交換機的基本原理和相關技術

1、交換機基本原理及相關技術 以太網(wǎng)技術的發(fā)展歷程以太網(wǎng)技術的發(fā)展歷程 l2交換機工作原理交換機工作原理 vlan技術技術 vlan間路由間路由-三層交換三層交換 交換機相關技術介紹交換機相關技術介紹 交換機典型應用方案交換機典型應用方案 以太網(wǎng)技術的產(chǎn)生以太網(wǎng)技術的產(chǎn)生 以太網(wǎng)是美國施樂（以太網(wǎng)是美國施樂（xerox）公司的）公司的palo alto研究中心（簡稱為研究中心（簡稱為 parc）于）于1975年研制成功的，以曾經(jīng)在歷史上表示傳播電磁波年研制成功的，以曾經(jīng)在歷史上表示傳播電磁波 的的以太（以太（ether）命名。命名。 目前的主流以太網(wǎng)標準是目前的主流以太網(wǎng)標準是dec、intel、

2、xerox聯(lián)合提出的聯(lián)合提出的dix ethernet v2，很多時候我們也用，很多時候我們也用ieee 802.3代指。代指。 10base5 10base2 mac（媒體接入控制）地址（媒體接入控制）地址 在局域網(wǎng)中，硬件地址又被稱為物理地址或在局域網(wǎng)中，硬件地址又被稱為物理地址或mac地址地址，固化在，固化在 以太網(wǎng)卡的以太網(wǎng)卡的rom中。中。 目前以太網(wǎng)中廣泛使用的是目前以太網(wǎng)中廣泛使用的是6字節(jié)字節(jié)的的mac地址，通常表示為地址，通常表示為12位位 的點分十六進制數(shù)的點分十六進制數(shù)。 mac地址由地址由ieee的注冊管理委員會的注冊管理委員會rac負責分配和管理，每個負責分配和管理，

3、每個 地址由兩部分組成，分別是地址由兩部分組成，分別是機構唯一標識符機構唯一標識符和和擴展標識苻擴展標識苻。 00000000 00000001 0111101000000001 00000001 00000001 00-01-7a-01-01-01 0001.7a01.0101 以太網(wǎng)以太網(wǎng)v2幀格式幀格式 4615002664# bytes 目的地址目的地址源地址源地址類型類型數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)fcs ip數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)包 幀間隙幀間隙 前同步碼前同步碼 幀定界符幀定界符 mac幀幀 1712641518 網(wǎng)絡層網(wǎng)絡層 鏈路層鏈路層 物理層物理層 ip或或arp 或或rarp 10101011 三種幀傳

4、播方式三種幀傳播方式 00-01-7a-01-01-0100-01-7a-01-01-0200-01-7a-01-01-03 00-01-7a-01-01-0400-01-7a-01-01-05 da:00-01-7a-01-01-05 麻煩幫我打麻煩幫我打 印份文檔。印份文檔。 所有人馬上所有人馬上 來會議室。來會議室。 da:ff-ff-ff-ff-ff-ff 管理部人員請管理部人員請 來領資料。來領資料。 da:01-00-5e-00-00-01 單播單播：一對一，：一對一， 廣播廣播：一對全體；：一對全體； 組播組播：一對多；：一對多； 沖突域沖突域 以太網(wǎng)鏈路管理以太網(wǎng)鏈路管理csm

5、a/cd csma/cd：載波監(jiān)聽多路訪問：載波監(jiān)聽多路訪問/碰撞檢測碰撞檢測 我要發(fā)消息我要發(fā)消息 了，別跟我了，別跟我 搶線！搶線！ 已經(jīng)有人用了？已經(jīng)有人用了？ 那等會吧那等會吧 以太網(wǎng)技術的發(fā)展以太網(wǎng)技術的發(fā)展 70年代年代80年代年代90年代年代 以太網(wǎng)產(chǎn)生以太網(wǎng)產(chǎn)生 10m以太網(wǎng)發(fā)展成熟以太網(wǎng)發(fā)展成熟 共享式共享式lan交換機交換機 100m快速以太網(wǎng)快速以太網(wǎng) 92年年96年年 千兆以太網(wǎng)迅速發(fā)展千兆以太網(wǎng)迅速發(fā)展 萬兆以太網(wǎng)出現(xiàn)萬兆以太網(wǎng)出現(xiàn) 2002年年 同軸電纜同軸電纜 10base5 10base2 雙絞線雙絞線 光纖光纖 10base-t 10base-f 100bas

