华为三层以太网交换机基本原理及转发流程.docx
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华为三层以太网交换机基本原理及转发流程
1.二层转发流程
1.1.MAC地址介绍
MAC地址是48bit二进制的地址，如：
00-e0-fc-00-00-06。
可以分为单播地址、多播地址和广播地址。
单播地址：
第一字节最低位为0，如：
00-e0-fc-00-00-06
多播地址：
第一字节最低位为1，如：
01-e0-fc-00-00-06
广播地址：
48位全1，如：
ff-ff-ff-ff-ff-ff
注意：
1）普通设备网卡或者路由器设备路由接口的MAC地址一定是单播的MAC地址才能保证其与其它设备的互通。
2）MAC地址是一个以太网络设备在网络上运行的基础，也是链路层功能实现的立足点。
1.2.二层转发介绍
交换机二层的转发特性，符合802.1D网桥协议标准。
交换机的二层转发涉及到两个关键的线程：
地址学习线程和报文转发线程。
学习线程如下：
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1）交换机接收网段上的所有数据帧，利用接收数据帧中的源MAC地址来建立MAC地址表；
2）端口移动机制：
交换机如果发现一个包文的入端口和报文中源MAC地址的所在端口不同，就产生端口移动，将MAC地址重新学习到新的端口；
3）地址老化机制：
如果交换机在很长一段时间之内没有收到某台主机发出的报文，在该主机对应的MAC地址就会被删除，等下次报文来的时候会重新学习。
注意：
老化也是根据源MAC地址进行老化。
报文转发线程:
1）交换机在MAC地址表中查找数据帧中的目的MAC地址，如果找到，就将该数据帧发送到相应的端口，如果找不到，就向所有的端口发送；
2）如果交换机收到的报文中源MAC地址和目的MAC地址所在的端口相同，则丢弃该报文；
3）交换机向入端口以外的其它所有端口转发广播报文。
1.3.VLAN二层转发介绍
报文转发线程:
引入了VLAN以后对二层交换机的报文转发线程产生了如下的影响：
1）交换机在MAC地址表中查找数据帧中的目的MAC地址，如果找到（同时还要确保报文的入VLAN和出VLAN是一致的），就将该数据帧发送到相应的端口，如果找不到，就向（VLAN内）所有的端口发送；
2）如果交换机收到的报文中源MAC地址和目的MAC地址所在的端口相同，则丢弃该报文；
3）交换机向（VLAN内）入端口以外的其它所有端口转发广播报文。
以太网交换机上通过引入VLAN，带来了如下的好处：
1）限制了局部的网络流量，在一定程度上可以提高整个网络的处理能力。
2）虚拟的工作组，通过灵活的VLAN设置，把不同的用户划分到工作
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组内；
3）安全性，一个VLAN内的用户和其它VLAN内的用户不能互访，
提高了安全性。
另外，还有常见的两个概念VLAN的终结和透传，从字面意思上就可以很好的了解这两个概念。
所谓VLAN的透传就是某个VLAN不仅在一台交换机上有效，它还要通过某种方法延伸到别的以太网交换机上，在别的设备上照样有效；终结的意思及相对，某个VLAN的有效域不能再延伸到别的设备，或者不能通过某条链路延伸到别的设备。
VLAN透传可以使用802.1Q技术，VLAN终结可以使用PVLAN技术。
IEEE802.1Q协议是VLAN的技术标准,主要是修改了标准的帧头，添加了一个tag字段，其中包含了VLANID等VLAN信息，具体实现这里不谈，如果有兴趣可以看相关的标准和资料。
注意：
在Trunk端口转发报文的时候，如果报文的VLANTag等于端口上配置的默认VLANID，则该报文的Tag应该去掉，对端收到这个不带Tag信息的报文后，从端口的PVID获得报文的所属VLAN信息，因此配置的时候必须保证连接两台交换机之间的一条Trunk链路两端的PVID设置相同。
为什么要去Tag呢？
这样做是为了保证一般的用户插到Trunk上以后，仍旧可以正常通信，因为普通用户无法识别带有802.1QVlan信息的报文。
使用802.1Q技术可以很好的实现VLAN的透传，可是有的时候需要把VLAN终结掉，也就是说这个VLAN边界在哪里终止，PVLAN技术可以很好的实现这个功能，同时达到节省VLAN的目的。
cisco的PVLAN意思是privatevlan，而我们的PVLAN意思是primaryvlan。
这里的VLAN有两类：
Primaryvlan和secondaryvlan（子VLAN）。
实现了接入用户二层报文的隔离，同时上层交换机下发的报文可以被每一个用户接收到，简化了配置，节省了VLAN资源。
具体实现这里不谈，如果有兴趣可以相关资料。
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下面谈谈三层交换流程。
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，VLAN2上配置了路由接口用来实现vlan1和vlan2之间的互通。
A和B之间的互通（以A向B发起ping请求为例）：
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---->BARP请求报文，该报文在VLAN1内广播；
3）B---->AARP回应报文；
4）A---->Bicmprequest;
5）B---->Aicmpreply;
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（intvlan1）ARP请求报文，该报文在VLAN1内广播；
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3）网关---->AARP回应报文；
4）A---->switchicmprequest（目的MAC是intvlan1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（intvlan2）---->CARP请求报文，该报文在VLAN2内广播；
7）C--->switch（intvlan2）ARP回应报文；
8）switch（intvlan2）---->Cicmprequest（目的MAC是C的MAC，源MAC是intvlan2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---->Aicmpreply，这以后的处理同前面icmprequest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。
怎么样来区分二和三层的数据流？
3526产品是三层以太网交换机，在其处理流程中既包括了二层的处理
功能，又包括了三层的处理功能。
区别二三层转发的基本模型：
vlan1vlan2
AC
1.1.1.1
255.255.0.0
1.1.1.2
255.255.0.0
2.2.2.2
255.255.0.0
2.2.2.1
255.255.0.0
1.1.1.3
255.255.0.0
B
三层交换机划分了2个VLAN，A和B之间的通信是在一个VLAN内
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完成，对与交换机而言是二层数据流，A和C之间的通信需要跨越VLAN，是三层的数据流。
上面提到的是宏观的方法，具体到微观的角度，一个报文从端口进入后，Swtich设备是怎么来区分二层包文，还是三层报文的呢？
从A到B的报文由于在同一个VLAN内部，报文的目的MAC地址将是主机B的MAC地址，而从A到C的报文，要跨越VLAN，报文的目的MAC地址是设备虚接口VLAN1上的MAC地址。
因此交换机区分二三层报文的标准就是看报文的目的MAC地址是否等于交换机虚接口上的MAC地址。
以华为S3526交换机为例，三层交换机整个处理流程中分成了三个大的部分：
1）平台软件协议栈部分
这部分中关键功能有：
运行路由协议，维护路由信息表；
IP协议栈功能，在整个系统的处理流程中，这部分担负着重要的功能，当硬件不能完成报文转发的时候，这部分可以代替硬件来完成报文的三层转发。
另外对交换机进行telnet,ping,ftp,snmp的数据流都是在这部分来处理。
举例：
showiproute：
RoutingTables:
Destination/MaskProtoPreMetricNexthopInterface
0.0.0.0/0Static60010.110.255.9VLAN-Interface2
10.110.48.0/21Direct0010.110.48.1VLAN-Interface1
10.110.48.1/32Direct00127.0.0.1InLoopBack0
10.110.255.8/30Dire
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