深入剖析三层交换机的工作过程
一文读懂一、二、三层交换机
一文读懂一、二、三层交换机一、二层交换技术•(1)当交换机从某个端口收到一个数据包,它先读取包头中的源MAC地址,这样它就知道源MAC地址的机器是连在哪个端口上的;•(2)再去读取包头中的目的MAC地址,并在地址表中查找相应的端口;•(3)如表中有与这目的MAC地址对应的端口,把数据包直接复制到这端口上;•(4)如表中找不到相应的端口则把数据包广播到所有端口上,当目的机器对源机器回应时,交换机又可以学习一目的MAC地址与哪个端口对应,在下次传送数据时就不再需要对所有端口进行广播了。
不断的循环这个过程,对于全网的MAC地址信息都可以学习到,二层交换机就是这样建立和维护它自己的地址表。
从二层交换机的工作原理可以推知以下三点:•(1)由于交换机对多数端口的数据进行同时交换,这就要求具有很宽的交换总线带宽,如果二层交换机有N个端口,每个端口的带宽是M,交换机总线带宽超过N×M,那么这交换机就可以实现线速交换;•(2)学习端口连接的机器的MAC地址,写入地址表,地址表的大小(一般两种表示方式:一为BEFFER RAM,一为MAC表项数值),地址表大小影响交换机的接入容量;•(3)还有一个就是二层交换机一般都含有专门用于处理数据包转发的ASIC (Application specific Integrated Circuit)芯片,因此转发速度可以做到非常快。
由于各个厂家采用ASIC不同,直接影响产品性能。
以上三点也是评判二三层交换机性能优劣的主要技术参数,这一点请大家在考虑设备选型时注意比较。
二、路由技术路由器工作在OSI模型的第三层---网络层操作,其工作模式与二层交换相似,但路由器工作在第三层,这个区别决定了路由和交换在传递包时使用不同的控制信息,实现功能的方式就不同。
工作原理是在路由器的内部也有一个表,这个表所标示的是如果要去某一个地方,下一步应该向那里走,如果能从路由表中找到数据包下一步往那里走,把链路层信息加上转发出去;如果不能知道下一步走向那里,则将此包丢弃,然后返回一个信息交给源地址。
第三层交换机工作原理及优势
第三层交换机同时具备传统交换机与路由器两种功能,它既可以完成传统交换机的端口交换功能,又可完成部分路由器的路由功能,使用起来很方便。
第三层交换机到底能不能完全取代路由器呢?这一直是人们争论的焦点,我们确实能够看到第三层交换机功能的强大,但是只有在特点的环境下,第三层交换才能代替路由器使用。
在IOS的七层参考模型中,第二层(数据链路层)是实现交换的,第三层(网络层)是实现路由的,但近来,第三层交换机非常风光,这到底是怎么回事?我们通过分析第三层交换机的工作原理、优势和适用领域对第三层交换机进行深入剖析。
一、第三层交换机的工作原理要论述第三层交换机的工作原理,我们可以从传统交换机和路由器的实现原理中入手。
简单地说,传统的局域网交换机是从网桥发展来的,属于第二层设备。
它是一个可以将发信方源地址与收信方目的地址连接起来的网络设备,该设备可以根据数据单元中的头信息,将来自一个或多个输入端口的信元或帧移动到一个或多个输出端口,完成信息发送过程的交换。
显然,第二层交换机的最大好处是数据传输快,因为它仅需要识别数据帧中的MAC地址,而直接根据MAC地址产生选择转发端口的算法又十分简单,非常便于采用ASIC芯片实现。
所以,第二层交换的解决方案实际上是一个“处处交换”的廉价方案,虽然也能支持子网划分和广播限制等基本功能,但控制能力较小。
传统的第三层路由器属于第三层设备,它是根据IP地址寻址和通过路由表路由协议来实现路由功能的。
在局域网中的作用主要是路由转发、网络安全和隔离广播等,即在完成子网的网间连接的同时,还可以隔离子网间的广播风暴,可以控制一个网络非法信息进入到另一个网络中。
由于在路由转发中,路由器普遍采用的技术是最长匹配方式,而该方式实现起来非常复杂,所以只能利用软件来完成,自然会对网络带来一定的延迟。
由此可见,传统交换机是同一网络系统中主机之间端口连接的网络设备,传统路由器是同类或异类网络系统中各子网之间连接的网络设备。
三层交换机的工作原理简述
三层交换机的工作原理简述
三层交换机的工作原理是基于OSI模型的网络层进行的。
它可以根据IP地址来转发数据包,实现网络的互联和路由功能。
具体步骤如下:
1. 当一个数据包进入三层交换机时,交换机会读取数据包的目标IP地址。
2. 交换机会查询路由表,确定该IP地址所属的子网。
3. 交换机会根据路由表的信息,将数据包转发到适当的出口接口,进入目标子网。
4. 如果目标IP地址所在的子网直接连接到交换机的接口上,交换机可以直接发送数据包。
5. 如果目标IP地址不在同一个子网内,交换机会将数据包发送到默认网关。
6. 默认网关会进一步将数据包转发到目标子网。
三层交换机还可以根据流量和负载实现负载均衡和流量控制。
它可以通过学习和记忆MAC地址和IP地址的映射关系来提高转发速度,这样可以更高效地进行数据包的路由转发。
三层交换机究竟是怎样工作的呢?详细了解三层交换机工作方法!
