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  • 三层交换
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    2021-12-30 19:01:41

    一. 3层交换机

    第三层交换技术是指利用第二层交换的高带宽和低延迟优势尽快地传送网络层分组的技术。交换和路由不同,前者用硬件实现,速度快;后者用软件来实现,速度慢。3层交换机的工作原理可以概括为:一次路由,多次交换。也就是说当3层交换机第一次收到一个数据包时必须通过路由功能寻址转发端口,同时记住目标MAC地址和源MAC地址,以及其他信息,当再次收到目标地址和源地址相同的帧就直接进行交换,不再调用路由功能。所以3层交换机不但具有路由功能,而且比通常的路由器转发得更快。


    二. MPLS

    IETF开发的多协议标签交换(Multi Protocol Label Switching,MPLS,RFC3031)把第二层的链路状态信息(带宽、延迟、利用率等)集成到第三层的协议数据单元中,从而简化和改进了第三层分组的交换过程。理论上,MPLS支持任何第二层和第三层协议。MPLS报头位置介于第二层和第三层之间,可称为第2.5层。MPLS可以承载的报文通常是IP包,当然也可以直接承载以太帧、AAL5包,甚至ATM信元等。

    1.MPLS的工作原理

    MPLS为每个IP数据包提供一个标签,并由此决定数据包的路径以及优先级。MPLS是一种可以在多种第二层媒体上进行标签交换的网络技术,这一技术结合了第二层的高速交换(硬件交换)和第三层的灵活路由处理的特点。

    2.MPLS的网络构成

    MPLS网络由边缘路由器(LER)和标签交换路由器(LSR)组成,LER构成MPLS网的接入部分,LSR构成MPLS网的核心部分。LER发起或终止标签交换路径(LSP)连接并完成传统IP数据包转发和标签转发功能。

    入口LER完成三项工作:将数据分组映射到LSP上:将数据分组封装成标签分组;将标记分组从相应端口转发出去。出口LER终止LSP,并根据弹出的标签转发剩余的包。LSR只是根据交换表完成转发功能。这样所有复杂功能都在LER内完成,LSR只完成高速转发功能。如下图:

    MPLS网络中各MPLS通过专门标签分发协议(Label Distribution Protocol,LDP)交换报文,并找出相应的LSP。

    3.MPLS的工作过程

    (1)当IP数据包到达LER(标签边缘路由器)时,LER首先分析IP包头的信息。对于每一个FEC,LER根据标签信息库(LIB)为该IP数据包分配一个标签,并将使用该标签封装的数据包从LIB所规定的下一个接口发出去。

    (2)当带有标签的数据包到达MPLS网络内部LSR时,LSR提取局部标签,同时使用该标签到LIB查找输出标签和下一个接口,并使用输出标签代替数据包的输入标签后将新数据包从下一个接口发出去。

    (3)数据包到达MPLS域的另一端,这时LER去掉封装的标签,仍然按照IP包的路由方式将数据包继续传送到目的地。

     

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    三层交换 三层交换的原理: 第三层交换是在网络交换机中引入路由模块而取代传统路由器实现交换与路由相结合的网络技术。它根据实际应用时的情况,灵活地在网络第二层或者第三层进行网络分段。具有三层交换功能的...

    三层交换

    1.三层交换的原理:

    (1)第三层交换是在网络交换机中引入路由模块而取代传统路由器实现交换与路由相结合的网络技术。它根据实际应用时的情况,灵活地在网络第二层或者第三层进行网络分段。具有三层交换功能的设备是一个带有第三层路由功能的第二层交换机。

    (2)第三层交换机的设计基于对IP路由的仔细分析,把IP路由中每个报文都必须经过的过程提取出来,这个过程是十分简化的过程。IP路由中绝大多数报文是不包含选项的报文,因此在多数情况下处理报文IP选项的工作是多余的。
    (3)每个VLAN对应一个IP网段。在二层上,VLAN之间是隔离的,这点跟二层交换机中交换引擎的功能是一模一样的。不同IP网段之间的访问要跨越VLAN,要使用三层转发引擎提供的VLAN间路由功能。在使用二层交换机和路由器的组网中,每个需要与其他IP网段通信的IP网段都需要使用一个路由器接口作为网关。而第三层转发引擎就相当于传统组网中的路由器,当需要与其他VLAN通信时也要在三层交换引擎上分配一个路由接口,用来做VLAN的网关。
    (4)三层交换机上的这个路由接口是在三层转发引擎和二层转发引擎上的,是通过配置转发芯片来实现的,与路由器的接口不同,它是不可见的。下面举个例子来说明通信过程。绝大部分数据都通过二层交换转发,三层交换机的速度很快,接近二层交换机的速度。

