计算机基础课件 第5章 多层交换网络设备实现11

1、第五章 多层交换网络设备技术实现神州数码网络大学 2011-11大纲 多层交换的设备的分类 二层交换设备的交换原理 多层交换设备的交换原理 多层交换的设备的分类 单板的多层交换设备 由机箱和模块组成的多层交换设备 通过板卡设计来满足用户的需求 二层交换设备的交换原理 二层交换设备的硬件结构 二层交换设备的软件结构 二层交换设备的关键的表项 二层数据的处理流程 二层交换设备的硬件结构PHYFlashROM (xMB)SDRAM (xxMB)24 100M Ports交换芯片 ASIC4xSDRAM (xMx32)CPUSlot 1Slot 2PHYPHY二层交换设备的硬件结构 交换芯片ASIC 存放各种寄存器、交换表，如端口状态、单播 表、组播表、VLAN表等，控制交换机进行数 据的接收、维护和转发，由硬件组成，是整个 交换机的核心； CPU 交换机的处理器，用于处理用户指令、协议运 行等； 二层交换设备的硬件结构 PHY 控制交换机的数据比特流和电气设备信号的协 商、转换 SDRAM 交换机内存，用于系统软件的运行和配置序列 的存放 ，如交换机的ARL软件表、show命令 时显示的信息

2、 FLASH 闪存，用于保存系统文件和配置文件 二层交换设备的软件结构 2层交换MAC表驱动接口映射层 （Interface Mapping Layer ,IML)TCP/UDP/IP/ARPTELNET HTTPSNMP TFTP/FTPSTP/GVRP/LACPIGMP Snooping配置管理特殊数据包 陷阱VLAN控制端口控制IGMPVLAN表CPU接口模块CPUARP表IGMP Cache组播IP 注册表二层交换设备的软件结构 接口模块 特殊数据包陷阱(Special Packet Trap)：当交换机接收 到数据时，首先判断其是否为特殊数据包，如果是则 直接发送给CPU处理，特殊数据包包括如ARP请求, STP,IGMP report、leave等 2层交换 当交换机接收到数据时，首先判断其是否为特殊数据 包，如果不是则发送给交换机芯片处理，交换机芯片 会根据MAC表和VLAN表对该数据包进行处理，如果二 层表中没有该数据包的信息，则发送给CPU处理 二层交换设备的软件结构 CPU包含模块 驱动 接口映射层 二层协议 IGMP Snooping、STP、GVRP、LACP

3、管理模块 Telnet、HTTP、SNMP、TFTP、FTP、配置管理 二层交换设备的关键的表项 MAC地址表建立 二层数据的处理流程 目的地址（Destination MAC）是单播 目的地址（Destination MAC）是组播 0X01-XX-XX-XX-XX-XX 0X01-00-5E-XX-XX-XX 目的地址（Destination MAC）是广播 0XFF-FF-FF-FF-FF-FF二层单播帧的数据转发流程 2层交换MAC表驱动接口映射层 （Interface Mapping Layer ,IML)TCP/UDP/IP/ARPTELNET HTTPSNMP TFTP/FTPSTP/GVRP/LACPIGMP Snooping配置管理特殊数据包 陷阱VLAN控制端口控制IGMPVLAN表CPU接口模块CPUARP表IGMP Cache组播IP 注册表第2层数据帧直接通过第2层交换转发交换转发表（MAC Table）被咨询并更新二层组播帧的数据转发流程 2层交换MAC驱动接口映射层（Interface Mapping Layer ,IML)TCP/UDP/IP/ARPTE

4、LNET HTTPSNMP TFTP/FTPSTP/GVRP/LACPIGMP Snooping配置管理特殊数据包 陷阱VLAN控制端口控制IGMPVLAN表CPU接口模块CPUARPIGMP Cach组播IP 注册表第2层帧被发 送到协议模块 响应,在以后单 独发回帧发送到端口MAC 表被咨询并更新BPDU 直接被捕捉帧被发送到多个端口二层广播帧的数据转发流程 2层交换MAC表驱动接口映射层 （Interface Mapping Layer ,IML)TCP/UDP/IP/ARPTELNET HTTPSNMP TFTP/FTPSTP/GVRP/LACPIGMP Snooping配置管理特殊数据包 陷阱VLAN控制端口控制IGMPVLAN表CPU接口模块CPUARP表IGMP Cache组播IP 注册表收到广播帧并送到CPU广播到VLAN中的其它端口多层交换设备的交换原理 多层交换设备的硬件结构 多层交换设备的软件结构 多层交换设备的相关表项 多层交换设备的数据处理流程 多层交换设备的硬件结构 非模块化多层交换设备的硬件结构 模块化交换机模块的硬件结构 非模块化多层交换设备的硬件结 构