三层交换机究竟是怎样工作的呢?详细了解三层交换机工作方法!如上图,在二层环境中A---B之间通信,A发送一个数据包目的MAC地址是B,当发送到交换机,交换机基于目的MAC地址的转发,然后开始查看自己的MAC表项,找出对应的出口出去了整个过程中只有MAC地址的查找,没有对数据帧产生任何的改变,我在这只对二层帧转发做一个简短而又简单的描述,毕竟重点不在这。
在三层环境中 A---C之间通信,A发送一个数据包,目的MAC地址应该是网关MAC地址,也即是交换机的MAC地址SMAC好在这里插一个小插曲,之前有人问过我说一个交换机要不要三层转发是怎么判断的,我当时的回答是看这个数据包的mac地址是不是自己,如果是就执行三层转发,别人说回答是正确的;但是当我回来研究这个问题的时候,我发现当时我的回答是不严谨的,为什么?当一个交换机收到一个数据包的二层目的mac地址是自己,此时它要做什么?插个一个小插曲,前两天在微信上看过这样的一个小短片,说的是在一所大学教室里,有两个男生特别喜欢坐在他们身后的班花,就不停的看着那个女孩,突然,那个女孩站起来准备走了,在路过他们身边的时候塞给了坐在一边的男生一个卷起来的小纸条;物理上,这个女生是将纸条递给了这个男生,想想这个男生接下来要做什么事情?是要打开纸条查看里面写了什么内容吧!三层交换机在接收到目的mac地址是自己的时候要做的事情也是向上层解封装,查看三层目的IP地址,然后呢?当时那个男生很高兴的拿着那个纸条,然后打开了,上面写着“请将纸条递给下一个人”,哈哈,,,三层交换机也是这样一看原来目的IP地址不是自己,这才执行路由层面的转发;所以说交换机在执行要不要三层转发,是在目的mac是自己的同时,IP地址是不是自己,如果是自己那还转发个啥来,就不用转发了。
交换机在判断出目的IP不是自己的时候是不是一定就去查看路由表呢?不是,这个就是交换机的关键所在了,交换机此时不会查看路由表,不会查看arp表,不会查看mac地址表;那交换机会查看什么表?交换机此时会查看自己集成在ASIC硬件转发卡中的硬件转发表,那这个硬件转发表都包含了什么内容呢?☘当第一个包过来的时候,发现硬件转发表并没有什么表项,所以此时必须将数据包交由路由进程处理,一旦交由cpu处理,必然会消耗cpu资源,此时会查看路由表,然后发现此IP地址个自己是直连的,此时就去查看arp找出此地址对应的mac地址,就可以转发出去了☘在决定转发出去过程中,交换机至少会做三件事情,一,修改IP包头的ttl值;二,修改原mac地址,改成自己出接口mac地址;三,建立交换机硬件转发表,包括目的IP地址,目的IP地址(下一跳)对应的mac地址,mac地址对应的vlan,以及对应的端口(这个每个厂家有自己的理解)☘这样当一下包过来的时候,交换机就会查看硬件转发表直接转发而不会在经过路由表的查询了,也即是交换机的一次路由,多次交换机原理。
三层交换机的工作过程
三层交换机的工作过程
三层交换机的工作流程可概况如下:
1. 设备接入:设备将通过以太网端口或其他端口与交换机连接。
2. 自学习:交换机会学习到新连接上的设备,并为其构建端口-MAC 地址表。
3. 广播域决策:交换机根据VLAN 模式,决定传输的广播范围,以确保不会跨越VLAN 广播信息。
4. 数据交换:设备间依靠路由表或FIB 表中的端口-MAC 地址,有选择地将数据传送给接收方及其目的端口。
5. 帐号管理:交换机具备帐号管理功能,可阻止“蜜罐”钓鱼攻击,确保网络安全并严格的用户控制。
三层的涵义、三层交换机的工作原理
三层的涵义、三层交换机的工作原理三层的涵义三层交换机中的“三层”指的是OSI(开放系统互连)七层参考模型的下面三层。
如果您想理解三层交换,首先就需要理解OSI参考模型。
1、什么是OSI参考模型OSI参考模型是国际标准化组织为了解决不同系统的互联而提出的模型,它将计算机网络按功能划分为七个层次,这就是网络通信中的七层模型或七层结构,各层名称如图1所示。
图1OSI各层之间存在相互依存关系。
如果没有底层,上层也将无从存在。
举一个浅显的例子。
网络上数据传输就像是过地下通道,必须一级一级台阶地下,然后一级一级台阶地上,才能完成整个过程,如图2所示。
图22、OSI参考模型与网络设备OSI参考模型与网络设备,如集线器、交换机、路由器,存在一一对应的关系,图3就是OSI模型下三层与网络设备及网络设备处理的数据单元的对应图。
(1)第一层——物理层物理层设备是最低层次的网络设备,主要负责实际的信号传输,即比特流。
对于物理层设备来讲,它只认识比特流,至于什么MAC地址、IP地址,它什么也不知道。
有些校园网中现在还在使用的集线器(Hub)就是典型的物理层设备。
(2)第二层——数据链路层数据链路层负责在两个主机上建立数据链路连接,向物理层传输数据帧,并对信号进行处理使之无差错并合理地传输。
校园网中我们最常使用的交换机(Switch)就是典型的数据链路层设备。
对于数据链路层设备来讲,它只认识帧和比特流(二层以下的数据),至于IP地址(三层以上的东西),它就不知道了。
“帧”是第二层的数据单元,而且只在第二层中才有意义。
二层交换机只能连接IP地址在同一子网内的计算机,如果计算机的IP地址在不同的子网内,即使连接在同一台交换机的端口上,虽然近在咫尺,也不能相互通信,因为现在的计算机是通过IP地址相互通信的,而交换机不能识别IP地址。
(3)第三层——网络层网络层主要负责路由,即选择合适的路径的功能。
网络中经常使用的路由器(Router)就是典型的网络层设备,它能够识别帧中的三层地址。
三层交换实验报告
三层交换实验报告三层交换实验报告一、实验目的本次实验的目的是通过搭建一个三层交换网络,探究其在数据传输中的优势和应用场景。
通过实验,我们将深入了解三层交换的工作原理、配置方法以及网络性能的提升。
二、实验环境本次实验所使用的设备包括三层交换机、路由器和PC机。
