二三層轉(zhuǎn)發(fā)理解分析.doc

二三層轉(zhuǎn)發(fā)原理理解與分析二層轉(zhuǎn)發(fā)原理在OSI模型中,二層即為數(shù)據(jù)鏈路層,該層主要流通的數(shù)據(jù)是以數(shù)據(jù)幀的形式來(lái)構(gòu)成,可以說(shuō)是當(dāng)數(shù)據(jù)進(jìn)入二層后,封裝或者解封裝為數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu).根據(jù)下圖和我的理解簡(jiǎn)單描述一下數(shù)據(jù)在二層是如何完成轉(zhuǎn)發(fā)的.圖1在二層數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)主要依據(jù)鏈路層信息MAC地址來(lái)完成的.MAC地址也就是我們所說(shuō)的硬件地址,網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)通訊設(shè)備都有自己唯一的MAC地址,該地址是獨(dú)一無(wú)二的.設(shè)備根據(jù)MAC地址判斷把數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到何處,以及該數(shù)據(jù)包是從何處來(lái).二層交換設(shè)備一般通過(guò)內(nèi)部的ASIC硬件芯片完成轉(zhuǎn)發(fā).由于是硬件轉(zhuǎn)發(fā),轉(zhuǎn)發(fā)性能非常高的,這也是ASIC交換機(jī)的一大特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì).二層交換機(jī)不同的端口發(fā)送和接收數(shù)據(jù)相互獨(dú)立,各端口屬于不同的沖突域,以此有效隔離了網(wǎng)絡(luò)中的物理沖突,使得通過(guò)它相連的主機(jī)之間不必?fù)?dān)心流量大小對(duì)于數(shù)據(jù)發(fā)生沖突的影響.二層交換不同與三層交換,它主要完成同一網(wǎng)段內(nèi)的數(shù)據(jù)交互,二層交換機(jī)通過(guò)解析和學(xué)習(xí)以太網(wǎng)幀的源MAC地址來(lái)維護(hù)MAC地址與端口的對(duì)應(yīng)關(guān)系,它會(huì)把這些信息寫(xiě)入到MAC表中,其次是根據(jù)目的MAC來(lái)查找MAC表決定向哪個(gè)端口轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù).以圖1為例,假設(shè)PC1要把數(shù)據(jù)發(fā)送給PC3,它會(huì)有一個(gè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)流程1) 當(dāng)交換機(jī)端口收到PC1發(fā)來(lái)的一個(gè)數(shù)據(jù)包時(shí)，它先讀取包頭中的源MAC地址，也就是PC1的MAC地址,這樣它就知道源MAC地址的機(jī)器是PC1并且連在port1端口上的.交換機(jī)會(huì)把源MAC地址與端口對(duì)應(yīng)關(guān)系寫(xiě)入到MAC表中,作為以后的二次轉(zhuǎn)發(fā)依據(jù),如果MAC表項(xiàng)中有相同的記錄,它會(huì)刷新該記錄的老化時(shí)間,在交換機(jī)中采取了一定的老化時(shí)間,在老化時(shí)間內(nèi)未得到刷新會(huì)自動(dòng)刪除MAC表項(xiàng)的記錄.2) 讀取包頭中的目的MAC地址，即PC3的MAC地址們,并在地址表中查找相應(yīng)的端口,經(jīng)過(guò)查找會(huì)查找到兩個(gè)端口分別是port2和port3,經(jīng)過(guò)對(duì)比,port2對(duì)應(yīng)的MAC地址不是報(bào)文中的目的MAC地址,port3對(duì)應(yīng)的MAC地址是目的MAC地址.3) 如表中有與這目的MAC地址對(duì)應(yīng)的端口，把數(shù)據(jù)包直接復(fù)制到這端口上,直接把數(shù)據(jù)包復(fù)制到端口port34) 如表中找不到相應(yīng)的端口則把數(shù)據(jù)包廣播到所有端口上，當(dāng)目的機(jī)器對(duì)源機(jī)器回應(yīng)時(shí)，交換機(jī)又可以學(xué)習(xí)一目的MAC地址與哪個(gè)端口對(duì)應(yīng)，在下次傳送數(shù)據(jù)時(shí)就不再需要對(duì)所有端口進(jìn)行廣播了。如果表項(xiàng)所示端口與收到的以太網(wǎng)幀的端口相同,則丟棄該幀.不斷的循環(huán)這個(gè)過(guò)程，對(duì)于全網(wǎng)的MAC地址信息都可以學(xué)習(xí)到，二層交換機(jī)就是這樣建立和維護(hù)它自己的地址表。