    2.三层交换的拓扑图及相关配置

    拓扑图:
    在这里插入图片描述
    显示个接口名称,开启设备:给PC1,PC2,PC3配地址:

    PC1:

    在这里插入图片描述

    PC2:

    在这里插入图片描述

    PC3:

    在这里插入图片描述

    对SW1进行配置:

    在这里插入图片描述

    对R3配置:

    在这里插入图片描述

    对SW2进行配置:
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

    此时,各设备就配置完成。

    在PC1上去pingPC2,PC3:

    在这里插入图片描述

    总结

    优点:

    1.提高了网络效率:第三层交换机通过允许网络管理员在第二层 VLAN 进行路由业务,确保将第二层广播控制在一个 VLAN 内,降低了业务量负载。
    2.可持续发展:由于 OSI 层模型的分层特点,第三层交换机能够创建更加易于扩展和维护的更大规模的网络。
    3.更加广泛的拓扑选择:基于路由器的网络支持任何拓扑,并能更轻易超过类似第二层交换网络的更大规模和复杂程度。
    4.工作组和服务器安全:第三层设备能根据第三层网络地址创建接入策略,这允许网络管理员控制和阻塞某些 VLAN 到 VLAN 通信,阻塞某些 IP 地址,甚至能防止某些子网访问特定的信息。
    5.更加优异的性能:通过使用先进的 ASIC 技术,第三层交换机可提供远远高于基于软件的传统路由器的性能。比如,每秒 4000 万个数据包对每秒 30 万个数据包。第三层交换机为千兆网络这样的带宽密集型基础架构提供了所需的路由性能。因此,第三层交换机可以部署在网络中许多具有更高战略意义的位置。

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  • 简单介绍三层交换

    千次阅读 2021-01-03 15:48:15
    三层交换技术就是: 二层交换技术+三层转发技术。它解决了局域网中网段划分之后,网段中子网必须依赖路由器进行管理的局面,解决了传统路由器低速、复杂所造成的网络瓶颈问题。 SW1 The device is running! &...

    目录

     

    定义

    基本原理

    三层交换的优点

    交换原理

    实例


    定义

    三层交换(也称多层交换技术,或IP交换技术)是相对于传统交换概念而提出的。众所周知,传统的交换技术是在OSI网络标准模型中的第二层――数据链路层进行操作的,而三层交换技术是在网络模型中的第三层实现了数据包的高速转发。简单地说,三层交换技术就是:二层交换技术+三层转发技术。它解决了局域网网段划分之后,网段中子网必须依赖路由器进行管理的局面,解决了传统路由器低速、复杂所造成的网络瓶颈问题。

     

    基本原理

    第三层交换是在网络交换机中引入路由模块而取代传统路由器实现交换与路由相结合的网络技术。它根据实际应用时的情况,灵活地在网络第二层或者第三层进行网络分段。具有三层交换功能的设备是一个带有第三层路由功能的第二层交换机

    第三层交换机的设计基于对IP路由的仔细分析,把IP路由中每个报文都必须经过的过程提取出来,这个过程是十分简化的过程。IP路由中绝大多数报文是不包含选项的报文,因此在多数情况下处理报文IP选项的工作是多余的。不同网络的报文长度是不同的,为了适应不同的网络,IP要实现报文分片的功能,但是在全以太网的环境中,网络的帧长度是固定的,因此报文分片也是一个可以省略的工作。第三层交换技术没有采用路由器的最长地址掩码匹配的方法,而是使用了精确地址匹配的方法处理,这样,有利于硬件的实现快速查找。它采用了使用高速缓存的方法,经常使用的主机路由放到了硬件查找表中,只有在这个高速缓存中无法匹配的项目才会通过软件去转发。在存储转发过程中使用了流交换方式,在流交换中,分析第一个报文确定其是否表示了一个流或者一组具有相同源地址和目的地址的报文。如果第一个报文具有了正确的特征,则该标识流中的后续报文将拥有相同的优先权,同一流中的后续报文被交换到基于第二层的目的地址上,三层交换机为了实现高速交换,都采用流交换方式。其在IP路由的处理上进行了改进,实现了简化的IP转发流程,利用专用的ASIC芯片实现硬件的转发,这样绝大多数的报文处理都可以在硬件中实现了,只有极少数报文才需要使用软件转发,整个系统的转发性能能够得以成千倍地增加,相同性能的设备在成本上也得到大幅度下降。

