艾銻知識——三層交換機的轉發原理及流程分析
2020-04-14 17:20 作者：艾銻無限 瀏覽量：
三層交換機的轉發原理及流程分析
三層交換機硬件轉發表
計算機網絡往往由許多種不同類型的網絡互連連接而成。如果幾個計算機網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，這些計算機網絡已經組成了一個大型的計算機網絡，或稱為互聯網絡，也可簡稱為互聯網、互連網。下面將從互聯網的漸進歷程逐一闡
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數據幀后，它都將此以太網數據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將該以太網數據幀發送到所有其它端口，并不是指HUB將該報文改變為廣播報文。
以太網數據幀中含有源MAC地址和目的MAC地址，對于與數據幀中目的MAC地址相同的計算機執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，只負責轉發。
HUB工作原理：
① HUB從某一端口A收到的報文將發送到所有端口；
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。
隨著網絡應用不斷豐富，網絡結構日漸復雜，導致傳統的以太網連接設備HUB已經越來越不能滿足網絡規劃和系統集成的需要，它的缺陷主要表現在以下兩個方面：
① 沖突嚴重——HUB對所連接的局域網只作信號的中繼，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
用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企業園區網中不同的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。差別1（性能）：傳統的路由器基于微處理器轉發報文，靠軟件處理，而三層交換機通過ASIC硬件來進行報文轉發，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vlan1 和vlan 2之間的互通。
1）A檢查報文的目的IP地址，發現和自己在同一個網段；
2）A----》B ARP請求報文，該報文在VLAN1 內廣播；
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發起ping請求為例）：
1）A檢查報文的目的IP地址，發現和自己不在同一個網段；
2）A----》switch（int vlan 1）ARP請求報文，該報文在VLAN1 內廣播
3）網關----》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，發現是在自己的直連網段；
6）switch（int vlan 2）----》C ARP請求報文，該報文在VLAN2 內廣播；
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表中已經有了相應的表項，則不會給對方發ARP請求報文。
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