艾锑知识——三层交换机的转发原理及流程分析
2020-04-14 17:20 作者：艾锑无限 浏览量：
三层交换机的转发原理及流程分析
三层交换机硬件转发表
计算机网络往往由许多种不同类型的网络互连连接而成。如果几个计算机网络只是在物理上连接在一起，它们之间并不能进行通信，那么这种“互连”并没有什么实际意义。因此通常在谈到“互连”时，就已经暗示这些相互连接的计算机是可以进行通信的，也就是说，从功能上和逻辑上看，这些计算机网络已经组成了一个大型的计算机网络，或称为互联网络，也可简称为互联网、互连网。下面将从互联网的渐进历程逐一阐
述各种设备的工作原理：
HUB的中文名称叫做以太网集线器，其基本工作原理是广播技术（broadcast），也就是HUB从任何一个端口收到一个以太网数据帧后，它都将此以太网数据帧广播到其它所有端口，HUB不记忆哪一个MAC地址
挂在哪一个端口——这里所说的广播是指HUB将该以太网数据帧发送到所有其它端口，并不是指HUB将该报文改变为广播报文。
以太网数据帧中含有源MAC地址和目的MAC地址，对于与数据帧中目的MAC地址相同的计算机执行该报文中所要求的动作；对于目的MAC地址不存在或没有响应等情况，HUB既不知道也不处理，只负责转发。
HUB工作原理：
① HUB从某一端口A收到的报文将发送到所有端口；
② 报文为非广播报文时，仅与报文的目的MAC地址相同的端口响应用户A；
③ 报文为广播报文时，所有用户都响应用户A。
随着网络应用不断丰富，网络结构日渐复杂，导致传统的以太网连接设备HUB已经越来越不能满足网络规划和系统集成的需要，它的缺陷主要表现在以下两个方面：
① 冲突严重——HUB对所连接的局域网只作信号的中继，所有物理设备构成了一个冲突域；
② 广播泛滥。
三层交换机流程
用VLAN分段，隔离了VLAN间的通信，用支持VLAN的路由器（三层设备）可以建立VLAN间通信。但使用路由器来互联企业园区网中不同的VLAN显然不合时代的潮流。因为我们可以使用三层交换来实现。差别1（性能）：传统的路由器基于微处理器转发报文，靠软件处理，而三层交换机通过ASIC硬件来进行报文转发，性能差别很大；
差别2（接口类型）：三层交换机的接口基本都是以太网接口，没有路由器接口类型丰富；差别3：三层交换机，还可以工作在二层模式，对某些不需路由的包文直接交换，而路由器不具有二层的功能。
首先让我们看一下设备互通的过程：
如图所示：交换机上划分了两个VLAN，在VLAN1，VLAN 2上配置了路由接口用来实现vlan1 和vlan 2之间的互通。
1）A检查报文的目的IP地址，发现和自己在同一个网段；
2）A----》B ARP请求报文，该报文在VLAN1 内广播；
3）B----》A ARP回应报文；
4）A----》B icmp request;
5）B----》A icmp reply; A和C之间的互通（以A向C发起ping请求为例）：
1）A检查报文的目的IP地址，发现和自己不在同一个网段；
2）A----》switch（int vlan 1）ARP请求报文，该报文在VLAN1 内广播
3）网关----》A ARP回应报文；
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收到报文后判断出是三层的报文。检查报文的目的IP地址，发现是在自己的直连网段；
6）switch（int vlan 2）----》C ARP请求报文，该报文在VLAN2 内广播；
7）C---》switch（int vlan 2）ARP回应报文；
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）同步骤4）相比报文的MAC头进行了重新的封装，而IP层以上的字段基本上不变；
9）C----》A icmp reply，这以后的处理同前面icmp request的过程基本相同。
以上的各步处理中，如果ARP表中已经有了相应的表项，则不会给对方发ARP请求报文。
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