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艾銻知識——三層交換機的轉(zhuǎn)發(fā)原理及流程分析


2020-04-14 17:20 作者:艾銻無限 瀏覽量:
三層交換機的轉(zhuǎn)發(fā)原理及流程分析

三層交換機硬件轉(zhuǎn)發(fā)表

計算機網(wǎng)絡往往由許多種不同類型的網(wǎng)絡互連連接而成。如果幾個計算機網(wǎng)絡只是在物理上連接在一起,它們之間并不能進行通信,那么這種“互連”并沒有什么實際意義。因此通常在談到“互連”時,就已經(jīng)暗示這

些相互連接的計算機是可以進行通信的,也就是說,從功能上和邏輯上看,這些計算機網(wǎng)絡已經(jīng)組成了一個大型的計算機網(wǎng)絡,或稱為互聯(lián)網(wǎng)絡,也可簡稱為互聯(lián)網(wǎng)、互連網(wǎng)。下面將從互聯(lián)網(wǎng)的漸進歷程逐一闡

述各種設備的工作原理:

HUB的中文名稱叫做以太網(wǎng)集線器,其基本工作原理是廣播技術(broadcast),也就是HUB從任何一個端口收到一個以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀后,它都將此以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀廣播到其它所有端口,HUB不記憶哪一個MAC地址
掛在哪一個端口——這里所說的廣播是指HUB將該以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀發(fā)送到所有其它端口,并不是指HUB將該報文改變?yōu)閺V播報文。

以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀中含有源MAC地址和目的MAC地址,對于與數(shù)據(jù)幀中目的MAC地址相同的計算機執(zhí)行該報文中所要求的動作;對于目的MAC地址不存在或沒有響應等情況,HUB既不知道也不處理,只負責轉(zhuǎn)發(fā)。

HUB工作原理:

① HUB從某一端口A收到的報文將發(fā)送到所有端口;

② 報文為非廣播報文時,僅與報文的目的MAC地址相同的端口響應用戶A;

③ 報文為廣播報文時,所有用戶都響應用戶A。

隨著網(wǎng)絡應用不斷豐富,網(wǎng)絡結(jié)構日漸復雜,導致傳統(tǒng)的以太網(wǎng)連接設備HUB已經(jīng)越來越不能滿足網(wǎng)絡規(guī)劃和系統(tǒng)集成的需要,它的缺陷主要表現(xiàn)在以下兩個方面:

① 沖突嚴重——HUB對所連接的局域網(wǎng)只作信號的中繼,所有物理設備構成了一個沖突域;

② 廣播泛濫。

三層交換機流程

VLAN分段,隔離了VLAN間的通信,用支持VLAN的路由器(三層設備)可以建立VLAN間通信。但使用路由器來互聯(lián)企業(yè)園區(qū)網(wǎng)中不同的VLAN顯然不合時代的潮流。因為我們可以使用三層交換來實現(xiàn)。

差別1(性能):傳統(tǒng)的路由器基于微處理器轉(zhuǎn)發(fā)報文,靠軟件處理,而三層交換機通過ASIC硬件來進行報文轉(zhuǎn)發(fā),性能差別很大;

差別2(接口類型):三層交換機的接口基本都是以太網(wǎng)接口,沒有路由器接口類型豐富;差別3:三層交換機,還可以工作在二層模式,對某些不需路由的包文直接交換,而路由器不具有二層的功能。

首先讓我們看一下設備互通的過程:

如圖所示:交換機上劃分了兩個VLAN,在VLAN1,VLAN 2上配置了路由接口用來實現(xiàn)vlan1 和vlan 2之間的互通。

三層交換機的轉(zhuǎn)發(fā)原理及流程分析
A和B之間的互通(以A向B發(fā)起ping請求為例):

1)A檢查報文的目的IP地址,發(fā)現(xiàn)和自己在同一個網(wǎng)段;

2)A----》B ARP請求報文,該報文在VLAN1 內(nèi)廣播;

3)B----》A ARP回應報文;

4)A----》B icmp request;

5)B----》A icmp reply; A和C之間的互通(以A向C發(fā)起ping請求為例):

1)A檢查報文的目的IP地址,發(fā)現(xiàn)和自己不在同一個網(wǎng)段;

2)A----》switch(int vlan 1)ARP請求報文,該報文在VLAN1 內(nèi)廣播

3)網(wǎng)關----》A ARP回應報文;

4)A----》switch icmp request(目的MAC是int vlan 1的MAC,源MAC是A的MAC,目的IP是C,源IP是A);


5)switch收到報文后判斷出是三層的報文。檢查報文的目的IP地址,發(fā)現(xiàn)是在自己的直連網(wǎng)段;

6)switch(int vlan 2)----》C ARP請求報文,該報文在VLAN2 內(nèi)廣播;

7)C---》switch(int vlan 2)ARP回應報文;

8)switch(int vlan 2)----》C icmp request (目的MAC是C 的MAC,源MAC是int vlan 2的MAC,目的IP是C,源IP是A)同步驟4)相比報文的MAC頭進行了重新的封裝,而IP層以上的字段基本上不變;

9)C----》A icmp reply,這以后的處理同前面icmp request的過程基本相同。

以上的各步處理中,如果ARP表中已經(jīng)有了相應的表項,則不會給對方發(fā)ARP請求報文。

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