二三層交換基礎(chǔ)v11

1、2021-12-202l基本概念l集線器、交換機、路由器l組網(wǎng)應(yīng)用的特點和區(qū)別l交換原理和過程2021-12-203l首先，復(fù)習(xí)一下網(wǎng)絡(luò)分層概念七層： 應(yīng)用層，telnet/ftp/路由協(xié)議四層： 傳輸層，TCP/UDP三層： 網(wǎng)絡(luò)層，通常是IP，數(shù)據(jù)包稱為報文二層： 鏈路層，比如以太網(wǎng)，數(shù)據(jù)包稱為幀一層： 物理層L2 HEADERL3 HEADERDATA以太網(wǎng)頭IP頭L4 HEADERTCP頭2021-12-204l鏈路層：負責(zé)直接相連的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的通訊l二層設(shè)備：連接同類型的鏈路網(wǎng)段，如兩個以太網(wǎng)的物理網(wǎng)段iMaciMacL2L1L2L2L1L3L32021-12-205l在以太網(wǎng)使用

2、的地址是MAC地址6字節(jié)數(shù)字，如 00-50-FC-1F-C0-3A特殊地址 ：FF-FF-FF-FF-FF-FF廣播地址lMAC地址沒有層次關(guān)系，所有的MAC地址只有數(shù)值的不同，沒有網(wǎng)絡(luò)上的包含關(guān)系l一個MAC地址唯一代表網(wǎng)絡(luò)上的一個點2021-12-206l鏈路層網(wǎng)絡(luò)是一個平面的網(wǎng)絡(luò)：沒有層次關(guān)系iMaciMacd igi t a liMaciMaciMaciMacd igi t a ld igi t a liMaciMaciMaciMaciMaciMac等于HUBHUBHUB2021-12-207l網(wǎng)絡(luò)層：負責(zé)一個網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的通訊l三層設(shè)備：連接多個IP網(wǎng)段iMaciMac3層交換機/路由器

3、L2L1L3L2L1L3L2L2L3/8/82021-12-208lIP地址：4字節(jié)數(shù)字lIP地址有層次關(guān)系/8 是一個大網(wǎng)絡(luò)地址/16 是其中的一個子網(wǎng)3/16 是這個子網(wǎng)中的一個主機地址55/16是這個子網(wǎng)中的廣播地址網(wǎng)絡(luò)地址主機地址掩碼長度2021-12-209l在網(wǎng)絡(luò)層，才可以組建大型網(wǎng)絡(luò)iMaciMaciMac31/8/162021-12-2010l基本概念l集線器、交換機、路由器l組網(wǎng)應(yīng)用的

4、特點和區(qū)別l交換原理和過程2021-12-2011l基本功能有多個接口，應(yīng)該能把每個接口進來的數(shù)據(jù)向目標轉(zhuǎn)發(fā)。l類型區(qū)分網(wǎng)絡(luò)能力：2層設(shè)備？3層設(shè)備？接口類型：以太網(wǎng)？其他鏈路類型？轉(zhuǎn)發(fā)能力： ？ PPS（包/秒）其他：支持協(xié)議？管理能力？2021-12-2012l集線器 Hubl2層交換機 L2 Switch l3層交換機 L3 Switchl路由器 Router2021-12-2013l物理層以太網(wǎng)設(shè)備，沒有智能l簡單的硬件實現(xiàn)簡單的功能l把每個端口收到的報文向所有其他端口廣播，就象一個分線盒l(wèi)“共享10M”2021-12-2014l由硬件芯片執(zhí)行數(shù)據(jù)幀或報文轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)通訊設(shè)備，分為二層交