從二層交換機(jī)的工作原理可以得出以下結(jié)論：由于交換機(jī)對(duì)多數(shù)端口的數(shù)據(jù)進(jìn)行同時(shí)交換，這就要求具有很寬的交換總線(xiàn)帶寬，如果二層交換機(jī)有N個(gè)端口，每個(gè)端口的帶寬是M，交換機(jī)總線(xiàn)帶寬超過(guò)NM，那么這交換機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)線(xiàn)速交換.學(xué)習(xí)端口連接的機(jī)器的MAC地址，寫(xiě)入MAC地址表，MAC地址表的大小影響交換機(jī)的接入容量.三層轉(zhuǎn)發(fā)原理圖2路由和三層交換最大的區(qū)別是路由器依靠CPU進(jìn)行三層轉(zhuǎn)發(fā),三層交換機(jī)主要依靠ASIC芯片進(jìn)行三層轉(zhuǎn)發(fā).目前的三層交換機(jī)一般是通過(guò)VLAN來(lái)劃分二層網(wǎng)絡(luò)并實(shí)現(xiàn)二層交換,同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)不同VLAN直接的三層互訪,根據(jù)圖2的拓?fù)浞治鋈龑訑?shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)原理.圖2是個(gè)比較典型比較簡(jiǎn)單的三層轉(zhuǎn)發(fā)拓?fù)?PC1在1.1.1.0/24網(wǎng)段,PC2在2.2.2.0/24網(wǎng)段,他們通過(guò)交換機(jī)進(jìn)行三層數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā).在這個(gè)過(guò)程中既有二層轉(zhuǎn)發(fā)出現(xiàn),又有三層轉(zhuǎn)發(fā)出現(xiàn).三層轉(zhuǎn)發(fā)原理1) 源主機(jī)PC1在發(fā)起通信之前,將自己的 IP與目的IP地址向比較,如果兩者位于同一個(gè)網(wǎng)段內(nèi),源主機(jī)PC1向目的主機(jī)交換機(jī)發(fā)送ARP請(qǐng)求,收到ARP請(qǐng)求的交換機(jī),會(huì)回應(yīng)一個(gè)ARP應(yīng)答,應(yīng)答報(bào)文中帶有目的主機(jī)的MAC地址,源主機(jī)獲得目的MAC后,根據(jù)MAC地址發(fā)送報(bào)文.這是一個(gè)完整的同網(wǎng)段內(nèi)二層交換轉(zhuǎn)發(fā).2) 當(dāng)源主機(jī)PC1判斷目的主機(jī)地址與自己不是在同一個(gè)網(wǎng)段內(nèi)時(shí),它會(huì)通過(guò)網(wǎng)關(guān)來(lái)遞交報(bào)文,即發(fā)送ARP請(qǐng)求到網(wǎng)關(guān)主機(jī)獲得對(duì)應(yīng)的MAC地址,以網(wǎng)關(guān)MAC地址作為報(bào)文的目的MAC地址進(jìn)行報(bào)文交互,在此過(guò)程中,源IP地址和目的IP地址都不變,改變的是源MAC地址和目的MAC地址.三層轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程描述1) PC1要給PC2發(fā)送數(shù)據(jù)，已知目的IP，那么PC1就用子網(wǎng)掩碼取得網(wǎng)絡(luò)地址，判斷目的IP是否與自己在同一網(wǎng)段。2) 在同一網(wǎng)段，但不知道轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)所需的MAC地址，PC1就發(fā)送一個(gè)ARP請(qǐng)求，PC2返回其MAC地址，PC1用此MAC封裝數(shù)據(jù)包并發(fā)送給交換機(jī)，交換機(jī)起用二層交換模塊，查找MAC地址表，將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)的端口。3) 目的IP地址顯示不是同一網(wǎng)段的，那么PC1要實(shí)現(xiàn)和PC2的通訊，在流緩存條目中沒(méi)有對(duì)應(yīng)MAC地址條目，就將第一個(gè)正常數(shù)據(jù)包發(fā)送向缺省網(wǎng)關(guān)，這個(gè)缺省網(wǎng)關(guān)就是交換機(jī),對(duì)應(yīng)第三層路由模塊，所以可見(jiàn)對(duì)于不是同一子網(wǎng)的數(shù)據(jù)，最先在MAC表中放的是缺省網(wǎng)關(guān)的MAC地址；然后就由三層模塊接收到此數(shù)據(jù)包，把數(shù)據(jù)包送CPU處理,查詢(xún)其中的軟件路由表和ARP表,以確定到達(dá)PC2的路由，將構(gòu)造一個(gè)新的幀頭，其中以交換機(jī)的MAC地址為源MAC地址，以主機(jī)PC2的MAC地址為目的MAC地址。通過(guò)一定的識(shí)別觸發(fā)機(jī)制，確立主機(jī)PC1與PC2的MAC地址及轉(zhuǎn)發(fā)端口的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并記錄進(jìn)流緩存條目表，以后的PC1到PC2的數(shù)據(jù)，就直接交由二層交換模塊完成。這就通常所