    每个VLAN对应一个IP网段。在二层上,VLAN之间是隔离的,这点跟二层交换机中交换引擎的功能是一模一样的。不同IP网段之间的访问要跨越VLAN,要使用三层转发引擎提供的VLAN间路由功能。在使用二层交换机和路由器的组网中,每个需要与其他IP网段通信的IP网段都需要使用一个路由器接口作为网关。而第三层转发引擎就相当于传统组网中的路由器,当需要与其他VLAN通信时也要在三层交换引擎上分配一个路由接口,用来做VLAN的网关。三层交换机上的这个路由接口是在三层转发引擎和二层转发引擎上的,是通过配置转发芯片来实现的,与路由器的接口不同,它是不可见的。下面举个例子来说明通信过程。假设两个使用IP协议的站点A、B通过第三层交换机进行通信,发送站A在开始发送时,把自己的IP地址与B站的IP地址比较,判断B站是否与自己在同一子网内,若目的站B与发送站A在同一子网内,则进行二层的转发,若两个站点不在同一子网内,如发送站A要与目的站B通信,发送站A要向三层交换机的三层交换模块发出ARP(地址解析)封包。三层交换模块解析发送站A的目的IP地址,向目的IP地址网段发送ARP请求。B站得到此ARP请求后向三层交换模块回复其MAC地址,三层交换模块保存此地址并回复给发送站A,同时将B站的MAC地址发送到二层交换引擎的MAC地址表中。从这以后,A向B发送的数据包便全部交给二层交换处理,信息得以高速交换。可见由于仅仅在路由过程中才需要三层处理,绝大部分数据都通过二层交换转发,三层交换机的速度很快,接近二层交换机的速度。

     

    三层交换的优点

    第三层交换提供以下优点:

    l 提高了网络效率:第三层交换机通过允许网络管理员在第二层 VLAN 进行路由业务,确保将第二层广播控制在一个 VLAN 内,降低了业务量负载。

    l 可持续发展:由于 OSI 层模型的分层特点,第三层交换机能够创建更加易于扩展和维护的更大规模的网络。

    l 更加广泛的拓扑选择:基于路由器的网络支持任何拓扑,并能更轻易超过类似第二层交换网络的更大规模和复杂程度。

    l 工作组和服务器安全:第三层设备能根据第三层网络地址创建接入策略,这允许网络管理员控制和阻塞某些 VLAN 到 VLAN 通信,阻塞某些 IP 地址,甚至能防止某些子网访问特定的信息。

    l 更加优异的性能:通过使用先进的 ASIC 技术,第三层交换机可提供远远高于基于软件的传统路由器的性能。比如,每秒 4000 万个数据包对每秒 30 万个数据包。第三层交换机为千兆网络这样的带宽密集型基础架构提供了所需的路由性能。因此,第三层交换机可以部署在网络中许多具有更高战略意义的位置。

     

    交换原理

    三层交换机通过硬件来交换和路由选择数据包。为完成在硬件中处理数据包的高层信息,Cisco Catalyst交换机使用传统的MLS(Multilayer Switching,多层交换)体系结构或基于CEF(Cisco Express Forwarding,Cisco快速转发)的MLS体系结构。传统的MLS是一种老式特性,而所有新型的Catalyst交换机都支持CEF多层交换。

    一个具有三层交换功能的设备,是一个带有第三层路由功能的第二层交换机,但它是二者的有机结合,并不是简单地把路由器设备的硬件及软件叠加在局域网交换机上。

    其原理是:假设两个使用IP协议的站点A、B通过第三层交换机进行通信,发送站点A在开始发送时,把自己的IP地址与B站的IP地址比较,判断B站是否与自己在同一子网内。若目的站B与发送站A在同一子网内,则进行二层的转发。若两个站点不在同一子网内,如发送站A要与目的站B通信,发送站A要向"缺省网关"发出ARP(地址解析)封包,而"缺省网关"的IP地址其实是三层交换机的三层交换模块。当发送站A对"缺省网关"的IP地址广播出一个ARP请求时,如果三层交换模块在以前的通信过程中已经知道B站的MAC地址,则向发送站A回复B的MAC地址。否则三层交换模块根据路由信息向B站广播一个ARP请求,B站得到此ARP请求后向三层交换模块回复其MAC地址,三层交换模块保存此地址并回复给发送站A,同时将B站的MAC地址发送到二层交换引擎的MAC地址表中。从这以后,当A向B发送的数据包便全部交给二层交换处理,信息得以高速交换。由于仅仅在路由过程中才需要三层处理,绝大部分数据都通过二层交换转发,因此三层交换机的速度很快,接近二层交换机的速度,同时比相同路由器的价格低很多。

     

     

    实例

    SW1 

    The device is running!
    
