多層交換網(wǎng)絡設備實現(xiàn)概述

第五章

多層交換網(wǎng)絡設備技術(shù)實現(xiàn)大綱多層交換的設備的分類二層交換設備的交換原理多層交換設備的交換原理多層交換的設備的分類單板的多層交換設備由機箱和模塊組成的多層交換設備通過板卡設計來滿足用戶的需求二層交換設備的交換原理二層交換設備的硬件結(jié)構(gòu)二層交換設備的軟件結(jié)構(gòu)二層交換設備的關(guān)鍵的表項二層數(shù)據(jù)的處理流程二層交換設備的硬件結(jié)構(gòu)二層交換設備的硬件結(jié)構(gòu)交換芯片ASIC存放各種寄存器、交換表，如端口狀態(tài)、單播表、組播表、VLAN表等，控制交換機進行數(shù)據(jù)的接收、維護和轉(zhuǎn)發(fā)，由硬件組成，是整個交換機的核心；CPU交換機的處理器，用于處理用戶指令、協(xié)議運行等；二層交換設備的硬件結(jié)構(gòu)PHY控制交換機的數(shù)據(jù)比特流和電氣設備信號的協(xié)商、轉(zhuǎn)換SDRAM交換機內(nèi)存，用于系統(tǒng)軟件的運行和配置序列的存放，如交換機的ARL軟件表、show命令時顯示的信息FLASH閃存，用于保存系統(tǒng)文件和配置文件二層交換設備的軟件結(jié)構(gòu)二層交換設備的軟件結(jié)構(gòu)接口模塊特殊數(shù)據(jù)包陷阱(SpecialPacketTrap)：當交換機接收到數(shù)據(jù)時，首先判斷其是否為特殊數(shù)據(jù)包，如果是則直接發(fā)送給CPU處理，特殊數(shù)據(jù)包包括如ARP請求,STP,IGMPreport、leave等2層交換當交換機接收到數(shù)據(jù)時，首先判斷其是否為特殊數(shù)據(jù)包，如果不是則發(fā)送給交換機芯片處理，交換機芯片會根據(jù)MAC表和VLAN表對該數(shù)據(jù)包進行處理，如果二層表中沒有該數(shù)據(jù)包的信息，則發(fā)送給CPU處理二層交換設設備的軟件件結(jié)構(gòu)CPU包含含模塊驅(qū)動接口映射層層二層協(xié)議IGMPSnooping、STP、GVRP、LACP管理模塊Telnet、HTTP、SNMP、、TFTP、FTP、配置管管理二層交換設設備的關(guān)鍵鍵的表項MAC地址址表建立二層數(shù)據(jù)的的處理流程程目的地址（（DestinationMAC））是單播目的地址（（DestinationMAC））是組播0X01-XX-XX-XX-XX-XX0X01-00-5E-XX-XX-XX目的地址（（DestinationMAC））是廣播0XFF-FF-FF-FF-FF-FF二層單播幀幀的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)發(fā)流程二層組播幀幀的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)發(fā)流程二層廣播幀幀的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)發(fā)流程多層交換設設備的交換換原理多層交換設設備的硬件件結(jié)構(gòu)多層交換設設備的軟件件結(jié)構(gòu)多層交換設設備的相關(guān)關(guān)表項多層交換設設備的數(shù)據(jù)據(jù)處理流程程多層交換設設備的硬件件結(jié)構(gòu)非模塊化多多層交換設設備的硬件件結(jié)構(gòu)模塊化交換換機模塊的的硬件結(jié)構(gòu)構(gòu)非模塊化多多層交換設設備的硬件件結(jié)構(gòu)非模塊化多多層交換設設備的硬件件結(jié)構(gòu)交換機芯片片ASIC是三層芯芯片，且內(nèi)內(nèi)存有所增增加交換芯片ASIC存放各種寄寄存器、交交換表，如如端口狀態(tài)態(tài)、單播表表、組播表表、VLAN表等，，控制交換換機進行數(shù)數(shù)據(jù)的接收收、維護和和轉(zhuǎn)發(fā)，由由硬件組成成