以太网交换机--技术篇

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1、数据系统部宽带先锋，连接世界宽带先锋，连接世界ZXR10 ZXR10 以太网交换机系统以太网交换机系统以太网主要技术发展情况以太网主要技术发展情况1982年10BASE5802.3粗缆 1985年10BASE2802.3a细缆1990年10BASET802.3i双绞线1993年10BASEF802.3j光纤1995年100BASET802.3u双绞线，光纤1997年全双工以太网802.3x1998年1000BASEX802.3z光纤，屏蔽短 双绞线 1999年1000BASET802.3ab双绞线提纲 以太网技术发展历程 以太网交换机的主要技术指标 以太网基本概念 考察交换机的主要技术指标 C

2、SMA/CD 交换原理和技术 交换机的高级特性：端口捆绑 交换机的堆叠和级联 VLAN 组播交换机的主要技术指标一 转发模式 直接转发 存储转发l延时l转发速率 线速转发：交换机的交换速率达到信息在传输介质上的 传输速率 采用硬件专用ASIC 交换机采用分布处理技术，使得多个端口信息可以同时 并行处理 背板带宽 生成树 STP:端口从阻塞状态转到转发状态，需要几十秒的时间 才能恢复；为了避免网络失去连通性，RSTP 端口速率 全双工：不受CSMA/CD传输距离限制， 全双工： 关掉载波侦听功能 关掉冲突检测功能 关掉将已发送数据回送到接收器的功能 流量控制 在高速以太网环境中，缓冲拥塞中帧丢失

3、远远大于位出错 如果没有流量控制，就可能由于缓冲区拥塞而丢失更多的 帧 流控方法： 半双工：背压。后退压力算法。交换机适用伪载波信 号使得显现出“信道忙”的状态，各工作站暂停数据发送 ； 缓冲区 网络管理交换机的主要技术指标二一、带碰撞检测的载波侦听多路访问（一、带碰撞检测的载波侦听多路访问（CSMA/CDCSMA/CD ）技术技术媒体忙碰撞发送完毕N=16发送 成功发JAMN碰撞次数N+停止发送（形成碎片）碰撞次数过多 （差错处理）YN延迟随机时间t帧准备好YY开始发送帧以太网的帧结构前导码帧首定界符 （SFD）目的地址 （DA）源地址 （SA）类型 (TYPE)数据区 （DATA）帧检验

4、序列 （FCS）二、交换机的基本交换原理 静态交换 动态交换机 存储转发模式store and forward 首先在高速缓存中接受数据帧、CRC校验， 然后查找地址表，并进行转发； 直接转发cut through 首先检查进入端口的数据帧的目的地址（仅 读由同步码和目的地址组成的14B的帧头部） ，收索地址表进行匹配，然后转发以太网交换机的交换方式以太网交换机的交换方式基于帧的交换方式可分为静态交换方式和动态交换方式静态交换方式：632154以太网交换机的交换方式以太网交换机的交换方式动态交换方式可分成三种模式：存储转发（Store Forward)穿通（Cut Through）碎片丢弃（F

5、ragment Free）源站目的站 端口地址表查表转发高速缓存帧存储转发交换方式以太网交换机的不同结构以太网交换机的不同结构1.软件执行交换结构 2.矩阵交换结构 3.总线交换结构 4.共享型存储器交换结构 CPU串 并 转 换RAM串 并 转 换输入输出以太网交换机的不同交换结构以太网交换机的不同交换结构1.软件执行交换结构 2.矩阵交换结构 3.总线交换结构 4.共享型存储器交换结构 控制处理输 入交换矩阵输 出xxx输入输出以太网交换机的不同交换结构以太网交换机的不同交换结构1.软件执行交换结构 2.矩阵交换结构 3.总线交换结构 4.共享型存储器交换结构 系统集成配置灵活高可靠性维修

6、方便，支持热插拔层次型交换结构厢层次型交换结构厢体体模块式结构模块式结构电源风扇风扇电源背板交换网板交换网板主控板接口板主控板接口板接口板接口板L2的几个主要表项 FDB: MAC地址表 L2:用于数据的转发查表 VLAN表 L2:用于VLAN内的广播 ARP和REVERSE ARP表 主机：用于IP和MAC的解析 交换机交换的一般过程 根据对端IP地址在本机或L2上查找对应MAC地址 如果查表不能获得，将由用户端发起广播，在L2（ VLAN）域内进行广播，对端进行应答 根据MAC地址进行二层转发 各种表项都有一个更新时间，成为老化时间。老化 时间到达后，将删除表项。二层交换的转发表MAC A

7、ddressVLAN IDSource Port # TaggedAging00-12-34-ab-cd-ef11yes200-00-65-48-3d-1a12yes100-b0-d0-34-46-ca10014no200-b0-d0-f1-d4-4410020no2Bridge FDB (Forward Database) MAC Address Table目前主流交换机主要根据MAC地址+VID进行转发表索引同时在L2中还存在VLAN表Vlan IndexMember PortsTagged PortsInclude CPU0 Reserved11, 21, 2yes24, 7, 88no

8、10014, 20noneyes4095Bridge VLAN Table主要用于VLAN组内的广播ARP or Reverse ARP TableIPMAC VLANAging10.40.40.20000-b0-d0-34-46-ca100210.40.40.18300-b0-d0-f1-d4-44100210.40.40.254Not find100010.40.43.25400-12-34-ab-cd-ef1110.40.45.222Not find150120.45.98.12Not find40940L3转发的过程 在多层交换机中VLAN之间进行交换机 配置三层接口INTERFACE

9、（IP,MAC） IF 目的MAC地址为设备的三层接口地址 如果要在不同VLAN之间做路由，主机先广播 获得网关MAC地址； 将数据包转到路由FDB，在路由FDB中，主要依 据数据包的目的IP地址进行查表，依次获得下一 跳IP地址，MAC地址，并对应到VID 如果没有关联到VID，将查找MAC FDB表， 关联到VID。Route FDB L3 Route Table Subnet/PrefixNext Hop IPNext Hop VLANNext Hop MAC/Port10.40.40.200/3210.40.40.20010000-b0-d0-34-46- ca/1410.40.40.