三层交换机采用了Cisco的Catalyst系列,路由器采用了Cisco的ISR系列。
PC机作为终端设备,用于发送和接收数据。
三、实验过程1. 配置三层交换机首先,我们需要在三层交换机上进行基本配置。
通过命令行界面,我们可以设置交换机的IP地址、子网掩码和默认网关。
这样,交换机就能够与其他设备进行通信。
2. 配置路由器接下来,我们需要在路由器上进行配置。
通过命令行界面,我们可以设置路由器的IP地址、子网掩码和默认网关。
此外,我们还需要配置路由表,以便路由器能够正确地转发数据包。
3. 连接设备在完成配置后,我们需要将三层交换机、路由器和PC机进行连接。
通过使用网线将它们连接起来,我们可以建立一个局域网。
在局域网中,三层交换机负责交换数据包,路由器负责转发数据包,PC机作为终端设备进行数据的发送和接收。
4. 测试网络性能在搭建好网络之后,我们可以进行性能测试。
通过发送大量的数据包,我们可以测试网络的吞吐量和延迟。
三层交换机的优势在于它能够根据目的IP地址来转发数据包,从而提高网络的传输效率。
而传统的二层交换机只能根据MAC 地址来转发数据包,效率较低。
四、实验结果经过测试,我们发现三层交换机在数据传输中的确具有一定的优势。
相比于传统的二层交换机,三层交换机能够更快地转发数据包,从而提高了网络的传输效率。
此外,三层交换机还支持更多的网络协议,可以满足更多的应用需求。
五、实验总结通过本次实验,我们深入了解了三层交换的工作原理和配置方法。
三层交换机在现代网络中扮演着重要的角色,它能够提高网络的传输效率和性能。
在实际应用中,我们可以将三层交换机应用于大型企业网络、数据中心等场景,以满足高速、大容量的数据传输需求。
简述三层交换机的工作原理
简述三层交换机的工作原理嘿,朋友们!今天咱来聊聊三层交换机这玩意儿的工作原理,可有意思啦!你可以把三层交换机想象成一个超级厉害的交通指挥员。
它站在网络世界的十字路口,指挥着数据的流向。
普通的交换机呢,就像是只知道在同一条路上指挥车辆来回跑,只管局部的交通。
但三层交换机可不一样,它有更广阔的视野和更强大的能力。
它就像一个聪明的小精灵,能看懂每个数据包要去哪里。
它会根据数据包里的信息,比如目的地地址,来决定怎么把这个数据包准确快速地送到它该去的地方。
这就好比交通指挥员知道每辆车要去的具体地点,然后给它们规划出最合适的路线。
三层交换机还有个特别厉害的本事,那就是建立路由表。
这就像指挥员心里有一张详细的地图,知道每条路通向哪里,该怎么走。
它会不断地学习和更新这个路由表,让数据传输越来越高效。
比如说,有一堆数据包要去不同的地方,三层交换机就会根据路由表,把它们分到不同的通道里去,就像把不同目的地的车辆引导到不同的车道上一样。
这样一来,就不会出现混乱和堵塞啦。
而且哦,三层交换机还特别会“偷懒”呢!它一旦找到了一条最优的路径,就会记住,下次再有同样目的地的数据包,就直接走这条捷径啦,不用再费心思去重新找路。
你说它是不是很聪明?它就像一个默默工作的小蜜蜂,在网络世界里辛勤地忙碌着,保证我们的数据能够快速、准确地到达目的地。
你想想,如果没有三层交换机,那网络不就乱套啦?数据就像无头苍蝇一样到处乱撞,那我们上网得多慢多麻烦呀!所以呀,三层交换机可真是网络世界的大功臣呢!总之呢,三层交换机就是这么一个神奇又重要的存在,它让我们的网络生活变得更加顺畅和便捷。
我们可得好好感谢它呢!不是吗?。
三层交换机的工作原理
三层交换机的工作原理
三层交换机是现代网络中常用的设备之一,其主要作用是在不同的局域网之间进行通信。
其工作原理是通过识别数据包中的目标MAC地址,将其转发到相应的接口,从而实现不同局域网之间的通信。
具体来说,三层交换机的工作可以分为以下几个步骤:
1. 数据包的接收:当一个数据包到达交换机时,交换机会对其进行解析,查看数据包中包含的目标MAC地址。
2. MAC地址表的查找:交换机会查询其内部的MAC地址表,查看是否已经有该目标MAC地址的条目存在。
如果已经存在,则交换机会将数据包转发到相应的端口上。
3. 广播流量的处理:如果MAC地址表中不存在该目标MAC地址的条目,则交换机会将该数据包广播到所有的端口上,以便寻找目标MAC地址的设备。
4. MAC地址表的更新:当交换机接收到一个来自其他设备的数据包时,它会将该设备的MAC地址和所在的端口信息添加到MAC地址表中,以便之后能够更快速地转发数据包。
总之,三层交换机通过不断更新内部的MAC地址表,以及根据数据包中的目标MAC地址进行转发,实现了不同局域网之间的通信。
在实际应用中,三层交换机的性能和功能会受到多种因素的影响,例如交换机的处理能力、端口数、支持的协议等。
三层交换机的配置工作原理
三层交换机的配置工作原理
三层交换机是一种具有部分路由器功能的交换机,能够在OSI网络模型的第三层上进行操作。
其配置工作原理主要包括以下几个方面:
1. VLAN配置:通过创建VLAN并为其分配IP地址,可以实现不同VLAN
之间的通信。
配置步骤包括进入系统视图、创建VLAN、将端口分配给VLAN等。
2. IP地址配置:为VLAN配置IP地址,以便在三层交换机上启用路由功能。
配置步骤包括进入VLAN接口视图、配置IP地址等。
3. 路由配置:通过静态路由或动态路由协议(如OSPF、EIGRP等)配置路由信息,以实现三层交换机与其他网络设备的通信。
配置步骤包括进入系统视图、创建静态路由或配置动态路由协议等。
4. 交换机安全配置:通过配置访问控制列表(ACL)、端口安全等安全策略,可以保护三层交换机免受攻击和非法访问。
配置步骤包括进入系统视图、创建ACL或配置端口安全等。
5. 流量控制和优化:通过配置流量控制和优化策略,可以提高三层交换机的性能和可靠性。
配置步骤包括进入系统视图、配置流量控制和优化策略等。
