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  • 交换机转发数据的三种方法
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    2021-12-14 16:20:14


    交换机中数据帧的三种转发模式


    Cut-Through 直通转发

     交换机接收到目的地址即开始转发过程
     延迟小
     交换机不检测错误,直接转发数据帧。


    Store-and-Forward 存储转发

     交换机接收完整的数据帧后才开始转发过程
     延迟大,延迟取决于数据帧的长度。
     交换机检测错误,一旦发现错误数据包将会丢弃。


    Fragment-free 碎片隔离

     交换机接收完数据包的前64字节(一个最短帧长度),然后根据帧头信息查表转发表。
     此交换模式结合了直通方式和存储转发方式的优点。象Cut-Through一样不用等待接收完完整的数据帧才转发,只要接收了64字节后,即可转发,并且同Store-and-Forward模式一样,可以提供错误检测,能够检测前64字节的帧错误,并丢弃错误帧。
     华为Quidw交换机的交换模式默认为Store-and-Forward。


    目前主流的交换机都使用ASIC和FPGA等硬件高速处理数据帧,所以存储转发的处理方式日剧增多

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    直通转发(Cut-Through )交换机接收到目的地址即开始转发过程,交换机不检测错误,直接转发数据帧。 优点:由于不需要存储,延迟非常小、交换非常快 缺点:因为数据包内容并没有被以太网交换机保存下来,所以无法检查...

    直通转发(Cut-Through )
    交换机接收到目的地址即开始转发过程,交换机不检测错误,直接转发数据帧。
    优点:由于不需要存储,延迟非常小、交换非常快
    缺点:因为数据包内容并没有被以太网交换机保存下来,所以无法检查所传送的数据包是否有误

    存储转发(Store-and-Forward )
    交换机接收完整的数据帧后才开始转发过程,延迟大,延迟取决于数据帧的长度。进行CRC检查,交换机检测错误,发现错误数据包将会丢弃。
    优点:它可以对进入交换机的数据包进行错误检测
    缺点:存储转发方式在数据处理时延时大

    碎片隔离(Fragment-free )
    交换机接收完数据包的前64字节,然后根据帧头信息查表转发表。此交换模式结合了直通方式和存储转发方式的优点。和直通转发一样不用等待接收完完整的数据帧才转发,先检查数据包的长度是否够64字节(512bit),如何小于64字节,说明是假包(或者残帧),丢弃该数据包,如果大于64字节,则转发。并且同存储转发一样,可以提供错误检测,能够检测前64字节的帧错误,并丢弃错误帧。
    优点:避免假包的转发
    缺点:不提供数据校验

    华为交换机的交换模式默认为存储转发
     

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    1、三层交换机:

    不同局域网之间的网络互访需求越来越大,而路由器自身成本高、转发性能低、端口数量少等特点无法很好的满足网络发展的需求。
    三层交换机:高速三层转发设备,大多数三层交换机采用ASIC硬件芯片来完成转发的功能。

    2、作用:

    1.同一网段
    源主机直接向目的主机发ARP请求,收到对方的回应后获得对方MAC地址,将数据报进行封装发送出去。
    2.不同网段
    通过网关来递交报文,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进行封装后发送。

    3、三层交换机硬件结构:
    在这里插入图片描述
    ASIC作用:完成主要的二三层转发功能,内部包含用于二层转发的MAC 地址表以及用于IP 转发的三层转发表。
    CPU作用:用于转发的控制,主要维护一些软件表项(包括软件路由表、软件ARP 表等等),并根据软件表项的转发信息来配置ASIC 的硬件三层转发表。当然,CPU 本身也可以完成软件三层转发。

    4、三层交换机转发流程:

    L3_SW1上配置静态路由:ip route 2.1.1.0/24 3.1.1.2
    L3_SW2上配置静态路由:ip route 1.1.1.0/24 3.1.1.1
    在这里插入图片描述

    5、三层交换机转发原理:

    1、PC要与目的主机通信,若发现目的主机IP与自己IP不同网段,则知道需要跨网段通信,
    2、PC在自己ARP表查找网关的ARP表,如果没有网关IP对应的ARP表,则向网关发送ARP请求报文,来学习网关的ARP表。
    3、PC学习到网关的ARP表后,就构造IP报文发给网关,IP报文的源IP和源mac均是PC自己的IP和mac,目的IP是目的主机IP,目的mac是网关mac
    4、三层交换机收到PC发过来的报文后,检测报文的目的mac是设备的mac,就判断该IP报文可能需要三层转发,接着根据报文的目的IP查找路由表:1)如果在路由表里没有找到目的IP或网段,则丢弃该报文;2)如果在路由表找到目的IP或网段,就确定目的IP或网段对应路由表的下一跳IP,再查找下一跳IP对应的ARP表,如果找到,就把IP报文转发到ARP表对应的端口并从该端口转发出去;如果下一跳IP没有对应的ARP表,则把报文送上CPU,由CPU发送下一跳IP的ARP请求报文,来学习ARP表,学到之后再把IP报文转发到ARP表对应的端口并从该端口转发出去
    5、IP报文从三层交换机转发出去时,IP报文的源mac变为三层交换机的mac,目的mac变为下一跳IP的mac,源IP和目的IP不变

    6、三层交换机转发特性:

    1、如果三层交换机没有三层硬件转发表,会把IP报文送上CPU,通过CPU转发
    2、如果已经建立了三层硬件转发表,则IP报文通过ASIC硬件转发
    3、三层硬件转发表由硬件路由表和硬件ARP表组成
    4、三层交换机的CPU通过协议学习,或者手工配置,在CPU形成软件路由表和ARP表,再下发到硬件ASIC,形成硬件路由表和硬件ARP表,两者结合形成三层硬件转发表
    5、IP报文在三层转发过程中,源IP和目的IP不变,源mac和目的mac会改变
    路由表查找按照最长匹配原则,匹配顺序:主机路由>网段路由>默认路由

    三层交换机转发流程图:
    在这里插入图片描述

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    一、交换机转发原理

    • 交换机接口怎么处理数据

    交换机依靠ARP表单生成mac地址表,依靠mac地址转发数据,交换机处理数据时,有三个处理行为:

    泛洪:接收到的是广播帧,交换机会广播泛洪(arp request广播帧); 目的mac广播   

    转发:如果接收的是一个已知的单播帧(可以匹配到mac-address table)交换机转发.

    丢弃:交换机接收的是一个未知的单播帧(匹配不到目的mac-address表),交换机丢弃该数据帧.

    2、交换机二层转发原理

    如果是二层转发,交换机依靠mac-address表转发数据流量,mac-address表总共有三要素:目的mac,vlanid,数据出接口

    Mac-address表通过ARP表单生成, 交换机在报文入接口学习ARP报文的源MAC,生成arp缓存表,Mac-address表通过arp缓存表生成。

    ARP是将IP地址解析为MAC的协议,Arp表单主要体现ip和mac的对应关系。

    二层详细转发原理:

    PC在进行通信时,会进行与运算,计算目的地址和自己本身IP的网络位是否相同,网络位相同,进行二层通信。

    此时pc会触发arp广播,请求目的地址的mac,交换机接收到arp广播请求,交换机会在arp报文的入接口学习arp报文的原mac,生成arp表单,mac-address表通过arp表单生成;同时交换机会将arp广播报文泛洪到同vlan的所有接口。

    目的主机接收到arp广播请求后,目的主机会通过arp-reply单播回应arp广播请求,交换机接收到arp-reply单播回应后,交换机会在arp报文的入接口学习arp报文的原mac,生成arp表单,通过arp表单生成mac-address表。

    原Pc接收到arp回应后,开始触发tcp/ip网络模型数据封装,数据封装好之后,就会发往目的地址,交换机接收到数据之后,就会通过mac-address表做数据转发。

    3、交换机三层转发原理

    PC在进行通信时,会进行与运算,计算网络位是否相同,网络位相同,进行二层通信,网络位不同,进行三层通信。交换机三层是通过IP路由表进行数据转发的.

    进行三层转发时,目的MAC封装为网关MAC,网关接收到之后,会脱掉MAC帧头,读取IP包头,如果目的IP为网关IP,脱掉IP头部,获取数据信息,如果目的IP不是网关IP,依靠IP路由表进行路由,依靠路由表转发时,重新封装MAC,源MAC为路由条目出接口MAC,目的MAC为路由下一跳MAC。

     

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空空如也

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