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  • OSI七层模型第三层:网络层,Network Layer OSI网络层主要功能:基于数据包的逻辑地址进行转发,寻找网络中目的的位置,并在去往目的的多条路径中选择一条最佳的路径。 逻辑地址:就是网络层地址,如TCP/IP协议栈的...

    原文链接:http://www.hcie.me/208
    OSI七层模型第三层:网络层,Network Layer

    OSI网络层主要功能:基于数据包的逻辑地址进行转发,寻找网络中目的的位置,并在去往目的的多条路径中选择一条最佳的路径。

    逻辑地址:就是网络层地址,如TCP/IP协议栈的IP地址,OSI中的NSAP地址。当一个从应用层发起的数据包,一层层封装到网络层时,会接着封装上一个网络层的头部,在网络层的头部中,就包括逻辑地址等信息。
    在这里插入图片描述

    路由的方法

    OSI和TCP/IP协议栈封装的网络层头部中有很多内容,其中最主要的有两个:

    源地址:发起的这个数据包的那台设备的地址,源IP在传送至目的之前是不会改变的;
    目的地址:我要访问的是谁?

    路由过程举例如下:

    1、A在武汉,写了一封信,要寄给上海的朋友B。
    2、A首先把信拿到武汉的邮局去,丢到邮筒里。
    3、武汉的邮递员来到邮筒把信取走,然后通过飞机或者火车或者汽车之类的交通工具把信带到上海,由上海邮局接收。
    4、最后上海的邮递员将信送到了上海的朋友B手上。

    路由过程解析:

    这封信就相当于是一个数据包,A是数据发送者(源地址),B是数据接收者(目的地址),武汉邮局通过交通工具将信送到上海的过程相当于是路由。
    在坐火车从武汉开往上海的过程中,可能有多条铁路可以走,可以经过不同的城市到上海,这就是有多条可路由的路径。
    铁路局根据路线规划了一条最佳的路线,相当于是选择了其中一条最佳路径。

    这条最佳路线根据不同车型有不同的选择方式,比如有选择最快的、中间停站最少的、路上火车数量最少的等等,不同的选择方案就代表不同的路由协议,每个路由协议都有自己的最佳路径算法。

    这就是三层路由的原理。

    OSI网络层的PDU为:Packet (数据包)

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  • 华为三层交换机二三层端口切换

    千次阅读 2020-08-12 11:08:35
    因为华为交换的端口默认工作在二层模式下当我们需要使用三层的功能的时候需要先将接口从二层转换到三层下。本文将讲解其中的注意事项,例如配置命令。

      因为华为交换的端口默认工作在二层模式下当我们需要使用三层的功能的时候需要先将接口从二层转换到三层下。本文将讲解其中的注意事项,例如配置命令。

    二层切换到三层接口的配置

    在这里插入图片描述

    三层切换到二层接口的配置

    在这里插入图片描述

    注意事项

      portswitch和undo portswitch不能连续执行,需要间隔30。例如执行完portswitch之后需要等30秒才能再执行undo portswitch。否则设备会报错。
    在这里插入图片描述
      设备不是开启了三层之后就都可以配置IP地址,需要V200R003C00之后的版本才能配置IP否则会报错,如下所示。
    在这里插入图片描述
      设备版本查看命令,任意视图下输入 display version
    在这里插入图片描述
      华为三层交换机的端口默认工作在二层模式下并加入在vlan1中。在将接口从二层转为三层的时候设备不会立即退出vlan1,只有当三层协议UP之后才会退出vlan1.。

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  • 交换机二三层转发原理简单总结

    万次阅读 多人点赞 2018-08-26 23:57:48
    首先二层转发基于MAC地址转发,三层转发基于IP地址转发,但是不一意味着仅仅依靠IP地址就能转发,三层转发是建立在二层的基础上的,而仅仅依靠MAC地址是能够转发的。另外,由于二三层转发基于MAC地址、IP地址、FDB表...

