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  • 交换机是一种工作在数据链路对流量进行转发网络设备。主要应用于延长传输距离,解决冲突域,实现单播等功能。 ** 工作过程: **当流量进入交换机后,根据数据帧中源MAC,建立该地址与交换机端口映射,并写入...

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    14、 什么是交换机?描述一下工作过程?

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    交换机是一种工作在数据链路层对流量进行转发的网络设备。主要应用于延长传输距离,解决冲突域,实现单播等功能。

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    工作过程:

    **当流量进入交换机后,根据数据帧中的源MAC,建立该地址与交换机端口的映射,并写入MAC地址表中。再查看数据帧中的目的MAC,根据MAC地址表中的信息进行转发;如果MAC地址表中没有相关信息,则进行洪泛处理(目的MAC为全F);若划分了VLAN,则向对应的VLAN进行洪泛。如果收到的为广播帧或组播帧,则直接进行洪泛。

    交换机属于二层设备,基于MAC进行转发
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    交换机基本功能:

    **
    1,基于原MAC地址学习
    2,目标MAC地址转发
    3.数据过滤
    泛洪数据:1.广播 2.组播(01-00-5E) 3.位置单播
    **
    **

    19、 交换机是如何转发数据包的?

    **
    交换机通过学习数据帧中的源MAC地址生成交换机的MAC地址表,交换机查看数据帧的目标MAC地址,根据MAC地址表转发数据,如果交换机在表中没有找到匹配项,则向除接受到这个数据帧的端口以外的所有端口广播这个数据帧。

    15、 什么是三层交换机?和二层交换机有什么区别?三层交换机是否可以代替路由器?为什么?

    **
    三层交换机就是具有部分路由功能的交换机,工作在OSI模型的网络层。兼具二层交换机的转发功能,又具有处理三层IP数据包的功能;除了二层交换机用的CAM表外,还有专门用于三层硬件的转发表。主要目的是加快大型局域网内部的数据交换,它对网络结构的变化没有路由器敏感,三层交换机一般部署在三层架构当中,他可以拥有多个SVI接口,用于管理接入层流量,主要功能还是负责数据的交换。

    工作的层次不同,实现的功能也就不同;三层交换机工作于网络层可以用于网络互连,二层交换机工作于数据链路层只能用于同一局域网通信。

    三层交换机仅仅具有简单的路由转发功能,在路由转发和策略上面远远不及路由器;而三层交换机的数据交换效率要远高于路由器。在大型设备领域,三层交换机要比一般的路由器更昂贵。

    所以,由于三层交换机有基本的路由功能,而交换数据的效率比路由要高的多,所以三层交换机可以代替路由器作为局域网内部各子网的网关;至于不同类型网络之间的互联,由于三层交换机的路由功能不能满足要求,所以还是要用路由器。

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  • 我们都知道二层交换机工作数据链路,依靠mac地址来进行数据通信,而路由器是工作在网络,依靠ip地址来通信,为了说明三层交换机比路由器转发速率快,那我们还是先从二层交换机入手。首先我们来比较下二...

    我们都知道二层交换机工作的数据链路层,依靠mac地址来进行数据通信的,而路由器是工作在网络层,依靠ip地址来通信的,为了说明三层交换机比路由器的转发速率快,那我们还是先从二层交换机入手。

    首先我们来比较下二层交换机与路由器的报文转发速率(当然严格意义上是不能这样比较的,毕竟一个是二层设备,一个是三层设备,这主要是为下面说明三层交换机与路由器之间的比较做铺垫)

    二层交换机:接收到由自己的物理层送上来的二层数据帧时,根据源mac地址学习并写入mac地址表中,根据目的mac地址查找mac地址表决定是转发还是广播,这里交换机查找mac地址表和转发都是由硬件ASIC芯片来完成,而且二层交换机没有对数据帧做过任何封装,解封装动作(忽略物理层bit数据流还原成二层以太帧),并且没有对数据帧做过任何改写

    路由器:工作在网络层,对接收到的数据帧必须解封装,获取三层数据,根据三层数据的目的ip,查找路由表,封装下一跳的mac等等一系列动作,相比二层交换机而言,路由器查找路由表是通过基于软件的cpu来查找,比二层交换机查找mac地址表用的ASIC硬件芯片慢,另外路由器还得对数据进行拆封,解封动作,而且还改写了数据帧(只改写二层数据帧的目的mac、源mac、FCS,不会改变三层数据包的内容)