10、183/3210.40.40.18310000-b0-d0-f1-d4- 44/2010.41.41.0/2410.40.40.254100Not resolved168.1.5.160/2810.40.43.254100-12-34-ab-cd-ef/1192.83.64.0/1710.40.45.22215Not resolved0.0.0.0/0120.45.98.124094Not resolvedL3和路由器的异同 相同点三、生成树协议（三、生成树协议（STPSTP）简介简介根网桥生成树协议（生成树协议（STPSTP）简介简介LAN1LAN2站点A站点BB1B2t0t1t2生成树生成

11、树STPSTP生成过程生成过程生成树算法基本的操作过程：在网桥/LAN交换机中选择一个根网桥。计算从根网桥/LAN交换机到其他非根交换机的最短路径。一台指定交换机被选举出来。这是离根交换机最近的交换机，数据帧将通过它被转发到 根交换机；每台交换机的根端口被选举出来。这是一个提供从该交换机到根交换机最佳路径（通常 是最低开销路径）的端口。不进行数据帧转发的端口被置于阻断状态。这些端口将继续发送和接收BPDU信息，但 是不允许发送或接收用户数据。用BPDU维护和重新计算生成树。IEEE802.1d 标准STPSTP的改进：的改进：RSTPRSTP快速生成树协议快速生成树协议已经标准化：IEEE 8

12、02.1W RSTP协议 快速生成树在不会造成临时环路的前提下，减小端口阻塞到转发的延 时，改变生成树的收敛时间，尽可能快的恢复网络连通性，提供更好 的用户服务。STP和RSTP的比较： 协议版本不同：在发送配置消息中有一个域携带了协议版本号； 端口状态迁移方式不同 配置消息的格式不同 拓扑改变消息的传播方式不同STP的改进：MSTPVLANVLAN和生成树的结合和生成树的结合PVSTPVST融合STP和VLAN的方法是：按VLAN生成树（PVST）是CISCO的专用实施方法。需要CISCO ISL封装以进行工作 。PVST为每个VLAN运行一个独立的生成树协议实例（instance）。公共生

13、成树（CST）CST是IEEE802.1Q对于VLAN和生成树的解决方案。CST为所有 VLAN运行单个生成树实例。BPDU信息运行在VLAN 1上。增强的按VLAN生成树（PVST+）PVST+是CISCO的专用实施方法，它使CST信息可 以正确地传进PVST。四、端口捆绑 (PORT Trunk) Trunk:一个单独的二层通道 PORT TRUNK是目前交换机的一个高级特性 是将网络流量聚集在一组端口的方法，以形成一个交换机 之间大的通道； 不同端口之间进行容错； 不同端口之间进行负载均衡。 在STP、VLAN、过滤特性上TRUNK被视为一个通道 CISCO称之为CHANNEL 原理：可

14、以在不同端口之间采用一种轮询机制 概念解析VLAN TRUNKING VLAN TRUNK(ING)：指VLAN中继或VLAN干线通道， VLAN交换机的互联通道。以太网链路聚合以太网链路聚合Port TrunkPort TrunkPort Trunk为交换机提供了端口捆绑技术，允许两个交换机之间通过两个 和多个端口并行连接，同时传输数据以提供更高的带宽。 优点： 增加网络带宽 提高网络连接的可靠性 采用已有硬件获得更高的带宽 实现原理： 不是对以太网帧进行分解，而是选择参与Port Trunk的其中一个物理链接 将整个以太网帧发送出去。实际上就是如何将协议发送的以太网帧分发到 某一端口的过程

15、。同样，在另一端口是如何将不同端口发送来的以太网帧 合并起来，使之等同于单一端口收到的数据。 已经标准化：IEEE 802.ad五、堆叠五、堆叠(Stack)(Stack)和级联和级联(Uplink)(Uplink)级联可通过一根双绞线在任何网络设备厂家的交换机之间，集线器之间，或交换机与集线器之间完成。级联只需单做一根双绞线(或其他媒介)交换机的级联在理论上是级联设备不超过7台堆叠只有在自己厂家的设备之间，且此设备必须具有堆叠功能才可实现。堆叠需要专用的堆叠模块和堆叠线缆，而这些设备可能需要单独购买。各个厂家的设备会标明最大堆叠个数。 一般最大8级。堆叠的优势：首先，多台交换机堆叠在一起，从

16、逻辑上来说，它们属于同一个设备。而级联的设备逻辑上 是独立的，如果想要网管这些设备，必须依次连接到每个设备。 其次，多个设备级联会产生级联瓶颈。例如，两个百兆交换机通过一根双绞线级联，则它们 的级联带宽是百兆。这样不同交换机之间的计算机要通讯，都只能通过这百兆带宽。而两个交换机通过堆 叠连接在一起，堆叠线缆将能提供高于1G的背板带宽，极大地减低了瓶颈。级联的优势：级联相对容易。级联还有一个堆叠达不到的目的，是增加连接距离。比如，一台计算机离交 换机较远，超过了单根双绞线的最长距离100米，则可在中间再放置一台交换机，使计算机与此交换机相连 。堆叠线缆最长也只有几米，所以堆叠时应予考虑。 交换机的堆叠集成堆叠堆叠(Stack)(Stack)堆叠总线堆叠总