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1、第五章多层交换网络设备技术实现 神州数码网络大学2011 11 大纲 多层交换的设备的分类二层交换设备的交换原理多层交换设备的交换原理 多层交换的设备的分类 单板的多层交换设备由机箱和模块组成的多层交换设备通过板卡设计来满足用户的需求 二层交换设备的交换原理 二层交换设备的硬件结构二层交换设备的软件结构二层交换设备的关键的表项二层数据的处理流程 二层交换设备的硬件结构 二层交换设备的硬件结构 交换芯片ASIC存放各种寄存器 交换表 如端口状态 单播表 组播表 VLAN表等 控制交换机进行数据的接收 维护和转发 由硬件组成 是整个交换机的核心 CPU交换机的处理器 用于处理用户指令 协议运行等
2、二层交换设备的硬件结构 PHY控制交换机的数据比特流和电气设备信号的协商 转换SDRAM交换机内存 用于系统软件的运行和配置序列的存放 如交换机的ARL软件表 show命令时显示的信息FLASH闪存 用于保存系统文件和配置文件 二层交换设备的软件结构 二层交换设备的软件结构 接口模块特殊数据包陷阱 SpecialPacketTrap 当交换机接收到数据时 首先判断其是否为特殊数据包 如果是则直接发送给CPU处理 特殊数据包包括如ARP请求 STP IGMPreport leave等2层交换当交换机接收到数据时 首先判断其是否为特殊数据包 如果不是则发送给交换机芯片处理 交换机芯片会根据MAC表
3、和VLAN表对该数据包进行处理 如果二层表中没有该数据包的信息 则发送给CPU处理 二层交换设备的软件结构 CPU包含模块驱动接口映射层二层协议IGMPSnooping STP GVRP LACP管理模块Telnet HTTP SNMP TFTP FTP 配置管理 二层交换设备的关键的表项 MAC地址表建立 二层数据的处理流程 目的地址 DestinationMAC 是单播目的地址 DestinationMAC 是组播0X01 XX XX XX XX XX0X01 00 5E XX XX XX目的地址 DestinationMAC 是广播0XFF FF FF FF FF FF 二层单播帧的数据
4、转发流程 二层组播帧的数据转发流程 二层广播帧的数据转发流程 多层交换设备的交换原理 多层交换设备的硬件结构多层交换设备的软件结构多层交换设备的相关表项多层交换设备的数据处理流程 多层交换设备的硬件结构 非模块化多层交换设备的硬件结构模块化交换机模块的硬件结构 非模块化多层交换设备的硬件结构 非模块化多层交换设备的硬件结构 交换机芯片ASIC是三层芯片 且内存有所增加交换芯片ASIC存放各种寄存器 交换表 如端口状态 单播表 组播表 VLAN表等 控制交换机进行数据的接收 维护和转发 由硬件组成 是整个交换机的核心 CPU交换机的处理器 用于处理用户指令 协议运行等 PHY控制交换机的数据比特
5、流和电气设备信号的协商 转换SDRAM交换机内存 用于系统软件的运行和配置序列的存放 如交换机的ARL软件表 show命令时显示的信息FLASH闪存 用于保存系统文件和配置文件 模块化交换机模块的硬件结构 模块化交换机交换结构 计算机内存交换共享总线式交换矩阵式交换 计算机内存交换 共享总线式交换 矩阵式交换 内部原理 模块化交换机交换结构 Crossbar单Crossbar芯片方式多Crossbar芯片方式不完全多级交换完全的多级交换 Crosspoint 单Crossbar芯片方式 多Crossbar芯片方式 不完全多级Crossbar结构问题 头包阻塞 Head of LinkBlock
6、ing 我要右转可前面的直行车挡了我的路 Crosspoint 多层交换设备的软件结构 多层交换设备的软件结构 交换机芯片中增加了三层表三层转发表硬件路由表当接收到的三层数据包满足IP转发表或者硬件路由表中的某表项时 可直接由交换机芯片转发出去 而不再必须经过交换机的CPU完成三层转发 在CPU的模块中也增加了有关路由的模块RIP OSPF组播部分增加了DVMRP 多层交换设备的相关表项 FDB表IP转发表FIBTableIPMC FDB表 ForwardingDataBase MAC地址表特殊的MAC地址 网关的MAC地址 在L3位置1 普通的MAC地址会在L3位置0 IP转发表 又称为主机
