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1、第五章 多层交换网络设备技术实现,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；,二层交换
2、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(Special Packet Trap)：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,IGMP report、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
3、机芯片会根据MAC表和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 IGMP Snooping、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（Destination MAC）是单播 目的地址（Destination MAC）是组播 0X01-XX-XX-XX-XX-XX 0X01-00-5E-XX-XX-XX 目的地址（Destination MAC）是广播 0XF
4、F-FF-FF-FF-FF-FF,二层单播帧的数据转发流程,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
5、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Crossba
6、r芯片方式,不完全多级Crossbar结构问题,头包阻塞（Head-of-Link Blocking）,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 FIB Table IPMC,FDB表,Forwarding Data B
7、ase、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,又称为主机路由表 L3 Table、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,L3 Table的格式,IP转发表的建立,IP转发表的建立,IP转发表的建立,FIB Table,Forwarding Information Base、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：Destination MAC0xff-ff-ff-ff-ff-ff 三层组播包的判断标准：
8、Destination MAC = 0x01-00-5e-xx-xx-xx 二层组播包的判断标准：Destination MAC 40 = 1 Search FDB用vidDestination MAC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,L3 Switch,先查找L3表
9、项 、再查找FIB表项 数据包的目的IP地址已在L3 Table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L3 Table，则查询FIB Table，如果目的IP地址所在的网段FIB Table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L3 Table，也不在FIB Table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,理解三层交换机在网络互连中的作用 PC1、PC2分别配置192.16
10、8.1.10和192.168.2.10，网关分别配置192.168.1.1和192.168.2.1 switchA、B创建VLAN10和VLAN20，将端口1-5划入VLAN10，6-10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ping PC2的不间断命令，察
11、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,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。 在switchC中使用show命令的不同参数察看并验证配置信息。 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,多层交换设备软硬件结构 多层交换关键表项 FDB表 L3 表 FIB表 多层交换关键过程 IPMC L3 交换 L2 交换,