6、e-tx 100base-fx 1000base-t 1000base-sx 1000base-t 1000base-x 以太網(wǎng)技術的發(fā)展歷程以太網(wǎng)技術的發(fā)展歷程 l2交換機工作原理交換機工作原理 vlan技術技術 vlan間路由三層交換間路由三層交換 交換機相關技術介紹交換機相關技術介紹 交換機典型應用方案交換機典型應用方案 沖突域沖突域 集線器（集線器（hub）的缺陷）的缺陷 沖突域沖突域5 沖突域沖突域4 沖突域沖突域3 沖突域沖突域2 沖突域沖突域1 以太網(wǎng)交換機組建星型網(wǎng)絡以太網(wǎng)交換機組建星型網(wǎng)絡 以太網(wǎng)交換機工作原理以太網(wǎng)交換機工作原理 00-01-7a-01-01-01 00-0

7、1-7a-01-01-03 00-01-7a-01-01-04 00-01-7a-01-01-05 00-01-7a-01-01-02 mac地址地址所在端口所在端口 00-01-7a-01-01-010 00-01-7a-01-01-021 port 0port 1 port 2port 3 da:00-01-7a-01-01-05 arp 以太網(wǎng)交換機的交換模式以太網(wǎng)交換機的交換模式 直通式：直通式： 交換機接收到目的地址即交換機接收到目的地址即 開始轉發(fā)過程開始轉發(fā)過程 存儲轉發(fā)式：存儲轉發(fā)式： 交換機將全部內容接收才交換機將全部內容接收才 開始轉發(fā)過程開始轉發(fā)過程 碎片隔離式：碎片隔離

8、式： 交換機接收完數(shù)據(jù)包的前交換機接收完數(shù)據(jù)包的前 64字節(jié)，然后根據(jù)頭信息查字節(jié)，然后根據(jù)頭信息查 表轉發(fā)。表轉發(fā)。 以太網(wǎng)技術的發(fā)展歷程以太網(wǎng)技術的發(fā)展歷程 l2交換機工作原理交換機工作原理 vlan技術技術 vlan間路由三層交換間路由三層交換 交換機相關技術介紹交換機相關技術介紹 交換機典型應用方案交換機典型應用方案 二層交換的局限性二層交換的局限性 沖突域沖突域5 沖突域沖突域4 沖突域沖突域3 沖突域沖突域2 沖突域沖突域1 廣播域廣播域 arp 張三，給我張三，給我 出來！出來！ 我暈我暈這里沒這里沒 有張三啊有張三啊 吵死了吵死了沒法沒法 做事啦！做事啦！ 用用vlan隔離廣播

9、域隔離廣播域 vlan1：營銷部：營銷部 vlan2：財務部：財務部 vlan3：工程部：工程部 vlan（虛擬局域網(wǎng)）介紹（虛擬局域網(wǎng)）介紹 vlan是是虛擬局域網(wǎng)虛擬局域網(wǎng)的英文的英文 縮寫，是基于一個廣播域的縮寫，是基于一個廣播域的 交換機端口的集合。交換機端口的集合。 vlan 技術的核心是通過路技術的核心是通過路 由和交換設備在網(wǎng)絡的物理由和交換設備在網(wǎng)絡的物理 拓撲結構基礎上建立一個邏拓撲結構基礎上建立一個邏 輯網(wǎng)絡，以使得網(wǎng)絡中任意輯網(wǎng)絡，以使得網(wǎng)絡中任意 幾個幾個lan段或和單站能夠組段或和單站能夠組 合成一個邏輯上的局域網(wǎng)，合成一個邏輯上的局域網(wǎng)， 互相隔離，從而阻隔廣播包，