总的来说,三层交换机的配置工作原理是通过一系列的配置步骤来实现其路由、交换和安全功能的。
这些配置步骤可以根据实际需求进行选择和调整,以满足不同的网络需求。
图解三层交换机的全程工作原理
图解三层交换机的全程工作原理2010-03-19 14:57 佚名博客园我要评论(0)字号:T | T三层交换机和还有一种路由器,它设计的目的就不是用于不同类型网络的连接,所以所支持的网络协议比较单一,背板带宽也较小AD:2013大数据全球技术峰会低价抢票中如单纯的使用路由器,由于接口数量有限和路由转发速度慢,一般来说,在内网数据流量大,要求快速转发响应的网络中,如全部由三层交换机来做这个工作。
大家都知道,路由器可以连接企业局域网和广域网(如因特网),但却忽略了一路由器的另一个应用,那就是它的局域网连接功能。
路由器的广域网连接可参见拓扑图图和三层交换机的路由连接图。
路由器的作用因不同的路由器类型而定,我们常说的路由器通常是指边界路由器,就是位于不同类型网络的边界,如拓扑图图和三层交换机的路由连接图所示。
还有一种路由器,它设计的目的就不是用于不同类型网络的连接,而是用于同为局域网的不同局域网或不同子网之间的连接,这就是“中间节点路由器”。
它的网络结构如下图所示。
它与三层交换机的路由连接图相比,只是用中间节点路由器接替了原来的三层交换机。
<“边界路由器”处于网络边界的边缘或末端,用于不同网络路由器的连接,这也是目前大多数路由器的类型。
如前面介绍的互联网接入路由器和后面要介绍的VPN路由器都属于边界路由器。
这类路由器所支持的网络协议和路由协议比较广,背板带宽非常高,具有较高的吞吐能力,以满足各类不同类型网络(包括局域网和广域网)的互联。
而“中间节点路由器”则处于局域网的内部,通常用于连接不同局域网,起到一个数据转发的桥梁作用。
中间节点路由器更注重MAC地址的记忆能,要求较大的缓存。
因为所连接的网络基本上是局域网,所以所支持的网络协议比较单一,背板带宽也较小,这些都是为了获得最高的性价比,适应一般企业的随能力。
它与三层交换机的路由功能相比,在路由功能上肯定比三层交换机的强,但在局域网这种数据交换频繁的网络中,采用中间节点路由器来进行局域网的连接,网络性能可能会受到一定影响。
三层交换机工作过程的简单概括
三层交换机工作过程的简单概括可以看出三层交换的特点:由硬件结合实现数据的高速转发,前提是客户的腰包很鼓,不然就退而求其次,让三层交换机也兼为网际互连。
由于各个厂家采用ASIC不同,直接影响产品性能。
以上三点也是评判二三层交换机性能优劣的主要技术参数,这一点请大家在考虑设备选型时注意比较。
路由技术路由器工作在OSI模型的第三层---网络层操作,其工作模式与二层交换相似。
但路由器工作在第三层,这个区别决定了路由和交换在传递包时使用不同的控制信息,实现功能的方式就不同。
工作原理是在路由器的内部也有一个表,这个表所标示的是如果要去某一个地方,下一步应该向那里走,如果能从路由表中找到数据包下一步往那里走,把链路层信息加上转发出去;如果不能知道下一步走向那里,则将此包丢弃,然后返回一个信息交给源地址。
路由技术实质上来说不过两种功能:决定最优路由和转发数据包。
路由表中写入各种信息,由路由算法计算出到达目的地址的最佳路径,然后由相对简单直接的转发机制发送数据包。
接受数据的下一台路由器依照相同的工作方式继续转发,依次类推,直到数据包到达目的路由器。
而路由表的维护,也有两种不同的方式。
一种是路由信息的更新,将部分或者全部的路由信息公布出去,路由器通过互相学习路由信息,就掌握了全网的拓扑结构,这一类的路由协议称为距离矢量路由协议;另一种是路由器将自己的链路状态信息进行广播,通过互相学习掌握全网的路由信息,进而计算出最佳的转发路径,这类路由协议称为链路状态路由协议。
由于路由器需要做大量的路径计算工作,一般处理器的工作能力直接决定其性能的优劣。
当然这一判断还是对中低端路由器而言,因为高端路由器往往采用分布式处理系统体系设计。
三层交换技术近年来的对三层技术的宣传,耳朵都能起茧子,到处都在喊三层技术,有人说这是个非常新的技术,也有人说,三层交换嘛,不就是路由器和二层交换机的堆叠,也没有什么新的玩意,事实果真如此吗?下面先来通过一个简单的网络来看看三层交换机的工作过程。
三层交换机功能介绍及工作原理
三层交换机功能介绍及工作原理三层交换机就是具有部分路由器功能的交换机,三层交换机的最重要目的是加快大型局域网内部的数据交换,所具有的路由功能也是为这目的服务的,能够做到一次路由,多次转发。
对于数据包转发等规律性的过程由硬件高速实现,而象路由信息更新、路由表维护、路由计算、路由确定等功能,由软件实现。
应用背景出于安全和管理方便的考虑,主要是为了减小广播风暴的危害,必须把大型局域网按功能或地域等因素划成一个个小的局域网,这就使VLAN技术在网络中得以大量应用,而各个不同VLAN间的通信都要经过路由器来完成转发,随着网间互访的不断增加。
单纯使用路由器来实现网间访问,不但由于端口数量有限,而且路由速度较慢,从而限制了网络的规模和访问速度。
基于这种情况三层交换机便应运而生,三层交换机是为IP设计的,接口类型简单,拥有很强二层包处理能力,非常适用于大型局域网内的数据路由与交换,它既可以工作在协议第三层替代或部分完成传统路由器的功能,同时又具有几乎第二层交换的速度,且价格相对便宜些。
在企业网和教学网中,一般会将三层交换机用在网络的核心层,用三层交换机上的千兆端口或百兆端口连接不同的子网或VLAN。
不过应清醒认识到三层交换机出现最重要的目的是加快大型局域网内部的数据交换,所具备的路由功能也多是围绕这一目的而展开的,所以它的路由功能没有同一档次的专业路由器强。
毕竟在安全、协议支持等方面还有许多欠缺,并不能完全取代路由器工作。
