2022年2022年华为三层交换机原理 .pdf
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1、1.二层转发流程1.1. MAC地址介绍MAC 地址是 48 bit 二进制的地址,如:00-e0-fc-00-00-06 。可以分为单播地址、多播地址和广播地址。单播地址:第一字节最低位为0,如: 00-e0-fc-00-00-06 多播地址:第一字节最低位为1,如: 01-e0-fc-00-00-06 广播地址: 48 位全 1,如: ff-ff-ff-ff-ff-ff 注意:1)普通设备网卡或者路由器设备路由接口的MAC 地址一定是单播的MAC 地址才能保证其与其它设备的互通。2) MAC 地址是一个以太网络设备在网络上运行的基础,也是链路层功能实现的立足点。1.2. 二层转发介绍交换机
2、二层的转发特性,符合802.1D 网桥协议标准。交换机的二层转发涉及到两个关键的线程:地址学习线程和报文转发线程。学习线程如下:华为认证技术文章2 1)交换机接收网段上的所有数据帧,利用接收数据帧中的源MAC 地址来建立MAC 地址表;2)端口移动机制:交换机如果发现一个报文的入端口和报文中源MAC 地址的所在端口不同,就产生端口移动,将MAC 地址重新学习到新的端口;3)地址老化机制:如果交换机在很长一段时间之内没有收到某台主机发出的报文,在该主机对应的MAC 地址就会被删除,等下次报文来的时候会重新学习。注意:老化也是根据源MAC 地址进行老化。报文转发线程 : 1)交换机在MAC 地址表
3、中查找数据帧中的目的MAC 地址,如果找到,就将该数据帧发送到相应的端口,如果找不到,就向所有的端口发送;2)如果交换机收到的报文中源MAC 地址和目的MAC 地址所在的端口相同,则丢弃该报文;3)交换机向入端口以外的其它所有端口转发广播报文。2.1.3. VLAN二层转发介绍报文转发线程 : 引入了 VLAN 以后对二层交换机的报文转发线程产生了如下的影响:1)交换机在MAC 地址表中查找数据帧中的目的MAC 地址,如果找到(同时还要确保报文的入VLAN 和出 VLAN 是一致的),就将该数据帧发送到相应的端口,如果找不到,就向( VLAN 内)所有的端口发送;2)如果交换机收到的报文中源M
4、AC 地址和目的MAC 地址所在的端口相同,则丢弃该报文;3)交换机向( VLAN 内)入端口以外的其它所有端口转发广播报文。以太网交换机上通过引入VLAN,带来了如下的好处:名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页,共 9 页 - - - - - - - - - 1)限制了局部的网络流量,在一定程度上可以提高整个网络的处理能力。2)虚拟的工作组,通过灵活的VLAN 设置,把不同的用户划分到工作华为认证技术文章3 组内;3)安全性,一个VLAN 内的用户和其它VLAN
5、内的用户不能互访,提高了安全性。另外,还有常见的两个概念VLAN 的终结和透传,从字面意思上就可以很好的了解这两个概念。所谓VLAN 的透传就是某个VLAN 不仅在一台交换机上有效,它还要通过某种方法延伸到别的以太网交换机上,在别的设备上照样有效;终结的意思及相对,某个VLAN 的有效域不能再延伸到别的设备,或者不能通过某条链路延伸到别的设备。VLAN 透传可以使用802.1Q 技术, VLAN 终结可以使用PVLAN 技术。IEEE802.1Q 协议是 VLAN 的技术标准 ,主要是修改了标准的帧头,添加了一个tag 字段,其中包含了VLAN ID 等 VLAN 信息,具体实现这里不谈,如果
6、有兴趣可以看相关的标准和资料。注意: 在 Trunk 端口转发报文的时候, 如果报文的VLAN Tag 等于端口上配置的默认VLAN ID, 则该报文的Tag 应该去掉,对端收到这个不带Tag 信息的报文后,从端口的 PVID 获得报文的所属VLAN 信息,因此配置的时候必须保证连接两台交换机之间的一条Trunk 链路两端的PVID 设置相同。为什么要去Tag 呢?这样做是为了保证一般的用户插到Trunk 上以后,仍旧可以正常通信,因为普通用户无法识别带有802.1Q Vlan 信息的报文。使用 802.1Q 技术可以很好的实现VLAN 的透传,可是有的时候需要把VLAN 终结掉,也就是说这个
7、VLAN 边界在哪里终止,PVLAN 技术可以很好的实现这个功能,同时达到节省VLAN 的目的。 cisco 的 PVLAN 意思是private vlan,而我们的PVLAN 意思是primary vlan 。这里的 VLAN 有两类: Primary vlan 和 secondary vlan(子 VLAN) 。实现了接入用户二层报文的隔离,同时上层交换机下发的报文可以被每一个用户接收到,简化了配置,节省了VLAN 资源。具体实现这里不谈,如果有兴趣可以相关资料。华为认证技术文章4 下面谈谈三层交换流程。用 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
8、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。名师
9、资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页,共 9 页 - - - - - - - - - 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
10、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;华为认证技术文章5 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 vla
11、n 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。怎么样来区分二和三层的数据流?3526 产品是三层以太网交换机,在其处理流程中既包括了二层的处理功