10、互相隔離，從而阻隔廣播包， 隔離廣播域。隔離廣播域。 ieee802.1q vlan標準標準 ieee 802.1q標準定義了標準定義了vlan的基本概念和實現(xiàn)原理。的基本概念和實現(xiàn)原理。 ieee 802.1q標準定義了一種新的幀格式。它在標準的以太網(wǎng)幀標準定義了一種新的幀格式。它在標準的以太網(wǎng)幀 的源的源mac地址后面加入了一個地址后面加入了一個tag header（4字節(jié)），此格式如字節(jié)），此格式如 上圖所示。上圖所示。 標準以太網(wǎng)幀標準以太網(wǎng)幀 802.1q802.1q幀格式幀格式 4615002664# bytes 目的地址目的地址源地址源地址類型類型數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)fcs 目的地址目的地址

11、源地址源地址tag類型類型數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)fcs 0x8100prioritycfivlan id 46150046642 802.1q vlan相關概念相關概念 trunk vlan1 vlan2 access interface ethernet1/1 vlan號號：vlan編號從編號從14094，一個，一個vlan可以包含多個端口，同可以包含多個端口，同 屬一個屬一個vlan的多個端口數(shù)據(jù)可以相互轉發(fā)。的多個端口數(shù)據(jù)可以相互轉發(fā)。 access端口：端口：端口只能屬于一個端口只能屬于一個vlan，且端口的缺省，且端口的缺省vlan id與所與所 屬的屬的vlan id相同，一般與用戶設備相連。相

12、同，一般與用戶設備相連。 trunk端口：端口：端口可允許多個端口可允許多個vlan通過，接收和發(fā)送多個通過，接收和發(fā)送多個vlan的報的報 文，一般用于網(wǎng)絡設備之間互聯(lián)。文，一般用于網(wǎng)絡設備之間互聯(lián)。 access access access trunk interface ethernet1/2 interface ethernet1/10 interface ethernet1/10 interface ethernet1/1 interface ethernet1/2 vlan技術的發(fā)展技術的發(fā)展 動態(tài)動態(tài)vlan：區(qū)別于傳統(tǒng)基：區(qū)別于傳統(tǒng)基 于端口的于端口的vlan，可以基于，可以基

13、于 mac地址、地址、ip地址、協(xié)議地址、協(xié)議 進行進行vlan劃分；劃分； super vlan（q in q）技）技 術：術：vlan的嵌套，運營商的嵌套，運營商 可以用這種技術接入多個用可以用這種技術接入多個用 戶。戶。 以太網(wǎng)技術的發(fā)展歷程以太網(wǎng)技術的發(fā)展歷程 l2交換機工作原理交換機工作原理 vlan技術技術 vlan間路由三層交換間路由三層交換 交換機相關技術介紹交換機相關技術介紹 交換機典型應用方案交換機典型應用方案 vlan間互通的需求間互通的需求 vlan1：營銷部：營銷部 vlan2：財務部：財務部 vlan3：工程部：工程部我的費用怎我的費用怎 么還沒報下么還沒報下 來？

14、來？ 這個這個財務和財務和 我們沒法通我們沒法通 用路由器實現(xiàn)用路由器實現(xiàn)vlan互通互通 vlan1：營銷部：營銷部vlan2：財務部：財務部 vlan3：工程部：工程部 單臂路由解決方案單臂路由解決方案 vlan1：營銷部：營銷部vlan2：財務部：財務部 vlan3：工程部：工程部 路由解決方案的問題路由解決方案的問題 vlan1：營銷部：營銷部 vlan3：財務部：財務部 vlan4：后勤部：后勤部 vlan2：工程部：工程部 我撐不住我撐不住 了了 三層交換技術的提出三層交換技術的提出 路由器：路由器： 三層三層ipip包轉發(fā)；高數(shù)據(jù)流包轉發(fā)；高數(shù)據(jù)流 控制能力，低轉發(fā)能力；控制能力