5、交换芯片 ASICCPUFlash XxMbyteRS232PHY8 10T/100TX PortsSGRAM XMbyteExpansion ModuleSDRAM XxMbyteExpansion ModulePHYPHY8 10T/100TX Ports8 10T/100TX Ports非模块化多层交换设备的硬件结 构 交换机芯片ASIC是三层芯片，且内存有所增加 交换芯片ASIC 存放各种寄存器、交换表，如端口状态、单播表、组播表、VLAN 表等，控制交换机进行数据的接收、维护和转发，由硬件组成， 是整个交换机的核心； CPU 交换机的处理器，用于处理用户指令、协议运行等； PHY 控制交换机的数据比特流和电气设备信号的协商、转换 SDRAM 交换机内存，用于系统软件的运行和配置序列的存放 ，如交换机 的ARL软件表、show命令时显示的信息 FLASH 闪存，用于保存系统文件和配置文件 模块化交换机模块的硬件结构骨干交换引擎模块接口92G全双工骨干交换引擎模块接口92G全双工物理端口 1000 SX / LX / LH 10/100 TX / FX7Link8Activity

6、5Link6Activity3Link4Activity1Link2Activity7Link8Activity5Link6Activity3Link4Activity1Link2Activity7Link8Activity7Link8Activity5Link6Activity5Link6Activity3Link4Activity3Link4Activity1Link2Activity1Link2ActivityConsoleConsoleConsole双千兆介质访问控制器ASIC多层包处理器CAM Content Addressable MemoryCAM Content Addressable Memory局部交换引擎SRAMSRAMSRAMSRAMSRAMSRAMSRAMSRAMSRAMSRAMSRAMSRAMSRAMSRAMSRAMSRAMSRAMSRAMSRAMSRAMSRAMSRAMSRAMSRAM共享内存缓冲 96 Gbps局部交换引擎 512-bit data path clocked at 133Mhz = 64Gbps Raw Switching管理总线-通往各

7、模块PowerPC管理处理器子系统32 MB System RAM管理总线-通往各模块PowerPCPowerPC管理处理器子系统32 MB System RAM128 MB DRAM 可扩展至512 MB模块化交换机交换结构 计算机内存交换 共享总线式交换 矩阵式交换 计算机内存交换CPU队列I/O总线线卡线卡线卡共享总线式交换CPU总线线卡上的处 理器和队列矩阵式交换内部原理 入口控 制器控制处理器N*N 包交换 矩阵入口控 制器入口控 制器出口控 制器出口控 制器出口控 制器入出1122334455MM入出模块化交换机交换结构 Crossbar 单Crossbar芯片方式 多Crossbar芯片方式 不完全多级交换 完全的多级交换 Crosspoint 单Crossbar芯片方式多Crossbar芯片方式不完全多级Crossbar结构问 题 头包阻塞（Head-of-Link Blocking） 我要右转可前面的直 行车挡了我的路！Crosspoint多层交换设备的软件结构 多层交换设备的软件结构 交换机芯片中增加了 三层表 三层转发表 硬件路由表 当接收到的三层数据包满足IP转

8、发表或者硬件路由表中 的某表项时，可直接由交换机芯片转发出去，而不再 必须经过交换机的CPU完成三层转发， 在CPU的模块中也增加了有关路由的模块 RIP/OSPF 组播部分增加了DVMRP 多层交换设备的相关表项 FDB表 IP转发表 FIB Table IPMCFDB表 Forwarding Data Base、MAC地址表 特殊的MAC地址（网关的MAC地址），在 L3位置1，普通的MAC地址会在L3位置0 IP转发表 又称为主机路由表 L3 Table、ARP表 一个是存储在芯片本身自带的ram中L3表 一个是存贮在软件的RAM中的arp表 由CPU维护，并且会和L3表随时同步 IP转发表（主机路由表）ARP表L3表Mac地址IP地址L3接口号端口号Mac地址IP地址L3 Table的格式 IP转发表的建立IP转发表的建立IP转发表的建立2、ARP表10.1.1.211-11-11-11-11-1111-11-11-11-11-111VLAN11、FDB表V1-10VLAN1L310.1.2.222-22-22-22-22-22V11-24VLAN2L33、L3表10.1.2.

9、222-22-22-22-22-2222-22-22-22-22-2223VLAN223VLAN2VLAN110.1.1.010.1.2.0路由表VLAN2FIB Table Forwarding Information Base、硬件网络 路由表 BITSFIELDSDESCRIPTION031SUB_ADDR4个字节的目的网络地址目的网络地址，DEF_IP Table的索引3279MAC_ADDR6个字节的MAC地址，是下一跳网关的下一跳网关的MACMAC地址地址 8085PORT转发IP数据包的出端口号出端口号8690INTF出三层路由接口号出三层路由接口号，用于从L3INTF表中获取路由接口的MAC地址9195SUBNET_LEN子网掩码子网掩码的长度减一96CPU是否要提交给CPU处理97127RESERVED保留目的网络地址下一跳网关的MAC地址端口号三层路由接口号 多层交换设备的数据处理流程 判断标准 广播包的判断标准：Destination MAC 0xff-ff-ff-ff-ff-ff 三层组播包的判断标准：Destination MAC = 0x01-00-5e-xx-xx-xx 二层组播包的判断标准：Destination MAC 40 = 1 Search FDB用vidDestination MAC作为 索引 二层组播地址 多播混杂模式分析电子和电气工程师协会 （IEEE）定义的Individual/Group（单独的/ 组，I/G）位 以太网和FDDI地址的I/G位是目标MAC地址 的第一个字节的最后一位。 I/G位的值如下 如果设置为0，那么该地址为单播（或单独的 ）地址。 如果设置为1，那么该地址为多播（或组）地 址。广播地址也会设置多播位。IPMC表项和过程L

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