    <Huawei>undo terminal monitor 
    Info: Current terminal monitor is off.
    <Huawei>system-view
    Enter system view, return user view with Ctrl+Z.
    [Huawei]sysname LSW1
    [LSW1]vlan bat 2 3
    Info: This operation may take a few seconds. Please wait for a moment...done.
    [LSW1]int g0/0/1	
    [LSW1-GigabitEthernet0/0/1]port link-type access 	
    [LSW1-GigabitEthernet0/0/1]port default vlan 2
    [LSW1-GigabitEthernet0/0/1]int g0/0/2
    [LSW1-GigabitEthernet0/0/2]port link-type access
    [LSW1-GigabitEthernet0/0/2]port default vlan 3
    [LSW1-GigabitEthernet0/0/2]q
    [LSW1]int vlan 2
    [LSW1-Vlanif2]ip add 192.168.2.1 24
    [LSW1-Vlanif2]int vlan 3
    [LSW1-Vlanif3]ip add 192.168.3.1 24
    [LSW1-Vlanif3]q
    

    PC3

    PC>ping 192.168.3.10
    
    Ping 192.168.3.10: 32 data bytes, Press Ctrl_C to break
    From 192.168.3.10: bytes=32 seq=1 ttl=127 time=94 ms
    From 192.168.3.10: bytes=32 seq=2 ttl=127 time=47 ms
    From 192.168.3.10: bytes=32 seq=3 ttl=127 time=46 ms
    From 192.168.3.10: bytes=32 seq=4 ttl=127 time=32 ms
    From 192.168.3.10: bytes=32 seq=5 ttl=127 time=47 ms
    
    --- 192.168.3.10 ping statistics ---
      5 packet(s) transmitted
      5 packet(s) received
      0.00% packet loss
      round-trip min/avg/max = 32/53/94 ms
    

    PC4

    PC>ping 192.168.2.10
    
    Ping 192.168.2.10: 32 data bytes, Press Ctrl_C to break
    From 192.168.2.10: bytes=32 seq=1 ttl=127 time=31 ms
    From 192.168.2.10: bytes=32 seq=2 ttl=127 time=47 ms
    From 192.168.2.10: bytes=32 seq=3 ttl=127 time=47 ms
    From 192.168.2.10: bytes=32 seq=4 ttl=127 time=46 ms
    From 192.168.2.10: bytes=32 seq=5 ttl=127 time=47 ms
    
    --- 192.168.2.10 ping statistics ---
      5 packet(s) transmitted
      5 packet(s) received
      0.00% packet loss
      round-trip min/avg/max = 31/43/47 ms
    

     

    展开全文
  • 首先我们看一下交换机怎么设置三层交换技术的应用环境为了使VLAN之间通信,单臂路由容易产生瓶颈,使用三层交换可以实现线速转发
  • 本书主要内容包括:如何决定是否选择第三层交换技术、第三层交换网络设计技术、第三层交换案例分析等,并对目前流行的6种第三层交换产品给出了基准测试结果。最后,针对具体实施,为第三层交换的管理给出了一些推荐...
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  • 三层交换的定义和实现过程

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    三层交换机要执行三层信息的硬件交换,路由处理器(三层引擎)必须将有关路由选择等的三层信息下载到硬件中。以便对数据包进行处理。为完成在硬件中处理数据包的高层信息,会使用传统的MLS和基于CEF的MLS. 传统的...

    目录

    一.三层交换机的两种模式

    二.工作原理

    三.三层交换机实践过程

    总结


     

    一.三层交换机的两种模式

    三层交换机要执行三层信息的硬件交换,路由处理器(三层引擎)必须将有关路由选择等的三层信息下载到硬件中。以便对数据包进行处理。为完成在硬件中处理数据包的高层信息,会使用传统的MLS和基于CEF的MLS.