15、，低轉發(fā)能力； 交換機：交換機： 二層以太網(wǎng)幀轉發(fā)；低數(shù)據(jù)二層以太網(wǎng)幀轉發(fā)；低數(shù)據(jù) 流控制能力，高轉發(fā)能力；流控制能力，高轉發(fā)能力； 三層交換機：三層交換機： 二層交換三層轉發(fā)；二層交換三層轉發(fā)； 高轉發(fā)能力數(shù)據(jù)流控高轉發(fā)能力數(shù)據(jù)流控 制能力制能力 三層交換機工作原理三層交換機工作原理 ip地址地址所在端口所在端口 192.168.0.10/0 192.169.1.21/15 vlan1 vlan2 sw1sw2 路由器與三層交換機對比路由器與三層交換機對比 項目項目路由器路由器三層交換機三層交換機 端口類型端口類型非常豐富，幾乎可以支持所非常豐富，幾乎可以支持所 有通信端口有通信端口 比較單

16、一，主要支持以太網(wǎng)，比較單一，主要支持以太網(wǎng)， 在骨干級設備上才會支持在骨干級設備上才會支持pos 和和atm 轉發(fā)實現(xiàn)途徑轉發(fā)實現(xiàn)途徑主要以主要以cpu加軟件實現(xiàn)轉發(fā)加軟件實現(xiàn)轉發(fā)由硬件由硬件asic實現(xiàn)轉發(fā)實現(xiàn)轉發(fā) 數(shù)據(jù)控制能力數(shù)據(jù)控制能力強，有各種軟件隊列機制強，有各種軟件隊列機制弱，主要靠硬件實現(xiàn)弱，主要靠硬件實現(xiàn) 路由算法路由算法最長掩碼匹配最長掩碼匹配第一包路由，以后做精確匹配第一包路由，以后做精確匹配 或者最長匹配或者最長匹配 包轉發(fā)率包轉發(fā)率低低高高 成本成本高高低低 二層交換二層交換不支持不支持支持支持 三層接口和物理三層接口和物理 接口對應關系接口對應關系 一一對應一一對應

17、一個一個vlan三層接口可以包含多三層接口可以包含多 個物理接口個物理接口 以太網(wǎng)技術的發(fā)展歷程以太網(wǎng)技術的發(fā)展歷程 l2交換機工作原理交換機工作原理 vlan技術技術 vlan間路由三層交換間路由三層交換 交換機相關技術介紹交換機相關技術介紹 交換機典型應用方案交換機典型應用方案 生成樹技術生成樹技術 采用生成樹協(xié)議采用生成樹協(xié)議stp， 可以有效的管理冗余鏈可以有效的管理冗余鏈 路，實現(xiàn)阻斷環(huán)路和鏈路，實現(xiàn)阻斷環(huán)路和鏈 路備份；路備份； 協(xié)議標準協(xié)議標準ieee 802.1d 快速生成樹快速生成樹rstp 多生成樹協(xié)議多生成樹協(xié)議mstp 端口流量鏡像端口流量鏡像 查看網(wǎng)絡中某些端口流量，

18、用于故障定位和分析；查看網(wǎng)絡中某些端口流量，用于故障定位和分析； asic將將被鏡像端口被鏡像端口所收發(fā)的報文同步地拷貝一份給所收發(fā)的報文同步地拷貝一份給監(jiān)監(jiān) 控端口控端口； 被鏡像端口可以是一個端口，也可以是一組端口監(jiān)控端被鏡像端口可以是一個端口，也可以是一組端口監(jiān)控端 口具有普通業(yè)務口的功能；口具有普通業(yè)務口的功能； 監(jiān)控端口監(jiān)控端口 被鏡像端口被鏡像端口被鏡像端口被鏡像端口 鏈路聚合技術鏈路聚合技術 link aggregation-將兩個以上的端口捆綁在一起，增加上將兩個以上的端口捆綁在一起，增加上 行端口，實現(xiàn)帶寬鏈路備份和負載分擔；行端口，實現(xiàn)帶寬鏈路備份和負載分擔； 鏈路聚合的三