5、換機和三層交換機通常接口單一，主要就是以太網(wǎng)硬件強大，軟件較簡單轉(zhuǎn)發(fā)能力高：10萬-1000萬PPS三層交換機也逐漸實現(xiàn)了復(fù)雜的功能和多種協(xié)議2021-12-2015l2層交換機 有少量的智能，可以學(xué)習(xí)MAC地址，精確轉(zhuǎn)發(fā)。 可能支持生成樹協(xié)議，可以避免多個以太網(wǎng)段之間出現(xiàn)環(huán)路“獨占10M/100M”。 2021-12-2016l3層交換機有很強的智能，功能類似于路由器通常用CACHE代替路由表，容量較小l路由器Router通過IP路由做轉(zhuǎn)發(fā)，可跨越大型的、各種鏈路類型的網(wǎng)絡(luò)。 2021-12-2017l二層交換機uHammer1008l三層交換機FlexHammer24BigHammer80

6、0，分布式結(jié)構(gòu)2021-12-2018l傳統(tǒng)路由器指用軟件實現(xiàn)IP報文“存儲-轉(zhuǎn)發(fā)”的數(shù)據(jù)通訊設(shè)備。三層設(shè)備。l硬件簡單，軟件強大，支持很多協(xié)議二層：以太網(wǎng)、PPP、FR、X.25、HDLC、Q931/Q921(ISDN)，SLIP，LAPB三層：以IP為主，可能還有IPX、SNA、AppleTalk.單播路由協(xié)議：RIP、OSPF、IGRP、EIGRP、BGP、ISIS.組播路由協(xié)議：DVMRP、PIM、MBGP、MSDP.2021-12-2019l傳統(tǒng)路由器的轉(zhuǎn)發(fā)能力較低：1萬-10萬PPS以前，廣域網(wǎng)的帶寬也低：9.6K, 64K，128K，2M.l當前的高端路由器也采用高速硬件來實現(xiàn)高

7、效率的轉(zhuǎn)發(fā)2021-12-2020l低端路由器CISCO 2500, 3600集中式軟件轉(zhuǎn)發(fā)l中端路由器CISCO 7500, 分布式軟件轉(zhuǎn)發(fā)l高端路由器CISCO 12000，分布式硬件轉(zhuǎn)發(fā)2021-12-2021l共同點：本質(zhì)：三層路由轉(zhuǎn)發(fā)高端路由器也使用硬件轉(zhuǎn)發(fā)l區(qū)別：低端產(chǎn)品的轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備不同轉(zhuǎn)發(fā)路由表的結(jié)構(gòu)往往不同2021-12-2022三層交換機與路由器已經(jīng)沒有本質(zhì)區(qū)別三層交換機與路由器已經(jīng)沒有本質(zhì)區(qū)別2021-12-2023轉(zhuǎn)發(fā)能力197519801985199019952000多網(wǎng)卡主機路由器HUB2層交換機3層交換機中端路由器高端路由器2021-12-2024l交換機： 以太網(wǎng)為

8、主l路由器： 同步串口，異步串口，10/100M以太網(wǎng)，ATM, E1/E3/PRI，T1/T3，HSSI，BRI l高端路由器/交換機：100M/1G/10G以太網(wǎng), 255M/622M/2.5G POS, 155M/622M ATM2021-12-2025l軟件： l 二層l硬件： 二層l 一層 STP等協(xié)議以太網(wǎng)交換物理接口2021-12-2026l軟件： 七層l 四層l 三層l 二層l硬件： 一層 IP轉(zhuǎn)發(fā)物理接口TCP/UDP 路由協(xié)議 鏈路協(xié)議2021-12-2027l軟件： 七層l 四層l 三層l 二層l硬件： 三層l 二層l 一層 IP以太網(wǎng)交換物理接口TCP/UDP 路由協(xié)議