在实际应用过程中,典型的做法是:处于同一个局域网中的各个子网的互联以及局域网中VLAN间的路由,用三层交换机来代替路由器,而只有局域网与公网互联之间要实现跨地域的网络访问时,才通过专业路由器。
三层交换机工作原理三层交换技术就是二层交换技术+三层转发技术。
传统的交换技术是在OSI网络标准模型中的第二层——数据链路层进行操作的,而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。
应用第三层交换技术即可实现网络路由的功能,又可以根据不同的网络状况做到最优的网络性能。
三层交换机工作原理及特点
三层交换机三层交换机就是具有部分路由器功能的交换机,三层交换机的最重要目的是加快大型局域网内部的数据交换,所具有的路由功能也是为这目的服务的,能够做到一次路由,多次转发。
对于数据包转发等规律性的过程由硬件高速实现,而象路由信息更新、路由表维护、路由计算、路由确定等功能,由软件实现。
应用背景出于安全和管理方便的考虑,主要是为了减小广播风暴的危害,必须把大型局域网按功能或地域等因素划成一个个小的局域网,这就使VLAN技术在网络中得以大量应用,而各个不同VLAN间的通信都要经过路由器来完成转发,随着网间互访的不断增加。
单纯使用路由器来实现网间访问,不但由于端口数量有限,而且路由速度较慢,从而限制了网络的规模和访问速度。
基于这种情况三层交换机便应运而生,三层交换机是为IP设计的,接口类型简单,拥有很强二层包处理能力,非常适用于大型局域网内的数据路由与交换,它既可以工作在协议第三层替代或部分完成传统路由器的功能,同时又具有几乎第二层交换的速度,且价格相对便宜些。
在企业网和教学网中,一般会将三层交换机用在网络的核心层,用三层交换机上的千兆端口或百兆端口连接不同的子网或VLAN。
不过应清醒认识到三层交换机出现最重要的目的是加快大型局域网内部的数据交换,所具备的路由功能也多是围绕这一目的而展开的,所以它的路由功能没有同一档次的专业路由器强。
毕竟在安全、协议支持等方面还有许多欠缺,并不能完全取代路由器工作。
在实际应用过程中,典型的做法是:处于同一个局域网中的各个子网的互联以及局域网中VLAN间的路由,用三层交换机来代替路由器,而只有局域网与公网互联之间要实现跨地域的网络访问时,才通过专业路由器。
三层交换机工作原理三层交换技术就是二层交换技术+三层转发技术。
传统的交换技术是在OSI网络标准模型中的第二层——数据链路层进行操作的,而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。
应用第三层交换技术即可实现网络路由的功能,又可以根据不同的网络状况做到最优的网络性能。
三层交换机工作原理(转载)
三层交换机⼯作原理(转载)路由器的三层转发主要依靠CPU进⾏,⽽三层交换机的三层转发依靠ASIC芯⽚完成,这就决定了两者在转发性能上的巨⼤差别。
当然,三层交换机并不能完全替代路由器,路由器所具备的丰富的接⼝类型、良好的流量服务等级控制、强⼤的路有能⼒等仍然是三层交换机的薄弱环节。
⽬前的三层交换机⼀般是通过VLAN来划分⼆层⽹络并实现⼆层交换的,同时能够实现不同VLAN间的三层IP互访。
在讨论三层交换机的转发原理之前有必要交代⼀下不同⽹络的主机之间互访时的⾏为:(1)源主机在发起通信之前,将主机的IP与⽬的主机的IP进⾏⽐较,如果两者位于同⼀个⽹段(⽤⽹络掩码计算后具有相同的⽹络号),那么源主机直接向⽬的主机发送ARP请求,在收到⽬的主机的ARP应答后获得对⽅的物理层(MAC)地址,然后⽤对⽅MAC作为报⽂的⽬的MAC进⾏报⽂发送。
位于同⼀VLAN(⽹段)中的主机互访时属于这种情况,这时⽤于互连的交换机作⼆层交换转发;(2)档源主机判断⽬的主机与主机位于不同的⽹段时,它会通过⽹关(Gateway)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进⾏报⽂发送。
注意,发送报⽂的源IP是源主机的IP,⽬的IP仍然是⽬的主机的IP。
位于不同VLAN(⽹段)中的主机互访时属于这种情况,这时⽤于互连的交换机作三层交换转发。
为了后续讨论的便于理解,这⾥简单介绍⼀下三层交换机内部结构,如图1所⽰:图1 三层交换机硬件结构三层交换机内部的两⼤部分是ASID和CPU,它们的作⽤分别如下:1.ASIC: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;2.CPU: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。
详析三层交换原理
详析三层交换原理详析三层交换原理三层交换原理一直是许多读者朋友最难理解的,在日常的读者交流中也经常见到有读者提出这方面的问题,特别是三层交换与路由原理方面的区别与联系。
下面就跟店铺一起了解一下三层交换机的原理吧!三层交换原理二层交换机的二层数据交换一般都是使用ASIC(Application Specific Integrated Circuit ,专用集成电路)的硬件芯片中的CAM表来实现的,因为是硬件转发,所以转发性能非常高。
而三层交换机的三层转发也是依靠ASIC芯片完成的(路由器的路由功能主要依靠CPU 软件进行的),但其中除了二层交换用的CAM表外,还保存有专门用于三层转发的三层硬件转发表。
三层交换机的三层交换原理比较复杂,不同网络环境下、不同厂家的三层交换机的三层交换流程都不完全相同。
如图7-55所示的仅一个直接连接在一台三层交换机上的两个不同网段主机三层交换的基本流程,各主要步骤解释如下:(1)源主机在发起通信之前,将自己的`IP地址与目的主机的IP地址进行比较,如果源主机判断目的主机与自己位于不同网段时,它需要通过网关来递交报文的,所以它首先需要通过一个ARP请求报文获取网关的MAC地址(在源主机不知道网关MAC地址的情形下),即源主机先发送ARP请求帧以获取网关IP地址对应的MAC地址。
