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艾銻知識(shí)——三層交換機(jī)的轉(zhuǎn)發(fā)原理及流程分析


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

三層交換機(jī)硬件轉(zhuǎn)發(fā)表

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)往往由許多種不同類型的網(wǎng)絡(luò)互連連接而成。如果幾個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)只是在物理上連接在一起，它們之間并不能進(jìn)行通信，那么這種“互連”并沒(méi)有什么實(shí)際意義。因此通常在談到“互連”時(shí)，就已經(jīng)暗示這

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

述各種設(shè)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(shù)（broadcast），也就是HUB從任何一個(gè)端口收到一個(gè)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(gè)MAC地址
掛在哪一個(gè)端口——這里所說(shuō)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(bào)文改變?yōu)閺V播報(bào)文。

以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀中含有源MAC地址和目的MAC地址，對(duì)于與數(shù)據(jù)幀中目的MAC地址相同的計(jì)算機(jī)執(zhí)行該報(bào)文中所要求的動(dòng)作；對(duì)于目的MAC地址不存在或沒(méi)有響應(yīng)等情況，HUB既不知道也不處理，只負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)。

HUB工作原理：

① HUB從某一端口A收到的報(bào)文將發(fā)送到所有端口；

② 報(bào)文為非廣播報(bào)文時(shí)，僅與報(bào)文的目的MAC地址相同的端口響應(yīng)用戶A；

③ 報(bào)文為廣播報(bào)文時(shí)，所有用戶都響應(yīng)用戶A。

隨著網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用不斷豐富，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)日漸復(fù)雜，導(dǎo)致傳統(tǒng)的以太網(wǎng)連接設(shè)備HUB已經(jīng)越來(lái)越不能滿足網(wǎng)絡(luò)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(gè)方面：

① 沖突嚴(yán)重——HUB對(duì)所連接的局域網(wǎng)只作信號(hào)的中繼，所有物理設(shè)備構(gòu)成了一個(gè)沖突域；

② 廣播泛濫。

三層交換機(jī)流程

用VLAN分段，隔離了VLAN間的通信，用支持VLAN的路由器（三層設(shè)備）可以建立VLAN間通信。但使用路由器來(lái)互聯(lián)企業(yè)園區(qū)網(wǎng)中不同的VLAN顯然不合時(shí)代的潮流。因?yàn)槲覀兛梢允褂萌龑咏粨Q來(lái)實(shí)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(bào)文，靠軟件處理，而三層交換機(jī)通過(guò)ASIC硬件來(lái)進(jìn)行報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)，性能差別很大；

差別2（接口類型）：三層交換機(jī)的接口基本都是以太網(wǎng)接口，沒(méi)有路由器接口類型豐富；差別3：三層交換機(jī)，還可以工作在二層模式，對(duì)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(shè)備互通的過(guò)程：

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

三層交換機(jī)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(qǐng)求為例）：

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

2）A----》B ARP請(qǐng)求報(bào)文，該報(bào)文在VLAN1 內(nèi)廣播；

3）B----》A ARP回應(yīng)報(bào)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(qǐng)求為例）：

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

2）A----》switch（int vlan 1）ARP請(qǐng)求報(bào)文，該報(bào)文在VLAN1 內(nèi)廣播

3）網(wǎng)關(guān)----》A ARP回應(yīng)報(bào)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(bào)文后判斷出是三層的報(bào)文。檢查報(bào)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(qǐng)求報(bào)文，該報(bào)文在VLAN2 內(nèi)廣播；

7）C---》switch（int vlan 2）ARP回應(yīng)報(bào)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(bào)文的MAC頭進(jìn)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(guò)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(yīng)的表項(xiàng)，則不會(huì)給對(duì)方發(fā)ARP請(qǐng)求報(bào)文。

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