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1、网络数据交换设备分析作者:潘虎摘要交换机的核心数据交换技术是网络数据传输的关键技术，目前已由第二层数据交换发展到第三层及更高层的交换。交换机结构和工作方式也相应发展。本文通过对第二层，第三层及更高层数据交换技术的分析，阐明了数据交换技术的细节及相应交换机的结构和工作原理。关键字数据链路层，MAC转发/过滤表，VLAN，虚拟网间设备，线速路由1、第二层交换的原理及分析交换一般指的是发生在OSI七层协议的第二层-数据链路层的数据帧的交换。第二层交换按照所接收的信息包的MAC地址来转发包，不对信息包做任何的修改，对网络层及更高层来说是透明的。普通交换机采用的就是第二层交换的模式。它使用专用集成电路来
2、创建和维护其MAC转发/过滤表并进行数据帧转发。交换机中的MAC转发/过滤表在系统初次加电时没有数据，加电运行后，交换机根据每个端口所收到的数据帧的MAC源地址创建一个MAC转发/过滤表，记录发送数据帧的源设备的MAC地址对应在那个端口上。当再接收到数据帧时，交换机将在MAC转发/过滤表中查找数据帧的目的MAC地址，如果表中有这个地址，就把数据帧传送到相应端口上，这就是帧过滤。如果表中没有此地址，交换机就广播这个数据帧到发送端口之外的所有端口上，如果某个端口有响应，MAC转发/过滤表就会发生相应更新以记录MAC地址对应这个端口。当交换机在其端口上接到数据帧时，就根据其LAN交换类型来处理帧。L
3、AN交换类型有三种:直通转发方式，无碎片方式和存储转发方式。直通转发方式下交换机只读取数据帧的目的MAC地址(6个字节)，然后在MAC数据库中查端口，判断后进行转发或广播。无碎片方式下交换机先读数据帧的头64个字节，判断帧是否碎片，如果是碎片就丢弃，不是就过滤转发。存储转发方式下交换机读整个数据帧到出站缓冲区，然后计算循环冗余校验(CRC)，有误就丢弃，无误就过滤转发。2、第三层及更高层交换的原理及分析第三层交换工作在网络OSI七层协议的第三层，即网络层，它利用IP地址来进行三层路由。第三层交换机的功能和路由器一样，进行路由查找，转发数据包。使用第三层交换机组建网络，在网络设计时，先要设计IP
4、子网，围绕IP子网设计虚拟网(VLAN)，然后设定虚拟网间设备IP地址，这个IP地址就是这个虚拟网中所有设备的网关，也相当于路由模块的一个端口，多个虚拟网对应多个虚拟网间设备IP地址。然后，配置路由模块的路由协议(RIP或OSPF)，路由模块自动产生和维护路由表。实际工作中，数据帧进入第三层交换机接受目的MAC检查，若在第二层能交换则进行二层交换，否则通过虚拟网间设备进入到路由模块。路由模块工作在第三层，数据帧要经过路径确定、地址解析及某些特殊服务。基于第三层交换的交换机的路由模块硬件体系结构为:中央硅交换阵列通过CPU接口总线连接CPU模块，通过I/O接口总线连接I/O接口模块，是设备各端口
5、流量汇聚和交换的集中点，由它提供设备各进出端口的并行交换路径，所有跨I/O接口模块的数据流都要通过硅交换阵列进行转发。每个I/O接口模块包含一个或多个转发引擎，其上的ASIC完成所有的报文操作，包括路由查找、报文分类、第三层转发和业务流决策，这一将报文转发分布于每一个I/O端口的ASIC的方法是第三层交换机能够线速路由的关键部分。CPU模块主要完成设备的背景操作。第三层交换机比第二层交换机多了路由功能，而且能够线速路由，比传统路由器路由速度快得多，它将第二层交换机和第三层路由器两者的优势结合成为一个有机的整体，利用第三层协议中的信息加强了第二层交换功能。但一般说来，第三层交换机的路由功能只限于
6、IP协议，比传统路由器少了很多特殊功能。第四层交换是在第三层交换的基础上，根据传输层信息头提供的端口号提供额外的信息来确定路由。第四层信息用于协助路由确定比较常见，如:扩展访问列表能根据第四层端口号对数据包进行过滤。配置一个第四层交换机可根据应用类型为数据传输提供优先级别。第四层交换机的过滤表要比第二层，第三层交换机要大的多。3、结束语第二层交换技术分割了冲突域，扩展了网络带宽;第三层交换技术用硬件完成路由计算，地址查找，和数据包的转发，提供了线速路由，解决了路由技术中转发效率较低的问题。第四层交换根据传输层信息来协助确定路由。每一次交换技术的发展，都使网络整体性能有了大幅度的提高。交换技术在不断发展，从理论上将，OSI七层协议上都可实现交换。高层交换机的出现，将会把网络性能提高到新的层次。七乐无穷，尽在新浪新版博客，快来体验啊请点击进入
