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三层交换机的转发原理及流程分析

发表时间: 2020-04-14 12:16:35

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三层交换机的转发原理及流程分析

三层交换机硬件转发表

计算机网络往往由许多种不同类型的网络互连连接而成。如果几个计算机网络公司电脑上门维护,桌面外包服务,机柜布线,弱电布线工程只是在物理上连接在一起,它们之间并不能进行通信,那么这种“互连”并没有什么实际意义。因此通常在谈到“互连”时,就已经暗示这些相互连接的计算机是可以进行通信的,也就是说,从功能上和逻辑上看,这些计算机网络已经组成了一个大型的计算机网络,或称为互联网络,也可简称为互联网、互连网。下面将从互联网的渐进历程逐一阐述各种设备的工作原理:

HUB的中文名称叫做以太网集线器,其基本工作原理是广播技术(broadcast),也就是HUB从任何一个端口收到一个以太网数据帧后,它都将此以太网数据帧广播到其它所有端口,HUB不记忆哪一个MAC地址挂在哪一个端口——这里所说的广播是指HUB将该以太网数据帧发送到所有其它端口,并不是指HUB将该报文改变为广播报文。

以太网数据帧中含有源MAC地址和目的MAC地址,对于与数据帧中目的MAC地址相同的计算机执行该报文中所要求的动作;对于目的MAC地址不存在或没有响应等情况,HUB既不知道也不处理,只负责转发。HUB工作原理:

① HUB从某一端口A收到的报文将发送到所有端口;

② 报文为非广播报文时,仅与报文的目的MAC地址相同的端口响应用户A;

③ 报文为广播报文时,所有用户都响应用户A。

随着网络应用不断丰富,网络结构日渐复杂,导致传统的企业外包it服务,机房服务器维护,综合布线弱电 以太网连接设备HUB已经越来越不能满足网络规划和系统集成的需要,它的缺陷主要表现在以下两个方面:

① 冲突严重——HUB对所连接的局域网只作信号的中继,所有物理设备构成了一个冲突域;

② 广播泛滥。

三层交换机流程

VLAN分段,隔离了VLAN间的通信,用支持VLAN的路由器(三层设备)可以建立VLAN间通信。但使用路由器来互联企业园区网中不同的VLAN显然不合时代的潮流。因为我们可以使用三层交换来实现。

差别1(性能):传统的路由器基于微处理器转发报文,靠软件处理,而三层交换机通过ASIC硬件来进行报文转发,性能差别很大;

差别2(接口类型):三层交换机的接口基本都是以太网接口,没有路由器接口类型丰富;差别3:三层交换机,还可以工作在二层模式,对某些不需路由的包文直接交换,而路由器不具有二层的功能。

首先让我们看一下设备互通的过程:

如图所示:交换机上划分了两个VLAN,在VLAN1,VLAN 2上配置了路由接口用来实现vlan1 和vlan 2之间的互通。

 

A和B之间的互通(以A向B发起ping请求为例):

1)A检查报文的目的IP地址,发现和自己在同一个网段;

2)A----》B ARP请求报文,该报文在VLAN1 内广播;

3)B----》A ARP回应报文;

4)A----》B icmp request;

5)B----》A icmp reply; A和C之间的互通(以A向C发起ping请求为例):

1)A检查报文的目的IP地址,发现和自己不在同一个网段;

2)A----》switch(int vlan 1)ARP请求报文,该报文在VLAN1 内广播

3)网关----》A ARP回应报文;

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收到报文后判断出是三层的报文。检查报文的目的IP地址,发现是在自己的直连网段;

6)switch(int vlan 2)----》C ARP请求报文,该报文在VLAN2 内广播;

7)C---》switch(int vlan 2)ARP回应报文;

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)同步骤4)相比报文的MAC头进行了重新的封装,而IP层以上的字段基本上不变;

9)C----》A icmp reply,这以后的处理同前面icmp request的过程基本相同。

以上的各步处理中,如果ARP表中已经有了相应的表项,则不会给对方发ARP请求报文。

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