    首先二层转发是基于MAC地址转发,三层转发基于IP地址转发,但是这并不意味着仅仅依靠IP地址就能转发,三层转发是建立在二层的基础上的,而仅仅依靠MAC地址是能够转发的。另外,由于二三层转发基于MAC地址、IP地址、FDB表(MAC地址学习、更新、老化、删除等)、ARP表、路由表、三层转发表、VLAN端口类型(Access、Trunk、Hybrid)、VLAN帧格式、ARP报文格式等需要对此有基本的熟知。以下图为例,总结一下交换机中,基于VLAN的二三层转发原理。
    这里写图片描述

    0、基本概念术语:
    ①MAC地址:48bit的硬件地址,组播地址格式为首字节最低位为1,单播地址格式为首字节最低位为0,广播地址为全1(即FF:FF:FF:FF:FF:FF)。
    ②FDB表(FordWarding DateBase):即MAC地址映射表,有MAC地址、端口、VLAN ID等信息。
    ③ARP表:用于记录IP和MAC映射关系的表。
    ④三层转发表:即基于硬件三层转发的包含目的IP地址、VLAN ID、端口和下一跳MAC地址等的关系表。
    ⑤路由表:包含默认路由、RIP等动态路由的路由路径信息的记录表。
    ⑥VLAN端口:主要是Access一般是用于连接主机,其发出的数据帧不带tag标签;还有就是Trunk用于可连接不同交换机的主干链路,其上发出的数据帧可能会带tag标签,用以识别不同VLAN,如果没带则采用默认的VLAN (PVID)

    假设最开始所有PC和交换机没有任何表项存在(ARP缓存、FDB缓存、三层转发表缓存等),且端口均为Access模式。

    1、二层转发(同一VLAN中主机通信):
    以上图中PC_A ping PC_B为例来详细分析整个过程。
    ①PC_A(192.168.10.1/24) 要 ping PC_B(192.168.10.2/24),首先要去检查目标IP地址和自己的IP地址是否在同一个网段中,经过IP和子网掩码进行与运算,得知PC_A和PC_B属于语同一网段192.168.10.0网段。因此进行下一步:ARP表项查询。
    ②根据目标IP:192.168.10.2作为索引,在ARP表中查找对应的MAC地址,由于ARP表最开始是空的,所以没有找到对应MAC,因此PC_A需要发送一个ARP广播报文在VLAN 1中请求PC_B(192.168.10.2)的MAC地址,PC封装的ARP报文主要内容为(opcode操作码字段为0X01代表这是一个ARP请求报文,目标MAC由于不知道因此填充为0,其余包含以太帧头部具体如下图所示)
    这里写图片描述
    关于ARP报文各个字段的含义,用wireshark抓一个ARP包来查看,如下所示:
    这里写图片描述
    ③当交换机从a端口收到PC_A发出的报文,解析以太头部后发现目标MAC是FF:FF:FF:FF:FF:FF,则知其是一个广播帧,解析源MAC:MA,由于FDB表当前空空如也,因此先将port a<->MA<->VLAN 1等信息缓存到FDB表中。之后根据端口为Access模式,加上一个VLAN tag(主要包含优先级和VLAN ID=1),使其成为一个802.1Q的带有VLAN tag的以太帧,在交换机内部开始进行交换。
    ④端口检测后发现b、c、d三个端口(其实还有一个VLAN接口,暂不提及)归属于VLAN 1,因此将tag剥离并从这三个端口转发出去。
    ⑤当PC_C、PC_D收到该广播帧解析内容发现目标IP不是自己则丢弃该数据帧,而PC_B发现目标IP就是自己,则先将PC_A的192.168.10.1<->MA的映射信息更新到本地ARP表中。然后封装一个ARP回应的单播报文,内容主要为:源IP:192.168.10.2,目标IP:192.168.10.1,源MAC:MB,目标MAC:MA。发送出去,经端口b到达交换机。
    ⑥交换机收到来自端口b的报文,解析头部获得源MAC,则先将port b<->MB<->VLAN 1缓存到FDB表中去,由于FDB表中已经有了PC_A的MAC地址缓存,因此根据ARP回复报文数据帧头部的目标MAC将报文从端口a转发出去(该步中当然也存在入口数据帧tag的添加与出口数据帧tag剥离的操作)。
    ⑦PC_A接收到从端口a发出的ARP报文后,解析以太头部进行目标MAC匹配判断,匹配后解析报文内容,发现源IP<->源MAC的对应关系,因此先缓存192.168.10.2<->MB,到ARP表中,之后有了PC_B的MAC地址接可以封装icmp报文进行ping的后续操作了。
    ⑧交换机收到来自PC_A和PC_B的icmp request与icmp reply报文,由于之前有缓存FDB表项,因此之后只会更新对应表项的老化标志,长时间没有这俩源MAC的报文到交换机则会删除对应表项。