9、 以太網(wǎng)協(xié)議IP交換2021-12-2028l交換機往往使用CACHE表裝載主機路由，大約幾千條。主機路由用HASH算法做精確匹配。另外有少量網(wǎng)段路由，可做最佳匹配l路由器通常路由轉(zhuǎn)發(fā)表包含了所有可用路由，做最佳匹配2021-12-2029l交換機的芯片路由表是一個CACHEl上層軟件產(chǎn)生路由時不加入芯片路由表l芯片處理報文時，沒有找到路由，產(chǎn)生一個CACHE-MISS，上報CPUlCPU查軟件路由表，得到一個主機路由，加入芯片路由表l此后，到這個主機的報文就可以做高速轉(zhuǎn)發(fā)了2021-12-2030三層芯片iMacCPU2 CACHE-MISSRTRT1 沒有路由5 正常轉(zhuǎn)發(fā)3 查軟件路由表4

10、 提交硬件軟件2021-12-2031l交換機的路由表容量較小，而且主要是主機路由。如果主機地址更換太多，會產(chǎn)生“Cache顛簸”。l所以交換機主要運用在中小型網(wǎng)絡(luò)，或單一出口的網(wǎng)絡(luò)位置。2021-12-2032l基本概念l集線器、交換機、路由器l組網(wǎng)應(yīng)用的特點和區(qū)別l交換原理和過程2021-12-2033l二層網(wǎng)段可以通過二層設(shè)備連接l三層網(wǎng)段必須通過三層設(shè)備連接/24/242021-12-2034iMaciMaciMacHUB路由器廣域網(wǎng)(/16)二層網(wǎng)段三層網(wǎng)絡(luò)/16同時也是一個三層子網(wǎng)/2420.1.

11、30.3/24/24/240/243/16廣域網(wǎng)也可以不覆蓋局域網(wǎng)子網(wǎng)，總之路由器可以把它們連接起來2021-12-2035iMaciMaciMac路由器廣域網(wǎng)二層網(wǎng)段三層網(wǎng)絡(luò)二層交換機沒有本質(zhì)變化，只是二層網(wǎng)段上的性能提高了2021-12-2036iMaciMaciMac一個比較大的二層網(wǎng)絡(luò)二層交換機iMaciMaciMacHUBHUBiMaciMaciMacHUB2021-12-2037l優(yōu)點組網(wǎng)簡單，便宜每個網(wǎng)段上的流量減少，性能比一個大網(wǎng)段好l缺點廣播包會傳送到整個網(wǎng)絡(luò)，不適合太大的網(wǎng)絡(luò)l可能是優(yōu)點也可能是缺點網(wǎng)絡(luò)內(nèi)

12、的IP地址必須在一個子網(wǎng)l適合的網(wǎng)絡(luò)：主機數(shù)不超過幾百臺2021-12-2038iMaciMaciMac/24三層交換機或路由器iMaciMaciMacHUBHUBiMaciMaciMac二層交換機/24/24/242021-12-2039l優(yōu)點廣播包不會穿越IP子網(wǎng)組網(wǎng)能力強，容量大l缺點組網(wǎng)比較復(fù)雜，成本較高l適合的網(wǎng)絡(luò)：無限！2021-12-2040l基本概念l集線器、交換機、路由器l組網(wǎng)應(yīng)用的特點和區(qū)別l交換原理和過程2021-12-2041l計算機發(fā)包l二層交換l三層交換l抽象過程2021-12-2042l計算機

13、上的 IP模塊發(fā)包時，檢查目的地址是否在本地網(wǎng)段： DestIP & Mask = MyIP & Mask ？l本地包直接發(fā)l遠方包要查路由表，發(fā)送給路由器iMaciMaciMacHUB路由器/24/24/240/242021-12-2043l二層交換：在一個二層網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部（比如一個VLAN），將收到的幀選擇適當?shù)亩丝诎l(fā)出去。l通過MAC學(xué)習(xí)得到MAC與端口的對應(yīng)信息，稱為FDB表l對收到的包按目的MAC做交換，不修改幀里的源和目的MAC地址。l沒有表項的幀在VLAN內(nèi)做廣播2021-12-2044lMAC學(xué)