    传统的MLS

    使用传统的MLS时,交换机将流中第一个数据包转发给第三层引擎,后者将软件交换的方式对数据包进行过处理,对数据流中的第一个包进行路由处理后,第三层引擎对硬件交换组织进行编程,使之为后续的数据包选择路由。这个过程被称为“一次路由多次交换”。也就是说交换机的三层引擎只需要处理数据流中的第一个数据包,而后续的数据全部由硬件来执行转发。这样实现了三层交换的线速转发。

    未知源目标,通过ARP广播,获取MAC地址

                        第二次就不需要,直接转发

    已知源目标,直接交换。

    基于CEF的MLS

    与传统的MLS不同的是,CEF预先根据路由表学习路由信息后,直接储存在FIB(转发信息库)REF预先根据ARP表生成邻接关系表,直接由硬件进行转发。传统MLS至少需要软件查询一次路由表后,建立转发条目,才能使用硬件进行转发。

    工作原理:

    1主机A给B发送单播数据包

    2交换机查找FIB表,找到下一跳地址

    3查找下一跳地址对应的邻接关系的2层封装信息

    4转发

    二.工作原理

    第三层交换工作在OSI七层网络模型中的第三层即网络层,是利用第三层协议中的IP包头信息来对后续数据业务流进行标记,具有同一标记的业务流的后续报文被交换到第二层数据链路层,从而打通源IP地址和目标IP地址之间的一条通路。这条通路经过第二层链路层。有了这条通路,三层交换机就没有必要每次将收到的数据包进行拆包来判断路由,而是直接将数据包进行转发,将数据流进行交换。

    三层交换=二层交换+三层转发

    其原理是:假设两个使用IP协议的站点A、B通过第三层交换机进行通信,发送站点A在开始发送时,把自己的IP地址与B站的IP地址比较,判断B站是否与自己在同一子网内。若谜底站B与发送站A在同一子网内,则进行二层的转发。若两个站点不在同一子网内,如发送站A要与目的站B通信,发送站A要向“缺省网关”发出ARP(地址解析)封包,而“缺省网关”的IP地址其实是三层交换的的三层交换模块。当发送站A对“缺省网关”的IP地址广播出一个ARP请求时,如果三层交换模块在以前的通信过程中已经知道B站的MAC地址,则向发送站A回复B的MAC地址。否则三层交换模块根据路由信息向B站广播一个ARP 一个请求,B站得到此ARP请求后向三层交换模块回复其MAC地址,三层交换模块保存此地址并回复给发送站A,同时将B站的MAC地址发送到二层交换引擎的MAC地址表中。从此之后,当A向B发送的数据包便全部交给二层交换处理,信息得以高速交换。由于仅仅在路由过程中才需要三层处理,绝大部分数据都通过二层交换转发,因此三层交换机的速度很快,接近二层交换机的速度,同时比相同路由器的价格低很多。

    三层交换机是无法取代路由器的

    三层交换机只会通过mac/ip地址来转发路由

    路由可以计算路由,可以实现自我计算,找到最短路由路径

    三.三层交换机实践过程

    三层交换机实现不同VLAN间路由:三层交换机可以配置vlanif接口,通过vlanif接口可以配置IP地址,称为不同vlan对应的网关,从而实现不同vlan间路由

    一台三层交换机

    两台PC机,PC1:IP192.168.10.6,子网掩码255.255.255.0网关192.168.10.1

                       PC2:IP192.168.20.6子网掩码255.255.255.0网关192.168.20.1

     设定2台PC地址

    然后进入三层交换机进行调试

    还是老三样

    一次性创建vlan10 和vlan20

     进入接口,设置接口链路类型,将接口划分进vlan,

     然后就是进入虚拟接口,设置接口的IP(网关)和子网掩码长度

     打开路由表,检查下地址是否正确

    我们先看下mac地址表

    因为我未进行mac学习所以这里是空的

    然后我让PC1pingPC2

     PC2ping PC1

     再次查看mac地址表

     测试正常。

    总结

    三层交换分为二种模式

    1,一次路由多次交换

    2,FIB转发信息库和邻接关系表

    三层交换机需要对虚拟接口设置ip和子网掩码长度

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    三层交换技术 1.基本原理 使用三层交换技术实现VLAN间通信 三层交换=二层交换+三层转发 三层交换技术的原理: “一次路由,多次交换” 当三层设备接收到一个数据帧,会拆除原数据帧,重新封装新的源MAC地址和目标MAC...
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空空如也

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三层交换