19、種模式：鏈路聚合的三種模式：(根據(jù)源、目的根據(jù)源、目的mac分為分為)ingress、 ingress-egressegress 目前也有根據(jù)目前也有根據(jù)ip實現(xiàn)負載分擔；實現(xiàn)負載分擔； trunk 以太網(wǎng)技術的發(fā)展歷程以太網(wǎng)技術的發(fā)展歷程 l2交換機工作原理交換機工作原理 vlan技術技術 vlan間路由三層交換間路由三層交換 交換機相關技術介紹交換機相關技術介紹 交換機典型應用方案交換機典型應用方案 大樓局域網(wǎng)方案大樓局域網(wǎng)方案 大樓核心交換機大樓核心交換機 internet 樓層接入交換機樓層接入交換機 辦公電腦辦公電腦 防火墻防火墻路由器路由器 s3026g s3152 百兆接入百兆接

20、入 s3200 千兆接入千兆接入 千兆光纖千兆光纖 百兆銅線百兆銅線千兆銅線千兆銅線 典型產(chǎn)品典型產(chǎn)品 s6900 s6800 地市級、廳局地市級、廳局 級單位大樓級單位大樓 s6800 省級單位省級單位 大樓大樓 標準：這個產(chǎn)品的標準是標準：這個產(chǎn)品的標準是 大樓的用戶數(shù)量；大樓的用戶數(shù)量； 標準：這個產(chǎn)品的標準是標準：這個產(chǎn)品的標準是 接入的端口速率；接入的端口速率； 園區(qū)局域網(wǎng)方案園區(qū)局域網(wǎng)方案 大樓大樓a核心核心 交換機交換機 樓層接入樓層接入 交換機交換機 辦公電腦辦公電腦 s3026g s3152 百兆接入百兆接入 s3200 千兆接入千兆接入 千兆光纖千兆光纖 百兆銅線百兆銅線千

21、兆銅線千兆銅線 典型產(chǎn)品典型產(chǎn)品 s6900、s6800、s4100f 大樓、園區(qū)的核心大樓、園區(qū)的核心 標準：這個產(chǎn)品的標準是標準：這個產(chǎn)品的標準是 大樓的匯聚用戶數(shù)量；大樓的匯聚用戶數(shù)量； 標準：這個產(chǎn)品的標準是標準：這個產(chǎn)品的標準是 接入的端口速率；接入的端口速率； 千兆光纖千兆光纖 大樓大樓b核心核心 交換機交換機 s8900、s6800 園區(qū)網(wǎng)的核心園區(qū)網(wǎng)的核心 標準：這個產(chǎn)品的標準是標準：這個產(chǎn)品的標準是 園區(qū)用戶總數(shù)；園區(qū)用戶總數(shù)； 園區(qū)核心園區(qū)核心 交換機交換機 萬兆光纖萬兆光纖 局域網(wǎng)局域網(wǎng)局域網(wǎng)局域網(wǎng) s3026g s3152 百兆接入百兆接入 s3200 千兆接入千兆接入 典型產(chǎn)品典型產(chǎn)品 s6900、s4100f、s4100e 地市網(wǎng)絡的核心地市網(wǎng)絡的核心 標準：這個產(chǎn)品的標準是標準：這個產(chǎn)品的標準是 地市網(wǎng)絡的規(guī)模；地市網(wǎng)絡的規(guī)模； 標準：這個產(chǎn)品的標準是標準：這個產(chǎn)品的標準是 接入的端口和