12、能,又包括了三层的处理功能。区别二三层转发的基本模型:vlan 1 vlan 2 A C 1.1.1.1 255.255.0.0 1.1.1.2 255.255.0.0 2.2.2.2 255.255.0.0 2.2.2.1 255.255.0.0 1.1.1.3 255.255.0.0 B 如图所示:三层交换机划分了2 个 VLAN, A 和 B 之间的通信是在一个VLAN 内名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页,共 9 页 - - - - - - - - - 6
13、 完成,对与交换机而言是二层数据流,A 和 C 之间的通信需要跨越VLAN,是三层的数据流。上面提到的是宏观的方法,具体到微观的角度,一个报文从端口进入后,Swtich 设备是怎么来区分二层包文,还是三层报文的呢?从 A 到 B 的报文由于在同一个VLAN 内部, 报文的目的MAC 地址将是主机B 的 MAC 地址, 而从 A 到 C 的报文,要跨越 VLAN, 报文的目的MAC 地址是设备虚接口VLAN1 上的 MAC 地址。因此交换机区分二三层报文的标准就是看报文的目的MAC 地址是否等于交换机虚接口上的 MAC 地址。以华为 S3526 交换机为例,三层交换机整个处理流程中分成了三个大的
14、部分:1)平台软件协议栈部分这部分中关键功能有:运行路由协议,维护路由信息表;IP 协议栈功能, 在整个系统的处理流程中,这部分担负着重要的功能,当硬件不能完成报文转发的时候, 这部分可以代替硬件来完成报文的三层转发。另外对交换机进行telnet, ping, ftp,snmp 的数据流都是在这部分来处理。举例:show ip route :Routing Tables: Destination/Mask Proto Pre Metric Nexthop Interface 0.0.0.0/0 Static 60 0 10.110.255.9 VLAN-Interface2 10.110.48
15、.0/21 Direct 0 0 10.110.48.1 VLAN-Interface1 10.110.48.1/32 Direct 0 0 127.0.0.1 InLoopBack0 10.110.255.8/30 Direct 0 0 10.110.255.10 VLAN-Interface2 10.110.255.10/32 Direct 0 0 127.0.0.1 InLoopBack0 127.0.0.0/8 Direct 0 0 127.0.0.1 InLoopBack0 127.0.0.1/32 Direct 0 0 127.0.0.1 InLoopBack0 华为认证技术文章7
16、 维护 ARP 表show arp:IpAddress Mac_Address VLAN ID Port Name Type 10.110.255.9 00e0.fc00.5518 2 GigabitEthernet2/1 Dynamic 10.110.51.75 0010.b555.f039 1 Ethernet0/9 Dynamic 10.110.54.30 0800.20aa.f41d 1 Ethernet0/10 Dynamic 10.110.51.137 0010.a4aa.fce6 1 Ethernet0/12 Dynamic 10.110.50.90 0010.b555.e04f
17、 1 Ethernet0/8 Dynamic 2)硬件处理流程主要的表项是: 二层 MAC 地址表, 和三层的 ip fdb 表,这两个表中用于保存转发信息,在转发信息比较全的情况下,报文的转发和处理全部由硬件来完成处理,不需要软件的干预。 这两个表的功能是独立的,没有相互的关系, 因为一个报文只要一进入交换机,硬件就会区分出这个包是二层还是三层。非此即彼。例如: show mac all:MAC ADDR VLAN ID STATE PORT INDEX AGING TIME(s) 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - -
18、- 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页,共 9 页 - - - - - - - - - 0000.21cf.73f4 1 Learned Ethernet0/19 266 0002.557c.5a79 1 Learned Ethernet0/12 225 0004.7673.0b38 1 Learned Ethernet0/9 262 0005.5d04.9648 1 Learned Ethernet0/16 232 0005.5df5.9f64 1 Learned Ethernet0/16 300 MAC 地址表是精确匹配的IVL 方式,其中关键的参数是:Vlan ID,
19、Port index。例如: show ipfdb all :0: System 1: Learned 2: UsrCfg Age 3: UsrCfg noAge Other: Error Ip Address RtIf Vtag VTValid Port Mac Status 10.11.83.77 2 2 Invalid GigabitEthernet2/1 00-e0-fc-00-55-18 1 10.11.198.28 2 2 Invalid GigabitEthernet2/1 00-e0-fc-00-55-18 1 10.63.32.2 2 2 Invalid GigabitEth
20、ernet2/1 00-e0-fc-00-55-18 1 10.72.255.100 2 2 Invalid GigabitEthernet2/1 00-e0-fc-00-55-18 2 华为认证技术文章8 10.75.35.103 2 2 Invalid GigabitEthernet2/1 00-e0-fc-00-55-18 2 10.75.35.106 2 2 Invalid GigabitEthernet2/1 00-e0-fc-00-55-18 2 路由接口索引(RtIf) :该索引用来确定该转发表项位于哪个路由接口下面,对3526 产品来讲,支持的路由接口数目是32;Vlan ta
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