，是整個個交換機的的核心；CPU交換機的的處理器器，用于于處理用用戶指令令、協(xié)議議運行等等；PHY控制交換換機的數(shù)數(shù)據(jù)比特特流和電電氣設備備信號的的協(xié)商、、轉(zhuǎn)換SDRAM交換機內(nèi)內(nèi)存，用用于系統(tǒng)統(tǒng)軟件的的運行和和配置序序列的存存放，，如交換換機的ARL軟軟件表、、show命令令時顯示示的信息息FLASH閃存，用用于保存存系統(tǒng)文文件和配配置文件件模塊化交交換機模模塊的硬硬件結(jié)構(gòu)構(gòu)模塊化交交換機交交換結(jié)構(gòu)構(gòu)計算機內(nèi)內(nèi)存交換換共享總線線式交換換矩陣式交交換計算機內(nèi)內(nèi)存交換換CPU隊列I/O總線線卡線卡線卡共享總線線式交換換CPU總線線卡上的處理器和隊列矩陣式交交換內(nèi)部原理理入口控制器控制處理器N*N包交換矩陣入口控制器入口控制器出口控制器出口控制器出口控制器入出1122334455MM入出模塊化交交換機交交換結(jié)構(gòu)構(gòu)－Crossbar單Crossbar芯片方式式多Crossbar芯片方式式不完全多多級交換換完全的多多級交換換－Crosspoint單Crossbar芯片方式式多Crossbar芯片方式式不完全多多級Crossbar結(jié)構(gòu)問問題頭包阻塞（Head-of-LinkBlocking）我要右轉(zhuǎn)可前前面的直行車車擋了我的路路！！Crosspoint多層交換設備備的軟件結(jié)構(gòu)構(gòu)多層交換設備備的軟件結(jié)構(gòu)構(gòu)交換機芯片中中增加了三層表三層轉(zhuǎn)發(fā)表硬件路由表當接收到的三三層數(shù)據(jù)包滿滿足IP轉(zhuǎn)發(fā)發(fā)表或者硬件件路由表中的的某表項時，，可直接由交交換機芯片轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)發(fā)出去，而而不再必須經(jīng)經(jīng)過交換機的的CPU完成成三層轉(zhuǎn)發(fā)，，在CPU的模模塊中也增加加了有關(guān)路由由的模塊RIP/OSPF組播部分增加加了DVMRP多層交換設備備的相關(guān)表項項FDB表IP轉(zhuǎn)發(fā)表FIBTableIPMCFDB表ForwardingDataBase、、MAC地址址表特殊的MAC地址（網(wǎng)關(guān)關(guān)的MAC地地址），在L3位置1，，普通的MAC地址會在在L3位置0IP轉(zhuǎn)發(fā)表又稱為主機路路由表L3Table、ARP表一個是存儲在在芯片本身自自帶的ram中L3表一個是存貯在在軟件的RAM中的arp表由CPU維護護，并且會和和L3表隨時時同步IP轉(zhuǎn)發(fā)表（主機路由表）ARP表L3表Mac地址IP地址L3接口號端口號Mac地址IP地址L3Table的格式式IP轉(zhuǎn)發(fā)表的的建立IP轉(zhuǎn)發(fā)表的的建立IP轉(zhuǎn)發(fā)表的的建立2、ARP表11-11-11-11-11-1111-11-11-11-11-111VLAN11、FDB表V1-10VLAN1L322-22-22-22-22-22V11-24VLAN2L33、L3表22-22-22-22-22-2222-22-22-22-22-2223VLAN223VLAN2VLAN1路由表VLAN2FIBTableForwardingInformationBase、硬件網(wǎng)網(wǎng)絡路由表BITSFIELDSDESCRIPTION0~31SUB_ADDR4個字節(jié)的目的網(wǎng)絡地址，DEF_IPTable的索引32~79MAC_ADDR6個字節(jié)的MAC地址，是下一跳網(wǎng)關(guān)的MAC地址80~85PORT轉(zhuǎn)發(fā)IP數(shù)據(jù)包的出端口號86~90INTF出三層路由接口號，用于從L3INTF表中獲取路由接口的MAC地址91~95SUBNET