交换机基础知识(二层部分)

交换机基础知识交换机基础知识Ø一 集线器、网桥、交换机 Ø二 MAC地址 Ø三 VLAN Ø四 AP Ø五流控一.集线器、网桥、交换机集线器、网桥、交换机Ø集线器、网桥、交换机 l集线器 正如其名字所示的，集线器(Hub)就是活动的中心，是基于星 形拓扑的接线点。 集线器的基本功能是信息分发，它把一个端口接收的所有信号 向所有端口分发出去。一些集线器在分发之前将弱信号重新生 成。 集线器就是一种共享设备，HUB本身不能识别目的地址，当同 一局域网内的A主机给B主机传输数据时，数据包在以HUB为 架构的网络上是以广播方式传输的，由每一台终端通过验证数 据包头的地址信息来确定是否接收。也就是说，在这种工作方 式下，同一时刻网络上只能传输一组数据帧的通讯，如果发生 碰撞还得重试。这种方式就是共享网络带宽(同一冲突域)。集线器的应用星形拓朴结构网络的层次结构l网桥 网桥(Bridge) ： 用于桥接LAN网络中的各种不同的网络设备 主要构成： » 1）MAC转发单元、 » 2）至少两个的通信端口。 网桥工作原理分类： 1) Transparent Bridges(透明桥) 2) Source Route Bridges(源路径桥) 3) Spanning Tree Bridges(生成树桥) 主要功能 1)收帧、2）丢弃帧、3）减少帧复制、4）重建帧的优先级、 5）在不同的端口之间转发帧、6）分队传输帧、7）决定帧的输出格式 8）重建FCS、9）发送帧 网桥的基本操作： 转发、过滤帧。 维持转发、过滤过程中所应用的到信息。 维护管理以上两个内容网桥网桥应用拓朴什么是交换机Ø交换机 我们所说的交换机可以认为是多端口透明网桥。 Ø主要不同 l1.多端口网桥 交换机工作时，实际上允许许多组端口间的通道同 时工作。所以，交换机的功能体现出不仅仅是一个 网桥的功能，而是多个网桥功能的集合。即网桥一 般分有两个端口，而交换机通常具有高密度的端口 。 l2、分段能力的区别 由于交换机能够支持多个端口，因此可以把网络系 统划分成为更多的物理网段，这样使得整个网络系 统具有更高的带宽。 l3、数据帧转发方式的区别 网桥在发送数据帧前，通常要接收到完整的数据帧 并执行帧检测序列FCS后，才开始转发该数据帧。 交换机具有存储转发和直接转发两种帧转发方式。 直接转发方式在发送数据之前，不需要在接收完整 个数据帧和经过32bit循环冗余校验码CRC的计算检 查后的等待时间。 交换机分类Ø工作层次分 l二层交换机 二层交换机属数据链路层设备，可以识别数据包中 的MAC地址信息，根据MAC地址进行转发。 l三层交换机 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。 交换机分类Ø应用环境 l核心交换机 核心层是网络的高速交换主干，对整个网络的连通起到至关重 要的作用。 核心层应该具有如下几个特性：可靠性、高效性、冗余性、容 错性、可管理性、适应性、低延时性等。 在核心层中，应该采用高带宽的千兆以上交换机。因为核心层 是网络的枢纽中心，重要性突出。交换机分类l汇聚层交换机 汇聚层是网络接入层和核心层的“中介”，就是在工 作站接入核心层前先做汇聚，以减轻核心层设备的 负荷。 汇聚层具有实施策略、安全、工作组接入、虚拟局 域网（VLAN）之间的路由、源地址或目的地址过滤 等多种功能。 在汇聚层中，应该采用支持三层交换技术和VLAN的 交换机，以达到网络隔离和分段的目的。 交换机分类l接入层交换机 接入层向本地网段提供工作站接入。 在接入层中，减少同一网段的工作站数量，能够向 工作组提供高速带宽。 接入层可以选择不支持VLAN和三层交换技术的普通 交换机。典型的网络拓朴二、MAC地址什么是MAC地址ØMAC地址l概念 MAC地址也叫物理地址、硬件地址或链路地址 ，处 于OSI的数据链路层。 lMAC地址表 802.1Q中的地位:Filtering Database 作用： 为设备提供报文转发端口信息 用于扩展服务的动态过滤信息以太网帧Ø以太网帧结构以太网帧Ø前导(Preamble) l内容： 7个Bytes的10101010 l作用： 该字段的曼彻斯特编码会产生10MHz，持续时间为 5.6s，以 便接收方和发送的时钟进行同步。 Ø起始符(SFD) l内容 10101011 l作用 标志着一帧的开始。 以太网帧Ø目的地址 l长度：6Bytes l分类： Unicast Address：最高位为0 Multicast Address： 最高位为1 Broadcast Address： 全 1 Ø源地址 l长度：6Bytes l分类： Unicast Address：最高位为0 以太网帧ØLength(长度):2Bytes ØData(用户数据)：01500 Bytes ØPAD(填充域)：046 Bytes ØCRC校验码： 4Bytesl生成多项式为： G(X)=X32+X26+X23+X22+X16 +X11+X10 +X8+X7 +X5+X4+X2+X+1。 l校验范围为： 目的地址、源地址、长度、数据和PADMAC地址表Ø低端芯片MAC单元Marvell Ruby L2 ChipMAC地址表 Ø高端芯片MAC单元 Marvell Ex1x6 L3 ChipMAC地址表MAC地址表MAC地址表MAC地址分类 l交换机中的MAC地址 动态地址 动态地址：交换机通过接收到的报文自动学习到的MAC地 址。 地址学习：当一个交换机端口接收到一个包时，交换机将把这个包 的源地址和这个端口关联起来，并记录到地址表中，交换 机通过这种方式不断学习新的地址。 