    2、三层转发(跨越不同VLAN的主机通信):
    以上,以一台交换机上的同一个VLAN内的不同主机通信为例,描述了的是二层转发的基本过程,包括ARP表查询、ARP请求、交换机MAC地址查询、FDB表缓存、端口类型检查、VLAN tag添加与剥离、目标主机ARP回复等步骤。而三层交换基本步骤差不多。以VLAN 1的PC_A(192.168.10.1,MA)和VLAN 2的PC_E(192.168.20.1,ME)相互ping为例分析(假设VLAN 1的网关为VLAN 1 interface的IP:192.168.10.254,VLAN 2的网关为VLAN 2 interface 的IP为192.168.20.254),以下过程也有加VLAN tag和剥离VLAN tag的过程,但与二层基本一致,因此不再赘述:

    ①当PC_A(192.168.10.1/24)要ping PC_E(192.168.20.1/24)时,依然是检查目标IP是不是和自己在同一个网段,发现不在同一网段(一个在10.0网段一个在20.0网段),则需要经过网关(这里是交换机三层接口)来转发,因此PC_A在自己的ARP表中寻找网关对应的MAC地址,如果有则直接将报文封装为:目标MAC为网关MAC,源MAC为MA,发送端IP为192.168.10.1,接收端IP为192.168.20.1。
    ②由于第一次PC_A的ARP缓存中不存在网关的MAC地址。则先向VLAN 1内广播发送一个ARP请求,请求网关192.168.10.254的MAC地址,封装为源MAC为MA,目标MAC不可知则为全0,源IP为192.168.10.1,目标IP为192.168.10.254,到链路层封装的头部为,源MAC为MA,目标MAC为全F即广播包,“帧类型”字段则填上ARP的协议号0x0806。
    ③交换机SW1收到PC_A发送的报文,二层解析头部检查为广播包,则从VLAN 1的除源端口外的各个端口转发出去,另外也转发一份到VLAN 1的三层接口,由于PC_A之前给PC_B发送过报文,SW 1有PC_A的FDB缓存,则检查匹配后更新老化标志位。此外将PC_A的IP、MAC、对应port、VLAN ID等信息记录到交换机的三层转发表中。
    ④VLAN 1其他主机收到请求对象不是自己的ARP请求,丢弃该广播报文,而SW 1的三层接口解析到目标IP是自己,则封装一个源MAC是交换机VLAN 1 interface的MAC,源IP是192.168.10.254,目标IP是192.168.10.1,目标MAC是MA的ARP应答报文,再经过以太头部封装,添加ARP单播报文头部,目标MAC为MA。交换机二层收到自三层的报文,解析数据帧头部,根据目标MAC地址MA在FDB表中查找到其出端口是port a,为ACCESS端口,则剥掉tag(之前请求报文进入port a之后会被加上tag,以致能够区分识别出VLAN 1的其他端口与VLAN 1 interface)转发给PC_A。
    ⑤PC_A收到网关的MAC地址,则将发给PC_E的报文修改目标MAC为VLAN 1 interface即网关的MAC地址,而目标IP依旧是PC_E的IP:192.168.20.1,然后封装以太头部以单播形式发送出去。
    ⑥SW 1在收到这个数据包后,因为“目的MAC地址”为交换机自己VLAN接口的MAC地址,而且“目的IP地址”和“源IP地址”不在同一网段,所以直接提交到三层,根据包中的“目的IP地址”(PC_E的IP地址)在三层硬件转发表中查看有无对应表项,因为是第一次通信,所以结果是查找失败,于是将数据包再转送到CPU去进行软件路由处理。
    ⑦ CPU同样会根据包中的“目的IP地址”去查找其软件路由表,发现匹配了一个直连网段(PC_E对应的网段),于是继续查在ARP表中查找对应的MAC地址项。同样是由于是第一次查找,所以仍然查找失败。如果在ARP表中找到了对应的MAC地址,则数据可以直接由软件路由表转发了。
    ⑧如果没查找到则以PC_E的目标IP为请求对象,在其所在VLAN 2的目标网段内发送ARP请求广播(目标MAC为全0,目标IP为192.168.20.1,源MAC为VLAN 2 interface对应MAC,源IP为VLAN 2 interface对应IP,192.168.20.254),PC_E则先缓存网关的ARP表项,然后以ARP单播形式回复自己的MAC地址ME给网关192.168.20.254,SW 1的CPU则根据回复的报文更新记三层转发表项,记录到PC_E的IP、MAC、出端口、VLAN ID等信息,此时三层转发表中有了PC_A和PC_E的转发表项。另外缓存PC_E的ARP表项与FDB表项目。
    ⑨三层交换机的CPU根据获取到的目标主机MAC和现有的直连路由信息将PC_A发来的数据包转发给PC_E,这就是一次单方向的三层转发过程,其中也大量涉及到了二层转发(PC_A在VLAN 1内广播请求网关MAC,交换机CPU控制在VLAN2内广播请求PC_E的MAC等)。
    ⑩当PC_E回复PC_A报文时,与PC_A步骤相同,只是在PC_E上已经存在了网关ARP表项、交换机上已经存在了到PC_A的三层转发表项、FDB表项等,所以会更简单些。另外由于三层转发表项的存在,因此PC_E回复PC_A的报文会直接根据三层转发表进行硬件转发,而不是CPU路由软件转发,效率会更快。