14、習(xí): 從端口收到的幀中讀出MAC地址，得到它們的對應(yīng)信息iMaciMaciMaciMacHUBMAC1MAC2MAC3MAC4port1port2port3port4FDB表MAC1 : Port1 MAC2 : Port2MAC3,MAC4 : Port3MAC5,MAC6,MAC7 : Port42021-12-2045l按FDB表做交換iMaciMaciMaciMacHUBMAC1MAC2MAC3MAC4port1port2port3port4目的MACMAC4MAC1 : Port1 MAC2 : Port2MAC3,MAC4 : Port3MAC5,MAC6,MAC7 : Port4

15、接收拋棄2021-12-2046l1 通過路由協(xié)議或配置得到遠方網(wǎng)段的路由l2 鏈路層把收到的IP報文上交給IP層l3 IP層按路由做轉(zhuǎn)發(fā)l4 鏈路層把幀發(fā)送到鄰居2021-12-2047l通過路由協(xié)議或配置得到遠方網(wǎng)段的路由iMaciMacH1配置缺省路由：配置缺省路由：/0 下一跳下一跳0/240/24/24接口e0/24接口e0/24R1R2R3H1H2R1得到路由：得到路由：/24 下一跳下一跳0 出口出口e0/24R420

16、21-12-2048l路由協(xié)議的功能是在路由器之間交換路由信息l它使用特殊的協(xié)議報文，里面裝有路由數(shù)據(jù)l不是象MAC地址學(xué)習(xí)那樣，從任何收到的包上反向?qū)W習(xí)。遠方地址沒有路由就不能通，也就沒有包可以學(xué)。2021-12-2049l鏈路層把收到的IP報文上交給IP層iMacM1, M2, IPL2L1L2L3L3IP1, IP2, ICMPDATA以太網(wǎng)頭，從M1發(fā)送到M2IP頭，從IP1()發(fā)送到IP2()H1 IP=MAC=M1 IP=0MAC=M2R1ETHIPDATAIPDATA2021-12-2050lIP層按路由做轉(zhuǎn)發(fā)目的I

17、P=轉(zhuǎn)發(fā)表得到路由： /24 下一跳下一跳0 出口出口e2路由1：/8 路由2：/24 路由3：/24路由表的“最佳匹配”把報文交以太網(wǎng)接口e2向0發(fā)送2021-12-2051l鏈路層把幀發(fā)送到鄰居M2, M3, IPL2L1L2L3IP1, IP2, ICMPDATA以太網(wǎng)頭，從M1發(fā)送到M2IP頭，從IP1()發(fā)送到IP2()R2 IP=0MAC=M3 IP=0MAC=M2R1ETHIPDATAIPDATAL3MAC

18、地址變了，而IP地址都沒有變！2021-12-2052iMaciMac/240/24/24接口e0/24接口e0/24R1R2R3H1H0/24源IP和目的IP都一直不變源MAC和目的MAC在每個網(wǎng)段間都要改變 M1-M2 M2-M3 M3-M4 M4-M52021-12-2053l鏈路層收到一個以太網(wǎng)幀l檢查校驗和等參數(shù)是否合法l如果目的MAC地址不是我的，也不是組播和廣播MAC，就忽略（假如不支持二層轉(zhuǎn)發(fā)）l刪除幀頭，把數(shù)據(jù)部分按幀頭里的協(xié)議類型交上層協(xié)議處理（如IP）2021-12-2054lIP層收到IP包（就是以太網(wǎng)幀的數(shù)據(jù)）l檢查校驗和等參數(shù)是否合法l如果IP地址是接口IP地址之一，說明是本地報文，按IP頭里的協(xié)議類型交上層協(xié)議處理（如TCP）l否則，用目的IP地址查轉(zhuǎn)發(fā)表l有路由則交“出接口”對應(yīng)的鏈路協(xié)議發(fā)出，沒有路由則丟棄2021