收录若干交换机配置的要点

1 二层转发原理 

二层转发流程

1. 提取数据报的源MAC地址，查询MAC转发表（也就是L2FDB），如果找到就直接发送到对应端口。
2. 对于表中不包含的地址，通过广播发送，也就是发送到所有端口。
3. 使用地址自动学习（根据源MAC地址学习）和老化机制（定时机制）来维护MAC转发表的信息，二层转发一般不会更改数据包内容。

引入VLAN

　　虽然交换机解决了冲突域的问题，但是还是存在广播域问题，这里就应用到了VLAN，也就是在二层交换机上引入VLAN机制。

　　VLAN机制可以使处在相同VLAN下的主机任意通信（二层交换），不同VLAN主机通信完全隔离，如需通信需通过三层交换，阻断广播包，减小广播域，提供了网络安全性。VLAN简单来说就是一个广播域，可以跨越多个物理设备构成一个VLAN，这样网络构建和维护更加方便。

　　VLAN的划分方法可以根据交换机端口来划分，根据MAC地址来划分，根据网络层（IP地址、IP子网）来划分，根据IP组播划分等。

 

VLAN协议格式

 

• TPID：协议标志，通常是0x8100
• Priority：优先级
• CFI：规范指示为，总设为0
• VLAN ID：VLAN号

VLAN端口

　　VLAN基于端口划分可以分为种类端口类型：access、trunk、hybird。

• Access类型的端口只能属于1个VLAN，一般用于连接计算机的端口
• Trunk类型的端口可以允许多个VLAN通过，可以接收和发送多个VLAN的报文，一般用于交换机之间连接的端口
• Hybrid类型的端口可以允许多个VLAN通过，可以接收和发送多个VLAN的报文，可以用于交换机之间连接，也可以用于连接用户的计算机

    Hybrid端口和Trunk端口在接收数据时，处理方法是一样的，唯一不同之处在于发送数据时：Hybrid端口可以允许多个VLAN的报文发送时不打标签，而Trunk端口只允许缺省VLAN的报文发送时不打标签。

VLAN下交换机接口出入数据处理过程

1）Acess端口收报文：收到一个报文，判断是否有VLAN信息：如果没有则打上端口的PVID，并进行交换转发，如果有则直接丢弃（缺省）

2）Acess端口发报文：将报文的VLAN信息剥离，直接发送出去

3）trunk端口收报文：收到一个报文，判断是否有VLAN信息：如果没有则打上端口的PVID，并进行交换转发，如果有判断该trunk端口是否允许该VLAN的数据进入：如果可以则转发，否则丢弃

4）trunk端口发报文：比较端口的PVID和将要发送报文的VLAN信息，如果两者相等则剥离VLAN信息，再发送，如果不相等则直接发送

5）hybrid端口收报文：收到一个报文，判断是否有VLAN信息，如果没有则打上端口的PVID，并进行交换转发，如果有则判断该hybrid端口是否允许该VLAN的数据进入；如果可以则转发，否则丢弃（此时端口上的untag配置是不用考虑的，untag配置只对发送报文时起作用）

6）hybrid端口发报文：1.判断该VLAN在本端口的属性（disp interface 即可看到该端口对哪些VLAN是untag， 哪些VLAN是tag）；2.如果是untag则剥离VLAN信息，再发送，如果是tag则直接发送

2 三层交换原理

三层交换机

　　1.使用路由器进行VLAN间路由时的问题

　　现在，我们知道只要能提供VLAN间路由，就能够使分属不同VLAN的计算机互相通信。但是，如果使用路由器进行VLAN间路由的话，随着VLAN之间流量的不断增加，很可能导致路由器成为整个网络的瓶颈。

　　交换机使用被称为ASIC(ApplicationSpecified Integrated Circuit)的专用硬件芯片处理数据帧的交换操作，在很多机型上都能实现以缆线速度(Wired Speed)交换。而路由器，则基本上是基于软件处理的。即使以缆线速度接收到数据包，也无法在不限速的条件下转发出去，因此会成为速度瓶颈。就VLAN间路由而言，流量会集中到路由器和交换机互联的汇聚链路部分，这一部分尤其特别容易成为速度瓶颈。并且从硬件上看，由于需要分别设置路由器和交换机，在一些空间狭小的环境里可能连设置的场所都成问题。

　　2.三层交换机(Layer 3 Switch)

　　为了解决上述问题，三层交换机应运而生。三层交换机，本质上就是“带有路由功能的(二层)交换机”。路由属于OSI参照模型中第三层网络层的功能，因此带有第三层路由功能的交换机才被称为“三层交换机”。

　　关于三层交换机的内部结构，可以参照下面的简图。

　　在一台本体内，分别设置了交换机模块和路由器模块;而内置的路由模块与交换模块相同，使用ASIC硬件处理路由。因此，与传统的路由器相比，可以实现高速路由。并且，路由与交换模块是汇聚链接的，由于是内部连接，可以确保相当大的带宽。

　　● 使用三层交换机进行VLAN间路由(VLAN内通信)

　　在三层交换机内部数据究竟是怎样传播的呢?基本上，它和使用汇聚链路连接路由器与交换机时的情形相同。

　　假设有如下图所示的4台计算机与三层交换机互联。当使用路由器连接时，一般需要在LAN接口上设置对应各VLAN的子接口;而三层交换机则是在内部生成“VLAN接口”(VLAN Interface)。VLAN接口，是用于各VLAN收发数据的接口。(注：在Cisco的Catalyst系列交换机上，VLAN Interface被称为SVI——Switched Virtual Interface)

　　为了与使用路由器进行VLAN间路由对比，让我们同样来考虑一下计算机A与计算机B之间通信时的情况。首先是目标地址为B的数据帧被发到交换机;通过检索同一VLAN的MAC地址列表发现计算机B连在交换机的端口2上;因此将数据帧转发给端口2。

　　● 使用三层交换机进行VLAN间路由(VLAN间通信)

　　接下来设想一下计算机A与计算机C间通信时的情形。针对目标IP地址，计算机A可以判断出通信对象不属于同一个网络，因此向默认网关发送数据(Frame 1)。

　　交换机通过检索MAC地址列表后，经由内部汇聚链接，将数据帧转发给路由模块。在通过内部汇聚链路时，数据帧被附加了属于红色VLAN的VLAN识别信息(Frame 2)。

　　路由模块在收到数据帧时，先由数据帧附加的VLAN识别信息分辨出它属于红色VLAN，据此判断由红色VLAN接口负责接收并进行路由处理。因为目标网络192.168.2.0/24是直连路由器的网络、且对应蓝色VLAN;因此，接下来就会从蓝色VLAN接口经由内部汇聚链路转发回交换模块。在通过汇聚链路时，这次数据帧被附加上属于蓝色VLAN的识别信息(Frame 3)。

　　交换机收到这个帧后，检索蓝色VLAN的MAC地址列表，确认需要将它转发给端口3。由于端口3是通常的访问链接，因此转发前会先将VLAN识别信息去除(Frame 4)。最终，计算机C成功地收到交换机转发来的数据帧。

　　整体的流程，与使用外部路由器时的情况十分相似——都需要经过“发送方→交换模块→路由模块→交换模块→接收方”。

参考资源：

【1】华为Access、Hybrid和Trunk的区别和设置http://www.educity.cn/net/1284108.html

【2】二层转发原理，http://www.cnblogs.com/luoxn28/p/5858332.html

【3】三层交换原理，http://network.51cto.com/art/201402/428887.htm

【4】VLAN原理，http://blog.csdn.net/cwm_meng_home/article/details/49762807