    由上可知:基于软硬件的查找转发方式(路由器通过软件的相对慢些)以及对数据包的处理(路由器相对来说复杂),这两个原因导致二层交换机的转发性能通常高于路由器(严格意义上这样的比较是没有意义的,毕竟一个是二层设备、一个是三层设备,主要是为下面做铺垫)

    下面开始说三层交换机

    以前的文章中也提到过,三层交换机的核心思想是:“一次路由,多次转发”,实现了数据包的快速转发:三层交换机技术=二层交换技术+三层路由转发技术

    也即是:

    三层交换技术=1次三层路由转发技术+多次(N)二层交换技术

    路由器=(N+1)次三层路由转发技术

    再结合上面所写的二层交换机的转发速率高于路由器,可以得出三层交换机的转发速率同样高于路由器

    三层交换机的硬件架构

    58fa5eaefd14c7bfd8941db4473c2f08.png

    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站点的ip地址进行比较,判断B站是否与自己再同一个子网内,若在同一个子网内,则进行二层转发(没经过三层的必要);若A、B站点不在同一个子网内,那么发送站点A要向“缺省网关”发出arp请求,而“缺省网关”的ip地址其实就是三层交换机上站点A所属vlan的接口ip地址,当A向“缺省网关”发送一个arp请求时,交换机就向发送站点A回一个arp回应报文,同时通过软件把站点A的ip地址、mac地址、与交换机直接相连的端口号等信息写到交换芯片的三层硬件表项中;站点A收到回复报文后,进行目的mac的替换,把要发到B的包首先发给交换机。交换机收到这个包之后,进行源mac地址学习,目的mac地址查找,由于此时目的mac地址为交换机的mac地址,在这种情况下将会把该报文送到交换芯片的三层 引擎处理,由于站点B属于交换机的直连网段之一,cpu收到这个ip报文以后,会直接以B的ip为索引检查arp缓存,若没有站点B的mac地址,则根据路由信息向B站广播一个arp请求,B站收到此请求后向交换机回复其mac地址,cpu收到这个arp回复的同时,同样把站点B的ip地址、mac地址、端口信息等写入交换芯片的三层硬件转发表项中,然后把由站点A发来的ip报文转发给站点B,这样就完成了站点A到站点B的第一次单向通信。由于芯片内部的三层引擎中已经保存站点A、B的路由信息,以后站点A、B之间进行通信或其它网段的站点想要与A、B进行通信,交换芯片则会直接把包从三层硬件表项中指定的端口转发出去,而不必再把包交给cpu处理,这就是“一次路由,多次转发”的实现,大大提高了转发速度.

    平常所说的三层交换机基本上是指硬件三层交换机,三层交换机其实也有软件三层交换机,它们的区别在于三层交换 引擎,硬件三层交换机的三层交换引擎通常是用专用的ASIC芯片来完成(类似二层交换机),而软件三层交换机的三层交换引擎通常是由cpu来完成(类似路由器),没有特别说明情况下一般是指硬件三层交换机.

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  • 大家可能会说他不能配置,即插即用,这通俗说法,专业解答应该这属于二层交换机工作在数据链路,而功能更强大层交换机具有网络特性,本篇将分别讨论这两种交换机的工作模式。一、操作交换机的...

    说到交换机,小伙伴都清楚长啥样,但不知道大家有没有见过这样的:

    0a1b3603f27909ca10e23fa4e1750e05.png

    H3C官网称之为桌面型交换机,那他与机房的交换机本质区别是什么?大家可能会说他是不能配置的,即插即用,这是通俗的说法,专业的解答应该是这属于二层交换机,工作在数据链路层,而功能更强大的三层交换机具有网络层特性,本篇将分别讨论这两种交换机的工作模式。

    一、操作交换机的交互方式

    先为初学者介绍一下在实际工作中配置交换机的操作方式,首先需要端一台笔记本电脑放在网络机柜上,然后:

    1、通过交换机自带的电缆线(两头分别是串口与网口)将电脑与交换机相连,在电脑上运行终端模拟程序,与交换机进行交互操作;(输入输出通过电脑完成,命令由交换机处理,所以电脑是交换机的终端)

    2、如果笔记本电脑不带串口,需另外使用USB转串口线;

    3、终端模拟软件推荐:SecureCRT(付费)、XShell(个人版免费)、PuTTY(免费)、超级终端(Windows xp自带),终端模拟软件不是本篇讨论的内容,有兴趣的小伙伴请自行百度。

    下面通过两个应用场景分别介绍在HCL中如何模拟配置交换机,同时讲解一下交换机的两种工作模式。

    二、最简单的应用场景

    2台PC通过1台交换机互相访问,网络规划如下(IP地址使用CIDR记法):

    474ec4be3ed4d4aab635374fab2a84a9.png

    实施步骤(部分简单的操作请自行查阅HCL帮助):

    1、添加设备:先添加1台交换机,再添加2台PC;

    2、启动设备:分别启动3台设备(启动时往往会遇到这样的问题:如果添加设备或者停止设备后立刻启动则可能报错,此时可稍等一会再启动即可);

    3、连线:两台PC分别与交换机指定端口相连,如下图所示:

    3feece888289bd6379964ccf1f84428e.png

    4、配置PC

    鼠标右键点击设备,选择"配置",在配置对话框中接口管理选择"启用",填写IP地址与子网掩码,点击"启用",如下图所示:

    f7551cdf34d4b366dc098935e7cf79ed.png

    需要注意的是:在接口状态栏显示"DOWN",处于这种状态时PC不能通信。解决办法:重启PC,重启后再次"配置"PC查看端口状态("配置"时往往也会遇到一个类似的问题:如果启动设备后立刻"配置"则可能报错,此时可稍等一会再"配置"即可),此时接口状态栏显示"UP",如下图所示:

    c439b81517f7938b77fb938658535e73.png

    按同样的方式配置PC_2,至此网络配置完成,两台PC应该可以互相通信了。

    5、测试PC连通性

    启动PC_3的命令行终端然后访问PC_2,如下图所示:

    9279805ea838de129b500516e5a415ab.png

    从上图看出PC_3并不能访问PC_2,实际上此时交换机的端口状态也是"DOWN",在这里介绍第一个交换机命令:

    display interface brief //显示所有端口信息

    启动交换机的命令行终端,输入上述命令,执行结果如下图:

    14726ea44d70c1cf15c07321392e220f.png

    上图显示2号与3号端口的状态是"DOWN", 顺便说一下,交换机的端口编号是1/0/1,1/0/2,依次往后,本篇后面采用这种方式标识端口,不再用前文的GE_0/2、GE_0/3。重启交换机后再查看状态,如下图所示:

    69ce2bb19f4fe1e20f5a1fd1868fa4a2.png

    上图显示交换机的端口状态正常,这时在PC_3的命令行终端中检测到PC_2是可访问的。

    本场景中的两台PC在交换机未做任何配置的情况下实现互访,这是典型的二层交换机工作模式。

    三、跨网络访问

    现在搭建一个稍微复杂一点的网络环境:与交换机相连的两台PC分别分配一个B类和C类IP地址,配置交换机后PC可跨网络互相访问。两台PC及交换机内创建的两个VLAN的配置如下:

    f04d057739a41bfb20e142ef785c933c.png

    其中VLAN的接口IP实际上就是这个虚拟"网络"的网关。网络设备与上一个场景相同,可以继续使用。

    1、配置交换机

    启动交换机的命令行终端,输入以下命令:

    system-view //进入系统视图,用户视图只能查询

    [H3C]vlan 2 //创建并管理VLAN 2

    [H3C-vlan2]port gigabitethernet 1/0/2 //添加端口2

    [H3C-vlan2]quit //退出

    [H3C]interface vlan-interface 2 //管理VLAN2的接口

    [H3C-Vlan-interface2]ip address 192.168.1.1 24 //设置接口IP

    [H3C-Vlan-interface2]quit //退出

    用同样的命令创建VLAN3,添加端口,设置VLAN3的接口IP。完成后执行如下命令:

    [H3C]display interface brief //显示所有接口信息

    这个命令实际上可以显示交换机的各种接口信息(不仅是端口),执行结果如下图所示:

    d8fa373b584e82e8540f0b7018673ecb.png

    在上图中可以查看VLAN的接口IP和端口划分给VLAN的情况。

    2、配置PC

    确认交换机配置正确后,再按前文所述方法重新设置两台PC的IP和网关,这里截取PC_3的配置图:

    577b582bbe70698d0eda1e45a7e7a3de.png

    3、测试PC连通性

    网络配置完成后测试两台PC之间的连通性,从PC_2访问PC_3的测试结果如下图所示:

    ac78d6fdec07e8925c8db0f0ae85d362.png

    在本场景中PC_2的网络地址(即IP地址中的网络号)是192.168.1.0,PC_3的网络地址是172.16.0.0,两台PC属于不同的网络,在交换机内实现了跨"网络"互相访问,这说明交换机具有了网络层的功能,这是三层交换机不同于二层交换机的本质属性。

    四、总结

    本篇通过两个简单的应用场景分别演示了交换机的两种工作模式,初学者通过本篇的讲解对交换机的基本配置会有一个直观的认识,下一篇我们将介绍HCL中一个有趣的终端设备"本地主机Host"。

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    因特网发展到今天,无线和有线设备的带宽都有巨大的提升,但目前大部分企事业单位都还在使用IPV4的地址,也难免要进行不同网段的划分,本次内容介绍二层交换机的VLAN(虚拟局域网)配置,那么为什么要进行VLAN的划分呢?

    我们先来了解一下二层交换机的工作原理,交换机是数据链路层设备,它能够读取数据包中的MAC(网卡)地址信息,并根据MAC来进行交换,如图1所示。

    3b08591cce70aca0e3095d92adce611d.png

    1 交换机的工作原理

    图1中有A、B、C、D四台主机的IP地址在同一网段内,其IP地址和MAC地址如图1中所示,交换机有一张MAC地址表,是通过MAC地址来进行交换的,接入网络之前,交换机的MAC地址是空的。

    当主机A(192.168.1.1)向主机C(192.168.1.3)发送数据的时候,交换机是如何把数据正确的发给主机C呢?

    交换机的工作过程是这样的,主机A在发送数据时会携带自身的MAC地址,交换机从E0端口收到了数据,就会在MAC表中记录一条信息,如图2所示。

    d66efbb9ae4bef76553df71397b9ca62.png

    2 交换机的工作原理(记录E0端口)

    从图2中可知,交换机的MAC地址表已经有一条记录,此时交换机并不知道主机C在哪个端口,数据不确定从哪个端口转发,这时交换机只能选择在E0以外的所有端口都转发(洪泛(flooding)),那么主机B、C、D都会收到来自主机A的信息,收到信息后解开数据比对信息,主机B和主机D发现不是找它的,就把数据丢弃,只有主机C核对后发现是找C的,于是返回一条信息给交换机,返回信息的时候,带上自身的MAC地址,这个时候交换机的MAC地址表又多了一条记录,如图3所示。

    f0c78757227746fde367690dc4e759e2.png

    3 交换机的工作原理(记录E0和E2端口)

    交换机收到来自主机C的数据后,是否又要向全部端口转发呢?不会的,因为主机C发的信息有目的地址信息(主机A)交换机直接把数据在E0端口发给了主机A。

    当主机B发数据给主机C的时候,交换机会从E1端口获取主机B的MAC地址并记录在MAC表中,交换机收到信息后查询MAC表,发现已有主机C的地址,于是直接把数据往E2端口转发,其他端口以此类推。需要注意的是MAC表示动态的,当主机更换网卡或者主机移走的时候,一段时间以后交换机会把MAC中的记录移除,方便MAC表的维护。

    网络中通常是多台交换机共同工作,多台交换机在一起会出现什么问题呢?下面来看一张网络拓扑图。

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    如果整个网络属于一个网段,那么只有一个广播域,那么一旦发出广播信息,就会传遍整个网络,主机就会不断的接收广播信息,严重影响网络的质量,因此在设计局域网LAN时,需要注意如何才能有效地分割广播域。

    解决办法一是用路由器把网段划开,二是把交换机划分VLAN,这次的内容我们介绍到这里,下次介绍交换机的VLAN配置。

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