华为三层以太网交换机基本原理及转发流程.docx

1、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48 bit 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.

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：华为认证技术文章21）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

3、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

4、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华为认证技术文章3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

5、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VLAN ID 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VLAN Tag 等于端口上配置的默认VLAN ID，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

6、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802.1Q Vlan 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private vlan，而我们的PVLAN 意思是primary vlan。这里的VLAN 有两类：

7、Primary vlan 和secondary vlan（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。华为认证技术文章4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（

8、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。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-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

9、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；华为认证技术文章53） 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

10、 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。怎么样来区分二和三层的数据流？3526 产品是三

11、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：vlan 1 vlan 2A C1.1.1.1255.255.0.01.1.1.2255.255.0.02.2.2.2255.255.0.02.2.2.1255.255.0.01.1.1.3255.255.0.0B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6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

12、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：show ip route：Routing Tables:Destination/Mask Proto Pre Metric Nexthop Interface0.0.0.0/0 Static 60 0 10.110.255.9 VLAN-Interface210.110.48.0/21 Direct 0 0 10.110.48.1 VLAN-Interface110.110.48.1/32 Direct 0 0 127.0.0.1 InLoopBack010.110.255.8/30 Dire