(2)网关在收到源主机发来的ARP请求报文后以一个ARP应答报文进行回应,在应答报文中的“源MAC地址”就包含了网关的MAC 地址。
(3)在得到网关的ARP应答后,源主机再用网关MAC地址作为报文的“目的MAC地址”,以源主机的IP地址作为报文的“源IP地址”,以目的主机的IP地址作为“目的IP地址”,先把发送给目的主机的数据发给网关。
三层交换基本流程(4)网关在收到源主机发送给目的主机的数据后,由于查看得知源主机和目的主机的IP地址不在同一网段,于是把数据报上传到三层交换引擎(ASIC芯片),在里面查看有无目的主机的三层转发表。
三层交换机的工作原理
三层交换机的工作原理
三层交换机是一种功能强大的网络设备,能够实现数据包的高效传输和路由功能。
其工作原理包括以下几个方面:
1. 学习和建立MAC表:三层交换机可以通过监测网络上的数
据流量来学习和建立MAC表。
当它接收到一个数据包时,会
查看数据包中的源MAC地址,并将源MAC地址与对应的接
口关联起来,存储在MAC表中。
这样,当交换机再次收到目
标MAC地址与已有记录中的某个源MAC地址相匹配的数据
包时,就可以直接将数据包发送到相应的接口,而不需要广播整个网络。
2. VLAN划分:三层交换机可以将网络划分为多个虚拟局域网(VLAN)。
通过将端口与相应的VLAN进行绑定,三层交
换机可以实现不同VLAN之间的隔离,并提供不同VLAN之
间的数据通信。
3. 路由功能:与二层交换机不同,三层交换机不仅能够根据MAC地址来转发数据包,还能根据IP地址来进行数据包转发。
当交换机接收到一个数据包时,它会查看数据包中的目标IP
地址,并查询路由表来确定该数据包应该被转发到哪个接口。
交换机会通过自身的路由算法来选择最佳路径进行转发。
4. 交换引擎:三层交换机的交换引擎负责处理数据包的转发和交换。
交换引擎会根据学习到的MAC表和路由表来确定数据
包的转发路径,并通过高速缓存和快速转发技术来实现数据包的高效传输。
总之,三层交换机通过学习MAC地址、建立MAC表、划分VLAN以及实现路由功能等机制,能够高效地处理数据包的转发和路由,提高网络的性能和可靠性。
三层交换机的工作原理
三层交换机的工作原理三层交换机就是具有部分路由器功能的交换机,三层交换机的最重要目的是加快大型局域网内部的数据交换,所具有的路由功能也是为这目的服务的,能够做到一次路由,多次转发。
对于数据包转发等规律性的过程由硬件高速实现,而象路由信息更新、路由表维护、路由计算、路由确定等功能,由软件实现。
应用背景出于安全和管理方便的考虑,主要是为了减小广播风暴的危害,必须把大型局域网按功能或地域等因素划成一个个小的局域网,这就使VLAN技术在网络中得以大量应用,而各个不同VLAN间的通信都要经过路由器来完成转发,随着网间互访的不断增加。
单纯使用路由器来实现网间访问,不但由于端口数量有限,而且路由速度较慢,从而限制了网络的规模和访问速度。
基于这种情况三层交换机便应运而生,三层交换机是为IP设计的,接口类型简单,拥有很强二层包处理能力,非常适用于大型局域网内的数据路由与交换,它既可以工作在协议第三层替代或部分完成传统路由器的功能,同时又具有几乎第二层交换的速度,且价格相对便宜些。
在企业网和教学网中,一般会将三层交换机用在网络的核心层,用三层交换机上的千兆端口或百兆端口连接不同的子网或VLAN。
不过应清醒认识到三层交换机出现最重要的目的是加快大型局域网内部的数据交换,所具备的路由功能也多是围绕这一目的而展开的,所以它的路由功能没有同一档次的专业路由器强。
毕竟在安全、协议支持等方面还有许多欠缺,并不能完全取代路由器工作。
在实际应用过程中,典型的做法是:处于同一个局域网中的各个子网的互联以及局域网中VLAN间的路由,用三层交换机来代替路由器,而只有局域网与公网互联之间要实现跨地域的网络访问时,才通过专业路由器。
三层交换机工作原理三层交换技术就是二层交换技术+三层转发技术。
传统的交换技术是在OSI网络标准模型中的第二层——数据链路层进行操作的,而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。
应用第三层交换技术即可实现网络路由的功能,又可以根据不同的网络状况做到最优的网络性能。
说明三层交换机的工作原理
说明三层交换机的工作原理三层交换机是一种网络设备,用于在计算机网络中转发数据包。
它工作在OSI模型的第三层网络层,即网络层。
以下是三层交换机的工作原理:1. 端口学习:当一个数据包抵达三层交换机的某个端口时,三层交换机会记录源MAC地址和对应的端口号。
它通过检查数据包的源MAC地址来判断它是从哪个端口学习到的,然后将源MAC地址和端口号的映射关系存储到交换表中。
2. ARP高速缓存:当三层交换机收到一个数据包时,它会检查数据包中的目标IP地址。
如果该IP地址能够在ARP高速缓存中找到对应的MAC地址,交换机会直接将数据包转发到对应的端口。
如果没有找到对应的MAC地址,则进入到下一步。
3. 路由决策:如果目标IP地址不在ARP高速缓存中,三层交换机需要进行路由决策。
它会查找路由表,根据目标IP地址和子网掩码来确定数据包应该转发到哪个端口。
4. ARP请求:如果三层交换机无法找到目标IP地址的对应MAC地址,并且没有路由信息,它会发送一个ARP请求到网络上,以获取目标IP地址的MAC地址。
一旦收到ARP响应,三层交换机会将目标IP地址和对应的MAC地址添加到ARP高速缓存中,并将数据包转发到对应的端口。
5. 数据转发:一旦三层交换机学习到了源MAC地址和对应的端口号,并且确定了目标IP地址的MAC地址,它会将数据包从进入端口转发到相应的出口端口。
综上所述,三层交换机通过学习和记录MAC地址和端口映射关系,进行路由决策,发送ARP请求和数据转发来实现对数据包的转发。
