二三层转发

二层交换机原理：

l 接收网段上所有的数据帧

l 利用接收数据帧上SM来建立MAC表，使用地址老化机制进行地址表的维护

l 在MAC地址中查找数据帧中的目的MAC地址，找到就发送到相应的端口，否则发全局报文

l 向所有的端口转发广播帧和多播帧

 

三层交换机：

l 通过硬件实现查找和转发

l 转发路由表需要通过路由协议来建立和维护（传统路由器通过微处理器来实现查找和转发）

l 将路由和交换的功能集成一体

l 采用的结构是几种路由管理

 

二层交换机缺点：

l 由于根据MAC二层转发，冲突域限制到端口，但是无法限制广播域

 

三层交换机缺点：

l 广域网接口带宽不足，路由性能低下

 

解决办法：将网络中没有需求的主机隔离开--------------vlan

l 路由器将网络分段--昂贵

l 通过vlan划分广播域（一个vlan对应一个广播域）

 

VLAN二层交换规则：

l 主机与交换机之间传递的是untagged报文

l 交换机之间用于干道链路是Trunk连接

l 交换机用Tag来标识所属的vlan

l 干道链路传输的是Tagged Frame

l 不同vlan之间在二层不能通信

l 用三层路由实现vlan间通信

 

二三层转发的区别：

l 二层转发针对本网段的数据转发，查询PCT表（MAC表），关键看MAC

l 三层转发针对不同网段的数据转发，查询FIB表（路由表），关键看IP

l ARP是两个表的中间环节

 

二三层转发的判断：

l 发送端

SI & 网关掩码    是否相等   DI & 网关掩码

相等：同一网段，走二层转发

不相等：非同一网段，走三层转发

     

 

l 接收端

报文的DM     是否相等   端口的MAC

相等：走三层转发

不相等：走二层转发

 

 

例子：A/B, C/D为同一网段的主机，各自在同一vlan而且各自的地址已知，

 

A、要求实现A到B或者C到D通信。此时为二层转发。

1.A--B

SI和DI处于同一网段，二层转发，查PCT表，此时端口为空。

进行广播处理，向所有端口发送，B接收。交换机添加A的信息至PCT表

MAC	VLAN	接口（物理口）
MAC-A	Vlan1	1

 

2.B--A

此时B到A是第一次发送，查PCT表，端口为空。

进行广播处理，A接收。交换机添加A的信息至PCT表

MAC	VLAN	接口（物理口）
MAC-A	Vlan1	1
MAC-B	Vlan1	2

 

至此，A-B间MAC表建立完成。当再次通话时，查询PCT表，找到对应的接口即可。

 

B、要求实现A/B到C/D之间的通信。此时为三层转发。

此时涉及到A,C，交换机还有路由器。如下图

1.A-C先检查是否同网段，发现不是，走三层转发。由于是初次通话，路由表，MAC表都为空。所以发广播报文。

ARP请求

DM	SM	以太帧类型	映射帧类型	SI	DI	DATA
全f	Mac-A	0x0806	0x0800	Ip-A	Ip-r1	数据

 

2.SW1收到报文，添加vlan1标签在报文后，更新MAC表项。同时在同一vlan内广播

ARP请求

DM	SM	帧类型	Vlan	以太帧类型	映射帧类型	SI	DI	DATA
全f	Mac-A	0x8100	Vlan1	0x0806	0x0800	Ip-A	Ip-r1	数据

 

3.路由器收到sw1报文，更新路由表，同时将A的MAC和IP更新至ARP表，将A的MAC和vlan更新值MAC表。进行ARP响应

ARP响应

DM	SM	帧类型	Vlan	以太帧类型	映射帧类型	SI	DI	DATA
Mac-A	Mac-r1	0x8100	Vlan1	0x0806	0x0800	Ip-r1	Ip-A	数据

 

4.SW1的S2收到响应，更新SM和vlan至MAC表。同时根据DM和Vlan查MAC表，命中S1接口，去标签，s1发出。

ARP响应

DM	SM	以太帧类型	映射帧类型	SI	DI	DATA
Mac-A	Mac-r1	0x0806	0x0800	Ip-r1	Ip-A	数据

 

5.A，更新r1的MAC和IP至ARP表，更新r1的MAC至MAC表，发送ICMP回显请求

ICMP回显请求

DM	SM	协议类型	协议	ICMP类型	SI	DI	DATA
Mac-r1	Mac-A	0x0800	1	8	Ip-A	Ip-C	数据

 

6.S1收到报文，加vlan1标签，根据DM和vlan（r1）查MAC表，命中S2

ICMP回显请求

DM	SM	帧类型	Vlan	协议类型	协议	ICMP类型	SI	DI	DATA
Mac-r1	Mac-A	0x8100	Vlan1	0x0800	1	8	Ip-A	Ip-C	数据

至此，A到路由器的所有表项建立完成。下面是路由器至C的转发过程，同上述。