7、路由表L3Table ARP表一个是存储在芯片本身自带的ram中L3表一个是存贮在软件的RAM中的arp表由CPU维护 并且会和L3表随时同步 L3Table的格式 IP转发表的建立 IP转发表的建立 IP转发表的建立 FIBTable ForwardingInformationBase 硬件网络路由表 多层交换设备的数据处理流程 判断标准 广播包的判断标准 DestinationMAC 0 xff ff ff ff ff ff三层组播包的判断标准 DestinationMAC 0 x01 00 5e xx xx xx二层组播包的判断标准 DestinationMAC 40 1SearchFD
8、B用vid DestinationMAC作为索引 二层组播地址 多播混杂模式分析电子和电气工程师协会 IEEE 定义的Individual Group 单独的 组 I G 位以太网和FDDI地址的I G位是目标MAC地址的第一个字节的最后一位 I G位的值如下如果设置为0 那么该地址为单播 或单独的 地址 如果设置为1 那么该地址为多播 或组 地址 广播地址也会设置多播位 IPMC表项和过程 L3Switch 先查找L3表项 再查找FIB表项数据包的目的IP地址已在L3Table中存在 直接转发该数据包到下一跳MAC地址对应的端口数据包的目的IP地址不在L3Table 则查询FIBTable
9、如果目的IP地址所在的网段FIBTable中存在 则直接转发该数据包到网关对应的端口数据包的目的IP地址不在L3Table 也不在FIBTable中 则将数据包传送给CPU处理 通过上层的路由表和ARP模块 找到目标IP地址对应的下一跳网关MAC地址或主机MAC地址 单播IP的数据转发 路由协议的数据转发 应用协议的数据转发 课堂实验 三层交换机划分vlan10和vlan20 分配vlan接口地址 甲 乙配置地址和各自的默认网关甲乙互ping通后 分别查看本机ARP表 列出10 1 1 1和10 1 2 1的MAC地址是多少 甲10 1 1 10 24 乙10 1 2 10 24 Intvla
10、n1010 1 1 1 Intvlan2010 1 2 1 课堂实验 二层交换机B划分VLAN10和VLAN20A B的链路做TRUNK三层交换机A划分VLAN10和VLAN20在A中配置VLAN10和VLAN20的网关地址甲乙ping通后查看各自网关MAC地址 确认是那台交换机的 甲10 1 1 10 24 乙10 1 2 10 24 B A 课堂实验 理解三层交换机在网络互连中的作用PC1 PC2分别配置192 168 1 10和192 168 2 10 网关分别配置192 168 1 1和192 168 2 1switchA B创建VLAN10和VLAN20 将端口1 5划入VLAN10
11、 6 10划入VLAN20 分别将PC1 PC2接入switchA的1口和switchB的6口 switchA B的24口用于与switchC的1 2口分别连接 并分别在三台交换机中配置这三个端口为trunk模式switchC中创建VLAN10和VLAN20 并由此创建逻辑端口vlan10和vlan20 分别配置IP地址192 168 1 1和192 168 2 1 在PC1中启动pingPC2的不间断命令 察看结果如何 理解过程 将PC2移动到switchA的6端口 不间断ping的结果如何 理解它 switchA switchB switchC 课后思考 在三层交换机中查找与三层交换数据结构相关的show命令 根据show返回结果理解三层交换的数据结构如果给上例中二层交换机配置VLAN10接口配置IP地址 是否会影响VLAN10终端用户的通信 思考与练习 如果不划分VLAN 而在终端中配置不同网段的地址 依然可以达到终端不可互通的目的 划分VLAN又可以提供哪些好处 在PC1和PC2中分别安装sniffer并启动捕获PC1发给PC2的数据包的过程 从数据链路层地址和网络地址的角度分析获取的数据包特点 三层交换机的这个功能能否使用路由器实现 怎样做 本章小结 多层交换关键表项FDB表L3表FIB表多层交换关键过程IPMCL3交换L2交换