_LEN子網(wǎng)掩碼的長度減一96CPU是否要提交給CPU處理97~127RESERVED保留目的網(wǎng)絡地址下一跳網(wǎng)關(guān)的MAC地址端口號三層路由接口號多層交換設備備的數(shù)據(jù)處理理流程判斷斷標標準準廣播播包包的的判判斷斷標標準準：：DestinationMAC＝＝0xff-ff-ff-ff-ff-ff三層層組組播播包包的的判判斷斷標標準準：：DestinationMAC=0x01-00-5e-xx-xx-xx二層層組組播播包包的的判判斷斷標標準準：：DestinationMAC[40]=1SearchFDB用用vid＋＋DestinationMAC作作為為索索引引二層組組播地地址多播混混雜模模式分分析電電子和和電氣氣工程程師協(xié)協(xié)會（（IEEE）定定義的的Individual/Group（單單獨的的/組組，I/G）位位以太網(wǎng)網(wǎng)和FDDI地地址的的I/G位位是目目標MAC地址址的第第一個個字節(jié)節(jié)的最最后一一位。。I/G位的的值如如下如果設設置為為0，，那么么該地地址為為單播播（或或單獨獨的））地址址。如果設設置為為1，，那么么該地地址為為多播播（或或組））地址址。廣廣播地地址也也會設設置多多播位位。IPMC表表項和和過程程L3Switch先查找找L3表項項、、再查查找FIB表項項數(shù)據(jù)包包的目目的IP地地址已已在L3Table中中存在在，直直接轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)發(fā)該該數(shù)據(jù)據(jù)包到到下一一跳MAC地址址對應應的端端口數(shù)據(jù)包包的目目的IP地地址不不在L3Table，，則查查詢FIBTable，如如果目目的IP地地址所所在的的網(wǎng)段段FIBTable中中存在在，則則直接接轉(zhuǎn)發(fā)發(fā)該數(shù)數(shù)據(jù)包包到網(wǎng)網(wǎng)關(guān)對對應的的端口口數(shù)據(jù)包包的目目的IP地地址不不在L3Table，，也不不在FIBTable中，，則將將數(shù)據(jù)據(jù)包傳傳送給給CPU處處理，，通過過上層層的路路由表表和ARP模塊塊，找找到目目標IP地地址對對應的的下一一跳網(wǎng)網(wǎng)關(guān)MAC地址址或主主機MAC地址址單播IP的的數(shù)據(jù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)發(fā)路由協(xié)協(xié)議的的數(shù)據(jù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)發(fā)應用協(xié)協(xié)議的的數(shù)據(jù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)發(fā)課堂實實驗理解三三層交交換機機在網(wǎng)網(wǎng)絡互互連中中的作作用PC1、PC2分別別配置置0和0，，網(wǎng)關(guān)關(guān)分別別配置置和和switchA、B創(chuàng)創(chuàng)建VLAN10和VLAN20，，將端口口1-5劃入VLAN10，，6-10劃入入VLAN20。分別別將PC1、PC2接接入switchA的的1口和和switchB的6口。switchA、B的的24口口用于與與switchC的1、2口口分別連連接，并并分別在在三臺交交換機中中配置這這三個端端口為trunk模式式switchC中創(chuàng)建建VLAN10和VLAN20，并并由此創(chuàng)創(chuàng)建邏輯輯端口vlan10和和vlan20，分別別配置IP地址址和和。。在PC1中啟動動pingPC2的的不間斷斷命令，，察看結(jié)結(jié)果如何何？理解解過程。。將PC2移動到到switchA的6端口，，不間斷斷ping的結(jié)結(jié)果如何何？理解解它。