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CloudEngine 12800, 12800E V200R003C00 配置指南-以太网交换

本文档针对设备的以太网业务,主要包括以太网交换概述、MAC配置、以太网链路聚合配置、M-LAG(跨设备链路聚合)配置、VLAN配置、QinQ配置、VLAN mapping配置、GVRP配置、STP/RSTP配置、MSTP配置、VBST配置、ERPS(G.8032)配置、Loopback Detection配置和二层协议透明传输配置。
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三层交换原理

三层交换原理

三层交换机出现的背景

早期的网络中一般使用二层交换机来搭建局域网,而不同局域网之间的网络互通由路由器来完成。那时的网络流量,局域网内部的流量占了绝大部分,而网络间的通信访问量比较少,使用少量路由器已经足够应付了。

但是,随着数据通信网络范围的不断扩大,网络业务的不断丰富,网络间互访的需求越来越大,而路由器由于自身成本高、转发性能低、接口数量少等特点无法很好的满足网络发展的需求。因此出现了三层交换机这样一种能实现高速三层转发的设备。

路由器的三层转发主要依靠CPU进行,而三层交换机的三层转发依靠硬件完成,这就决定了两者在转发性能上的巨大差别。当然,三层交换机并不能完全替代路由器,路由器所具备的丰富的接口类型、良好的流量服务等级控制、强大的路由能力等仍然是三层交换机的薄弱环节。

三层转发的原理

目前的三层交换机一般是通过VLAN来划分二层网络并实现二层交换,同时能够实现不同VLAN间的三层IP互访。不同网络的主机之间互访的流程简要如下:
  1. 源主机在发起通信之前,将自己的IP与目的主机的IP进行比较,如果两者位于同一网段(用网络掩码计算后具有相同的网络号),那么源主机直接向目的主机发送ARP请求,在收到目的主机的ARP应答后获得对方的物理层(MAC)地址,然后用对方MAC地址作为报文的目的MAC地址进行报文发送。
  2. 当源主机判断目的主机与自己位于不同网段时,它会通过网关(Gateway)来递交报文,即发送ARP请求来获取网关IP地址对应的MAC,在得到网关的ARP应答后,用网关MAC作为报文的目的MAC发送报文。此时发送报文的源IP是源主机的IP,目的IP仍然是目的主机的IP。

下面详细介绍一下三层交换的过程。

图1-7所示,通信的源、目的主机连接在同一台三层交换机上,但它们位于不同VLAN(网段)。对于三层交换机来说,这两台主机都位于它的直连网段内,它们的IP对应的路由都是直连路由。

图1-7 三层转发原理示意网
图中标明了两台主机的MAC、IP地址、网关,以及三层交换机的MAC、不同VLAN配置的三层接口IP。当 PC A向 PC B发起PING时,流程如下:(假设三层交换机上还未建立任何硬件转发表项)
  1. 根据前面的描述,PC A首先检查出目的IP地址10.2.1.2(PC B)与自己不在同一网段,因此它发出请求网关地址10.1.1.1对应MAC的ARP请求;
  2. L3 Switch收到PC A的ARP请求后,检查请求报文发现被请求IP是自己的三层接口IP,因此发送ARP应答并将自己的三层接口MAC(MAC Switch)包含在其中。同时它还会把PC A的IP地址与MAC地址对应(10.1.1.2与MAC A)关系记录到自己的ARP表项中去(因为ARP请求报文中包含了发送者的IP和MAC);
  3. PC A得到网关(L3 Switch)的ARP应答后,组装ICMP请求报文并发送,报文的目的MAC(即DMAC)=MAC Switch、源MAC(即SMAC)=MAC A、源IP(即SIP)=10.1.1.2、目的IP(即DIP)=10.2.1.2;
  4. L3 Switch收到报文后,首先根据报文的源MAC+VLAN ID更新MAC表。然后,根据报文的目的MAC+VLAN ID查找MAC地址表,发现匹配了自己三层接口MAC的表项,说明需要作三层转发,于是继续查找交换芯片的三层表项;
  5. 交换芯片根据报文的目的IP去查找其三层表项,由于之前未建立任何表项,因此查找失败,于是将报文送到CPU去进行软件处理;
  6. CPU根据报文的目的IP去查找其软件路由表,发现匹配了一个直连网段(PC B对应的网段),于是继续查找其软件ARP表,仍然查找失败。然后L3 Switch会在目的网段对应的VLAN 3的所有接口发送请求地址10.2.1.2对应MAC的ARP请求;
  7. PC B收到L3 Switch发送的ARP请求后,检查发现被请求IP是自己的IP,因此发送ARP应答并将自己的MAC(MAC B)包含在其中。同时,将L3 Switch的IP与MAC的对应关系(10.2.1.1与MAC Switch)记录到自己的ARP表中去;
  8. L3 Switch收到PC B的ARP应答后,将其IP和MAC对应关系(10.2.1.2与MAC B)记录到自己的ARP表中去,并将PC A的ICMP请求报文发送给PC B,报文的目的MAC修改为PC B的MAC(MAC B),源MAC修改为自己的MAC(MAC Switch)。同时,在交换芯片的三层表项中根据刚得到的三层转发信息添加表项(内容包括IP、MAC、出口VLAN、出接口),这样后续的PC A发往PC B的报文就可以通过该硬件三层表项直接转发了;
  9. PC B收到L3 Switch转发过来的ICMP请求报文以后,回应ICMP应答给PC A。ICMP应答报文的转发过程与前面类似,只是由于L3 Switch在之前已经得到PC A的IP和MAC对应关系了,也同时在交换芯片中添加了相关三层表项,因此这个报文直接由交换芯片硬件转发给PC A;
  10. 这样,后续的往返报文都经过查MAC表到查三层转发表的过程由交换芯片直接进行硬件转发了。
从上述流程可以看出,三层交换机正是充分利用了“一次路由(首包CPU转发并建立三层硬件表项)、多次交换(后续包芯片硬件转发)”的原理实现了转发性能与三层交换的完美统一。
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更新时间:2019-05-05

文档编号:EDOC1100004255

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