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  • 来自专治PCB疑难杂症总群(四大群群友突破1800人啦,添加杨老师微信号Johnnyyang206,可添加入群)的疑难杂症:杨老师,三层板如何设计?我想先学三层板,然后一直往后学,学到十层板? 杨老师经过一些简单分析后,...

    来自群友的疑难杂症(加杨老师V信:PCB206 可入群):杨老师,三层板如何设计?我想先学三层板,然后一直往后学,学到十层板?

    杨老师(PCB206)经过一些简单分析后,先让他学习两层板,然后学习一个八层板,如果这两种掌握的话,常规的PCB设计都能做了。因为两层板比较特殊,所以写一篇关于两层板如何设计的文章。

    一个PCB设计公司出来的优秀人才,那头衔挂着:曾经设计过18层板,最高速率25G一次性成功,HDI这些都做过等等一系列光荣历史,难道还设计不好一个简单的两层板吗?

    杨老师回复:这个还真不一定,我们之所以很少讲两层板设计,是因为确实简单,信号速率也不高,要求也不严格。只要能连接上,满足DFM,DFA要求基本还能够过关。稍微复杂一点又没有把握的板子,又会改用多层板设计。在真实情境中,比如有DDR3的两层板设计,这个在中兴华为待过的人应该知道,还是比较常见。比如比较复杂的四层板改成两层板设计之类的,你还能确保两层板设计没有问题吗?

    杨老师认为:能真正理解透两层板的人,多层板基本都没问题。能做多层板的人还不一定能做好两层板。那如何进行两层板设计,它的关键点和难点在哪里?

     

    难点一:不能很好的理解回流问题,并在设计中加以运用。

    我们知道一个事实:电流是电荷的流动,电流只能在闭合的回路中流动;接着我们了解下信号回流路径,即return current。信号流向是从驱动器沿PCB传输线到负载,再由负载沿着地或电源通过最短路径返回驱动器端。每一个信号都有一个回流路径来构成回路。电路中的信号我们可以归纳为高频信号和低频信号,那么他们的回流路径是不同的:低频信号回流选择阻抗最低路径,高频信号回流选择感抗最低的路径。
     