它能够在局域网内高效地转发数据,并使网络通信更加快速和可靠。
三层交换机和路由器工作原理
三层交换机和路由器工作原理交换机的主要功能包括物理编址、网络拓扑结构、错误校验、帧序列以及流控。
交换机还具备了一些新的功能,如对VLAN(虚拟局域网)的支持、对链路汇聚的支持,甚至有的还具有防火墙的功能。
可能很多用户对三层交换机不太熟悉,本文主要介绍了三层交换机和路由器的一些相关知识,有兴趣的朋友可以一起来看看方法步骤三层交换机既可操作在网络协议的第三层,起到路由决定的作用,又具有几乎达到第二层交换的速度,且价格相对较低。
一时间,三层交换机将取代路由器成为网络界最流行的话题。
但事实果真如此吗?传统的路由器在网络中有路由转发、防火墙、隔离广播等作用,而在一个划分了VLAN以后的网络中,逻辑上划分的不同网段之间通信仍然要通过路由器转发。
由于在局域网上,不同VLAN之间的通信数据量很大,这样,如果路由器要对每一个数据包都路由一次,随着网络上数据量的不断增大,它将成为瓶颈。
而第三层交换技术就是将路由技术与交换技术合二为一的技术。
在对第一个数据流进行路由后,它将会产生一个MAC地址与IP 地址的映射表,当同样的数据流再次通过时,将根据此表直接从二层通过而不是再次路由,从而消除了路由器进行路由选择而造成网络的延迟,提高了数据包转发的效率。
路由器的转发采用最长匹配的方式,实现复杂,通常使用软件来实现。
而三层交换机的路由查找是针对流的,它利用CACHE技术,很容易采用ASIC实现,因此,可以大大节约成本,并实现快速转发。
但从技术上讲,路由器和三层交换机在数据包交换操作上存在着明显区别。
路由器一般由基于微处理器的引接执行数据包交换,而三层交换机通过硬件执行数据包交换。
因此与三层交换机相比,路由器功能更为强大,像NAT、VPN等功能仍无法被完全替代。
处于同一个局域网中的各子网的互联,可以用三层交换机来代替路由器,但局域网必须与公网互联以实现跨地域的网络,这时路由器就不可缺少。
一个完全构建在交换机上的网络会出现诸如碰撞、堵塞以及通信混乱等问题。
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深入剖析三层交换机的工作过程原创SELF_IMPR小灰最后发布于2013-07-23 10:54:45 阅读数3971 收藏展开路由器的三层转发主要依靠CPU进行,而三层交换机的三层转发依靠ASIC芯片完成,这就决定了两者在转发性能上的巨大差别。
当然,三层交换机并不能完全替代路由器,路由器所具备的丰富的接口类型、良好的流量服务等级控制、强大的路有能力等仍然是三层交换机的薄弱环节。
目前的三层交换机一般是通过VLAN来划分二层网络并实现二层交换的,同时能够实现不同VLAN间的三层IP互访。
在讨论三层交换机的转发原理之前有必要交代一下不同网络的主机之间互访时的行为:(1)源主机在发起通信之前,将主机的IP与目的主机的IP进行比较,如果两者位于同一个网段(用网络掩码计算后具有相同的网络号),那么源主机直接向目的主机发送ARP请求,在收到目的主机的ARP应答后获得对方的物理层(MAC)地址,然后用对方MAC作为报文的目的MAC进行报文发送。
位于同一VLAN(网段)中的主机互访时属于这种情况,这时用于互连的交换机作二层交换转发;(2)档源主机判断目的主机与主机位于不同的网段时,它会通过网关(Gateway)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进行报文发送。
注意,发送报文的源IP是源主机的IP,目的IP仍然是目的主机的IP。
位于不同VLAN(网段)中的主机互访时属于这种情况,这时用于互连的交换机作三层交换转发。
为了后续讨论的三层交换原理便于理解,这里简单介绍一下三层交换机内部结构,如图1所示:图1 三层交换机硬件结构三层交换机内部的两大部分是ASID和CPU,它们的作用分别如下:1.ASIC: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;2.CPU: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。
从三层交换机的结构和各部分作用可以看出,真正决定高速交换转发的是ASIC 中的二三层硬件表项,而ASIC的硬件表项来源于CPU维护的软件表项。
下面分别以两种组网情况下主机间的通信来解释三层交换机的转发原理。
组网1如图2所示,通信的源、目的主机连接在同一台三层交换机上,但它们位于不同VLAN(网段)。
对于三层交换机来说,这两台主机都位于它的直连网段内,它们的IP对应的路由都是直连路由。
图2 三层转发组网图2中标明了两台主机的MAC、IP地址、网关,以及三层交换机的MAC、不同VLAN配置的三层接口IP。
当PC A 向PC B 发起ICMP请求时,流程如下:(假设三层交换机上还未建立任何硬件转发表项)1.PC A 首先检查出目的IP地址2.1.1.2(PC B)与自己不在同一个网段,因此它发出请求网关地址1.1.1.1对应MAC的ARP请求;2.L3_SW收到PC A 的ARP请求后,检查请求报文,发现被请求IP是自己的三层接口IP,因此发送ARP应答并将自己的三层接口MAC(MAC S)包含在其中。
同时它还会把PC A 的IP 地址与MAC地址对应起来(1.1.1.2<==>MAC A)关系记录到自己的ARP表项中去(因为ARP请求报文中包含了发送者的IP和MAC);3.PC A得到网关(L3_SW)的ARP应答后,组装ICMP请求报文并发送,报文的目的MAC = MAC S 、源MAC = MAC A 、源IP=1.1.1.2、目的IP = 2.1.1.2;4.L3_SW收到报文后,首先根据报文的源MAC+VID(即VLAN ID)更新MAC地址表。
