSTP端口的切換是一種主動的協(xié)商過程，不需要等待時間的超時。

當交換機在hello周期內(nèi)沒收到根網(wǎng)橋發(fā)來的BPDU時，它會主動從指定端口發(fā)出BPDU，如果3個hello時間沒收到BPDU則說明交換機與根網(wǎng)橋或者指定網(wǎng)橋鏈路發(fā)生故障。需要進行端口角色的變化。

邊緣端口是直接與終端設備相連的端口，不參與STP的收斂，也不會產(chǎn)生回環(huán)。

34、STP根網(wǎng)橋的選舉，還有網(wǎng)橋優(yōu)先級是由什么構(gòu)成？

首先指明網(wǎng)橋優(yōu)先級默認都是32768（二進制形式是1000000000000000，十六進制形式是0x8000），它在網(wǎng)橋ID中占用2字節(jié)，取值范圍0~65535。網(wǎng)橋ID是由2字節(jié)的優(yōu)先級和6字節(jié)（總共8字節(jié)）的MAC組成。網(wǎng)橋ID越小表明越有可能成為根網(wǎng)橋。

STP的選舉是首先是每個交換機互發(fā)helloBPDU（根網(wǎng)橋、網(wǎng)橋ID、開銷）。每個交換機都指明自己就是根網(wǎng)橋，當收到一個網(wǎng)橋ID更小的BPDU時交換機不會再參與選舉，會指明這個網(wǎng)橋ID更小的為根網(wǎng)橋并發(fā)出去，直到整個交換網(wǎng)絡中都收到了最小的網(wǎng)橋ID的BPDU，才會選出根網(wǎng)橋。

35、MSTP了解多少？請區(qū)分根網(wǎng)橋和指定網(wǎng)橋

36、在交換網(wǎng)絡中經(jīng)常會用到STP、RSTP、MSTP這些生成樹協(xié)議，那你講講他們之間的區(qū)別？

37、PORTFAST端口為什么不直接禁掉STP？

一般對于直接與終端設備相連的交換機端口為邊緣端口，都會被設置PORTFAST，這樣端口就會直接收斂進入轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)，不會參與stp的計算，但是當portfast收到BPDU的時候它會進行重新收斂進行STP的選舉，當時直接禁用STP的話，這個端口就會拒接BPDU，效果是不同的，對于以后需要擴展的網(wǎng)絡是不需要禁用STP的。

38、VRRP與HSRP的不同之處？

HSRP

VRRP

Cisco私有

IEEE公有

基于UDP端口號為198