    设计多层板时,我们关注的更多是阻抗,反射,串扰,时序等等,基本不提回流路径了。大家是不是有这么个共识,多层板不提回流路径。真是这样吗?其实我们在多层板设计时一定会提参考平面,而这个参考平面基本都是有GND完整的平面。这个完整的平面无论对于低频或者高频来说都提供了一个很好的信号回流路径,根本就无须再额外考虑了。但是恰恰对于两层板来说,没有完整的GND参考平面,回流路径就显得额外关键了。

    接着杨老师分析的问题就是信号回流路径过长或者处理不好会带来什么问题?其实PCB的核心理论还是建立在电磁场之上的,PCB板上每条导线和其回路构成一个电流环路,根据电磁辐射原理,当突变的电流流过电路中的导线环路时,将在空间产生电磁场,并对其他导线造成影响,这就是我们通常所说的辐射,从而引发信号完整性问题和EMC等问题。

     

    难点二:两层板的信号完整性不知道如何改善或者掌控?

    二层板不是低速的板子么,为什么要考虑信号完整性?出现这样的问题,是因为大家遇到稍微高频或者复杂的板子都用多层板设计了。

    而有些或者客户要求,只能用两层板设计的情况下,很多高手都会为难了。比如HDMI接口的两层板,比如DDR3的两层板等等。

    两层板的信号完整性问题杨老师想以实际问题来进行分析。看下图

    这根时钟线,驱动端以88.5MHZ的频率传送到接收端。由于是两层板,底层也穿了走线和电源,导致clock信号中间有五次跨越分割,这样我们来看看这根时钟线真实的回流路径。

    如上图clock信号的回流路径绕很远才能到达驱动端,带来了信号完整性问题。

     

    另外传输线越长,电流回流路径随之越长,随着信号不断的跨分割,使得回流路径变得更长,传输线本身导体的电流方向与回流路径的导体电流方向相反,之间形成差模耦合效果,磁通抵消。如果回流路径增加,使得电感值增加,再加上不断的跨分割使得差模耦合效果降低,容易发生EMI问题。

    那杨老师既然有这种问题出现,如何改善了?

    如果实在没有空间,基于这种布线情况下,可以增加GND包地线,并在跨分割的两端加地孔,改善其clock信号的回流路径。会仿真的同学可以尝试去对比下这两者的效果,非常之明显。至于EMI上的改善,可能要从电路上采取点办法,这个可以和EMC王老师探讨。

    至于其他的诸如串扰,抖动,ISI等其他信号完整性问题,如果在两层板中也遇到了,这个就要具体分析了,这里就不多说了。

    真正的两层板设计是需要结合信号完整性知识,电源完整性知识,EMC知识,也要结合具体的仿真。所以说两层板设计并不简单。它是基于有很强的设计理论基础的。

     

    难点三:布线难度大,不能同时兼顾

    两层板设计很多人还存在一个多层板设计的误区,先不用管GND,把走线先连接好,然后top side和bot side直接铺地平面,然后调整出来,完成所有信号的连接。还有底子比较差的,完全就牺牲地,来先完成信号的连接。其实这种思路是不好或者有问题的。对于复杂一点的项目,两层板的布线难度确实大,但是不能牺牲GND。一旦回流路径没有处理好,PCB很可能就出现问题了。特别是有高频信号的板子。

    对于两层板的布线思路是如何的?

    复杂区域至简单,信号齐出包括地,关键信号先优先,不怕打孔保回流。基本就是如此的思路,具体的不重要,每个人习惯不一样,但是终点都是一样,设计出一款优秀的两层板。

     

    难点四:不知如何评估两层板设计还是多层板设计?

    这个是一个比较棘手的问题,对于杨老师来说,倒是比较容易评估用多少层板来设计项目,但是对于新手或者不太专业的硬件工程师来说可能比较难,总之给的建议有如下几点吧:

    1,先看看之前杨老师写过的一篇关于高速?高频?多层板设计的文章

    高速?高频?要多层板设计?(附入门级仿真实操视频赠送)

    2,没有把握的情况下,比如担心布线布不通,比如担心两层板设计质量会有问题。

    3,实在不行发到我们群里咨询下。

    原创作者:杨老师   

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