PC1PC2switchAswitchBswitchC思考與練練習如果不劃劃分VLAN，，而在終終端中配配置不同同網(wǎng)段的的地址，，依然可可以達到到終端不不可互通通的目的的，劃分分VLAN又可可以提供供哪些好好處？在PC1和PC2中分分別安裝裝sniffer并啟啟動捕獲獲PC1發(fā)給PC2的的數(shù)據(jù)包包的過程程。從數(shù)數(shù)據(jù)鏈路路層地址址和網(wǎng)絡絡地址的的角度分分析獲取取的數(shù)據(jù)據(jù)包特點點。在switchC中使使用show命命令的不不同參數(shù)數(shù)察看并并驗證配配置信息息。三層交換換機的這這個功能能能否使使用路由由器實現(xiàn)現(xiàn)？怎樣樣做？本章小結(jié)結(jié)多層交換換設備軟軟硬件結(jié)結(jié)構(gòu)多層交換換關(guān)鍵表表項FDB表L3表表FIB表表多層交換換關(guān)鍵過過程IPMCL3交交換L2交交換9、靜夜四無無鄰，荒居居舊業(yè)貧。。。12月-2212月-22Thursday,December29,202210、雨中黃葉葉樹，燈下下白頭人。。。12:15:2612:15:2612:1512/29/202212:15:26PM11、以我獨沈久久，愧君相見見頻。。12月-2212:15:2612:15Dec-2229-Dec-2212、故人江海海別，幾度度隔山川。。。12:15:2612:15:2612:15Thursday,December29,202213、乍乍見見翻翻疑疑夢夢，，相相悲悲各各問問年年。。。。12月月-2212月月-2212:15:2612:15:26December29,202214、他鄉(xiāng)鄉(xiāng)生白白發(fā)，，舊國國見青青山。。。29十十二二月202212:15:26下下午午12:15:2612月月-2215、比不了得就就不比，得不不到的就不要要。。。十二月2212:15下下午12月-2212:15December29,202216、行動動出成成果，，工作作出財財富。。。2022/12/2912:15:2612:15:2629December202217、做前，，能夠環(huán)環(huán)視四周周；做時時，你只只能或者者最好沿沿著以腳腳為起點點的射線線向前。。。12:15:26下下午12:15下下午12:15:2612月-229、沒沒有有失失敗敗，，只只有有暫暫時時停停止止成成功功??！。。12月月-2212月月-22Thursday,December29,202210、很多多事情情努力力了未未必有有結(jié)果果，但但是不不努力力卻什什么改改變也也沒有有。。。12:15:2612:15:2612:1512/29/202212:15:26PM11、成功功就是是日復復一日日那一一點點點小小小努力力的積積累。。。12月-2212:15:2612:15Dec-2229-Dec-2212、世間成成事，不不求其絕絕對圓滿滿，留一一份不足足，可得得無限完完美。。。12:15:2612:15:2612:15Thursday,December29,202213、不知知香積積寺，，數(shù)里里入云云峰。。。12月月-2212月月-2212:15:2612:15:26December29,202214、意志堅強的的人能把世界界放在手中像像泥塊一樣任任意揉捏。29十二月月202212:15:26下午午12:15:2612月-2215、楚塞塞三湘湘接，，荊門門九派派通。。。。十二月月2212:15下下午12月月-2212:15December29,202216、少年十五二二十時，步行行奪得胡馬騎騎。。2022/12/2912:15:2612:15:2629December202217、空空山山新新雨雨后后，，天天氣氣晚晚來來秋秋。。。。12:15:26下下午午12:15下下午午12:15:2612月月-229、楊柳散和風風，青山澹吾吾慮。。12月-2212月-22Thursday,December29,202210、閱閱讀讀一一切切好好書書如如同同和和過過去去最最杰杰出出的的人人談談話話。。12:15:2612:15:2712:1512/29/202212:15:27PM11