交换机基础知识(二层部分)

Egress Rule
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。
VLAN单元
• VID • 添加/删除TAG的信息 • VLAN中的Member 信息
VLAN Entry
VLAN基本概念
VLAN：
• 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。
Ruby VLAN entry
VLAN Entry
EX 1x6 VLAN Entry
四、Aggregate Port
Aggregate Port
基本概念
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。
以太网帧
Length(长度):2Bytes Data(用户数据)：0～1500 Bytes PAD(填充域)：0～46 Bytes CRC校验码： 4Bytes
生成多项式为：
• G(X)=X32+X26+X23+X22+X16 +X11+X10 +X8+X7 +X5+X4+X2+X+1。
校验范围为：
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
1.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
2.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：
MAC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
以太网帧结构
以太网帧
前导(Preamble)
内容：
• 7个Bytes的10101010
作用：
• 该字段的曼彻斯特编码会产生10MHz，持续时间为 5.6µs，以 便接收方和发送的时钟进行同步。
交换机分类
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
MAC地址
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。
交换机基础知识
交换机基础知识
一 集线器、网桥、交换机 二 MAC地址 三 VLAN 四 AP 五流控
一.集线器、网桥、交换机 集线器、 集线器 网桥、
集线器、网桥、 集线器、网桥、交换机
集线器、网桥、交换机
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 同一冲突域)。 同一冲突域
VLAN的分类
VLAN的几种分类
1.port base VLAN 2.tag base VLAN 3.protocol base VLAN
TAG VLAN
TAG 帧结构
VLAN优点
VLAN的优点
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。
起始符(SFD)
内容
• 10101011
作用
• 标志着一帧的开始。
以太网帧
目的地址
长度：6Bytes 分类：
• Unicast Address： 最高位为0 • Multicast Address： 最高位为1 • Broadcast Address： 全 1
源地址
长度：6Bytes 分类：
• Unicast Address： 最高位为0
交换机分类
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。
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。
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。
五 、流控
流控
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。
流控的分类
1.全双工流控
• Flow-Control
2.半双工流控
• Backpressure
Flow-Control
Flow-Control
概念
• 通过PAUSE帧技术，用于在全双工 全双工以太网上，实现 全双工 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。
• 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
– <源MAC地址、目地MAC地址>、 – <源IP地址、目的IP地址>， – <源UDP/TCP端口、目的UDP/TCP端口>
Aggregate Port
3.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
交换机分类
工作层次分
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。
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
应用环境
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。
A/T 应用
802.1Q VLAN
报文转发过程
1
2
Iwenku.baidu.comgress Rule
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 VID 使能只接 使能 收含有VLAN-TAG的帧，此时收到VID==0x0的报文 则直接丢弃。 使能VLAN检查的情况下：端口不在所收到的帧的 • 在使能 使能 VID对应的VLAN中，则丢弃此报文。
交换机
• 我们所说的交换机可以认为是多端口透明网桥 多端口透明网桥。 多端口透明网桥
主要不同
1.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。
2、分段能力的区别
集线器的应用
星形拓朴结构
网络的层次结构
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)
PAUSE帧结构
Flow-Control
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，交换机将产生一 个PAUSE帧(Pause Time为用户设定值)发送给 DTE(DATA TERMINAL EQUIPMENT )，DTE在 PAUSE帧的指定时间内不发送帧，经过这个时间后 DTE又继续发帧，如果此时拥塞并未缓解，此时将 会发送一个较大Pause Time的PAUSE帧(注：有些芯片实现是 直接发送时间为0xFFFF的帧，对端停止发帧) 。一旦拥塞解决，缓冲区达 到低水位线时，将会发送一个Pause Time为0的 PAUSE帧，通告对端可以开始发送帧。
VLAN 应用
VLAN应用
VLAN角色
ACCESS PORT
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。
TRUNK PORT
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。
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。
• 目的地址、源地址、长度、数据和PAD
MAC地址表
低端芯片MAC单元
Marvell Ruby L2 Chip
MAC地址表
高端芯片MAC单元
• Marvell Ex1x6 L3 Chip
MAC地址表
MAC地址表
MAC地址表
MAC地址分类
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。
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
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。
• 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。
3、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 直接转发 存储转发和直接转发 存储转发 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。
• 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VLAN