交换机通过学习新的地址和老化掉不再使用的地址来不断 更新其动态地址表。MAC地址分类 静态地址 静态地址是在地址表中以静态(static)的型式存在的，地址 老化操作对于静态地址单元不起作用。 静态地址一般是由软件操作显式的添加，静态地址一旦添 加将一直生存，直到其被显式的删除或是芯片复位。 静态地址在配置后，将被保存至FLASH中的配置文件，在 交换机重启之后，被重新配置到地址表当中。 过滤地址 过滤地址是由软件操作显式添加的MAC地址。 当交换机接收到以过滤地址为源地址的包时将会直接丢弃 。过滤地址永远不会被老化，只能手工进行配置和删除或 是芯片复位。 过滤地址在配置后，将被保存至FLASH中的配置文件，在 交换机重启之后，被重新配置到地址表当中。 三、VLAN什么是VLANØVLAN基本概念 lVLAN： VLAN：虚拟桥局域网（ Virtual Bridged Local Area Networks ）的简称，它是在一个物理网络上划分出 来的逻辑网络。这个网络对应于ISO模型的第二层 网络。VLAN的划分不受网络端口的实际物理位置的 限制。VLAN有着和普通物理网络同样的属性，除了 没有物理位置的限制，它和普通局域网一样。第二 层的单播、广播和多播帧在一个VLAN内转发、扩散 ，而不会直接进入其他的VLAN之中。 VLAN的分类ØVLAN的几种分类 l1.port base VLAN l2.tag base VLAN l3.protocol base VLANTAG VLANØTAG 帧结构VLAN优点ØVLAN的优点l控制网络的广播风暴 采用VLAN技术，可将某个交换端口划到某个VLAN 中，而一个VLAN的广播风暴不会影响其它VLAN的 性能。 l简化网络管理 网络管理员能借助于VLAN技术轻松管理整个网络。 在同一个物理网络下，可以利用VLAN技术划分不同 的逻辑网络，当要改变网络拓朴结构时，只需通过 修改VLAN配置。VLAN的优点l确保网络安全 不同VLAN之间，可以认为是不同的LAN，通过 VLAN技术隔绝端口，分隔不同用途的网络，以保证 同一个物理网下的不同用途网络之间的数据通讯安 全。VLAN 应用ØVLAN应用VLAN角色 Ø ACCESS PORT l 概念： 一个access端口，只能属于一个VLAN，并且是通过手工设置指定VLAN的。 以UNTAG的格式输出报文。 Ø TRUNK PORT l 概念: 一个Trunk是连接将一个或多个以太网交换接口和其他的网络设备（如路由器 或交换机）的点对点链路，一个Trunk可以在一条链路上传输多个VLAN的流 量 。 一个Trunk口，在缺省情况下是属于本交换机所有VLAN的，它能够转发所有 VLAN的帧。 l Native VLAN: 就是指在这个接口上收发的UNTAG报文，都被认为是属于这个VLAN的。 Ø 不同VLAN间通讯 VLAN之间的通讯必须通过三层设备（路由器或者三层交换机）。 三层交换机可以通过SVI接口（switch virtual interfaces）来进行VLAN之间的 IP路由。 A/T 应用802.1Q VLANØ报文转发过程12Ingress RuleØ输入规则 对输的帧的VID进行检查，如果VID=0xFFF，报文 将会被丢弃。 帧的VID属性是否与设置一致，端口可以使能只接 收含有VLAN-TAG的帧，此时收到VID=0x0的报文 则直接丢弃。 在使能VLAN检查的情况下：端口不在所收到的帧的 VID对应的VLAN中，则丢弃此报文。Egress RuleØ输出规则 输出端口不在帧VID对应的VLAN当中，报文被丢弃 。 决定端口输出TAG or UNTAG帧 如果端口要求输出UNTAG帧，但TAG中的CFI位为 1，此时报文被丢弃。 ØVLAN单元 VID 添加/删除TAG的信息 VLAN中的Member 信息VLAN EntryRuby VLAN entryVLAN EntryEX 1x6 VLAN Entry四、Aggregate Port Aggregate PortØ基本概念 l什么是端口聚合 我们可以把多个物理链接捆绑在一起形成一个简单 的逻辑链接，这个逻辑链接我们称之为一个 aggregate port（AP ） 相关协议标准：IEEE802.3ad。 l端口聚合的优点 1.增大带宽 2.流量平衡(load-balance) 3.链路冗余(Link-Fail-Over)Aggregate Port Ø1.增大带宽 通过多个端口形成一个AP口，获得更大的链路带宽 。 如： N个100M的端口聚合成一个N x 100M的AP口 Ø2.流量平衡 根据不同的报文类型，将报文分配到AP的不同成员 口当中。 常用的平衡方式：Port、MAC、IP、L4。 如：S3760支持的平衡方式： 、 ， Aggregate PortØ3.链路冗余 当AP中的一条成员链路断开时，系统会将该链路的 流量分配到AP中的其他有效链路上去。(Link fail over)AP典型应用五 、流控流控Ø什么是流控 流控是用于避免通讯端口由于缓冲区不足而产生报 文丢失的技术。 Ø流控的分类 l1.全双工流控 Flow-Control l2.半双工流控 BackpressureFlow-ControlØFlow-Controll概念 通过PAUSE帧技术，用于在全双工以太网上，实现 流控机制，为了避免由于瞬时过载导致缓冲区溢出 引起不必要的帧丢弃。 lPAUSE帧结构Flow-Controll水位控制技术 一般情况下，交换机的缓冲区有一个高水位和低水 位，与这个水位相关的是PAUSE的时间。 当缓冲区的高水位阈值被超过时，交换机将产