然后,根据报文的目的MAC+VID查找MAC地址表,发现匹配了自己三层接口MAC的表项。
这里说明一下,三层交换机为VLAN配置三层接口IP后,会在交换芯片的MAC地址表中添加三层接口MAC+VID的表项,并且为表项的三层转发标志置位。
当报文的目的MAC匹配这样的表项以后,说明需要作三层转发,于是继续查找交换芯片的三层表项;5.芯片根据报文的目的IP去查找其三层表项,由于之前未建立任何表项,因此查找失败,于是将报文送到CPU去进行软件处理;6.CPU根据报文的目的IP去查找其软件路由表,发现匹配了一个直连网段(PC B对应的网段),于是继续查找其软件ARP表,仍然查找失败。
然后L3_SW会在目的网段对应的VLAN3的所有端口发送请求地址2.1.1.2对应MAC的ARP请求;7.PC B收到L3_SW发送的ARP请求后,检查发现被请求IP是自己的IP,因此发送ARP应答并将自己的MAC(MAC B)包含在其中。
同时,将L3_SW 的IP与MAC的对应关系(2.1.1.1<==>MACS)记录到自己的ARP表中去;8.L3_SW收到PC B的ARP应答后,将其IP和MAC对应关系(2.1.1.2<==>MAC B)记录到自己的ARP表中去,并将PCA的ICMP请求报文发送给PC B,报文的目的MAC修改为PC B 的MAC(MACB),源MAC修改为自己的MAC(MACS)。
同时,在交换芯片的三层表项中根据刚才得到的三层转发信息添加表项(内容包括IP、MAC、出口VLAN、出端口等),这样后续的PC A发送PC B的报文就可以通过该硬件三层表项直接转发了;9.PC B收到L3_SW转发过来的ICMP请求报文以后,回应ICMP应答给PC A。
ICMP应答报文的转发过程与前面类似,只是由于L3_SW在之前已经得到PCA的IP和MAC对应关系了,也同时在交换芯片中添加了相关的三层表项,因此这个报文直接由交换芯片硬件转发给PCA;这样,后续的往返报文都经过查MAC表=>查三层转发表的过程由交换芯片直接进行硬件转发了。
从上述流程可以看书,三层交换正是充分利用了“一次路由(首包CPU转发并建立三层转发硬件表项)、多次交换(后续包芯片硬件转发)”的原理实现了转发性能与三层交换的完美统一。
下面介绍另一种组网情况的三层转发流程,如图3所示。
如图3三层转发组网2图3中标明了两台主机的MAC、IP地址、网关,以及两台三层交换机的MAc、不同VLAN配置的三层接口IP。
假设L3_SW1上配置了静态路由:iproute2.1.1.0255.255.255.03.1.1.2;L3_SW2上配置了静态路由:iproute1.1.1.0255.255.255.03.1.1.1。
当然,路由信息也可以通过动态路由协议的交互来获得,有关路由的知识请查阅相关文档。
这种组网情况下的转发过程与图2的组网1情况是类似的,下面的流程讲解中降省略部分前面已经分析过的细节问题。
当PCA向PCB发起ICMP请求时,流程如下:(假设三层交换机上还未建立任何硬件转发表项)1.PC A首先检查出目的IP地址2.1.1.2(PCB)与自己不在同一个网段,因此它通过ARP解析得到网关地址1.1.1.1对应的MAC(MACS1)。
然后,PCA组装ICMP请求报文并发送,报文的目的MAC=MAC S1、源MAC=MACA、源IP=1.1.1.2、目的IP=2.1.1.2;2.L3_SW1收到报文后,首先根据报文的源MAC+VID更新MAC地址表。
然后,根据报文的目的MAC+VID查找MAC地址表,发现匹配了自己三层接口MAC的表项,于是继续查找芯片的三层转发表;3.由于之前未建立任何表项,因此三层转发表查找失败,于是将报文送到CPU 去进行软件处理;4.CPU根据报文的目的IP去查找其路由软件表,发现匹配路由2.1.1.0/24,其下一跳IP地址为3.1.1.2,于是继续查找3.1.1.2是否有对应的ARP,仍然查找失败。
然后L3_SW1在下一跳地址3.1.1.2对应的VLAN4内发起ARP请求,并得到L3_SW2的回应,从而得到I和MAC对应关系(3.1.1.2<==>MACS2);5.L3_SW1将PcA发出的ICMP请求报文转发给L3_Sw2,报文的目的MAC修改为L3_SW2的MAC(MACS2),源MAc修改为自己的MAC(MACS1)。
同时,将刚刚用到的转发信息添加到交换芯片的三成转发表中去,包括匹配的网段2.1.1.0/24、下一跳地址的MAC(MACS2)、出口VLAN、出端口。
这样,后续发往2.1.1.2的报文就可以直接通过交换芯片硬件转发了;6.L3_SW2收到报文后,与组网1中的处理类似,经过查MAC表=>查三层转发表=>送CPU=>匹配直连路由=>ARP解析=>转发报文同时添加硬件表项的过程,将报文转发给PCB,此时报文的目的MAC修改为PCB的MAC(MACB),源MAC修改为L3_SW2的MAC(MACS2)。
这样后续发往2.1.1.2的报文就直接由交换芯片硬件转发了;7.PCB收到来自PCA的ICMP请求报文后进行ICMP应答。
由于在ICMP请求报文转发的过程中,每个网段的两端节点都已经通过ARP解析得到了对方的IP和MAC对应关系,因此应答报文的转发完全由交换芯片完成(查MAC表=>查三层转发表=>发送);这样,后续的往返报文都经过查MAC表=>查三层转发表的过程由交换芯片直接进行硬件转发了。
从上述两种组网情况下的转发流程可以看出,三层交换机的转发具有以下特点:1.首包通过CPU转发,同时建立交换芯片硬件表项;后续包由交换芯片直接硬件转发,即常说的“一次路由、多次交换”;2.交换芯片的硬件转发并不关心路由的具体下一跳IP地址是多少,硬件三层表项中只包含了目的地址(或网段)、目的IP(或下一跳IP)对应的MAC、出口VLAN、出端口;(这里说明一下,并不是所有的三层交换机的硬件三层表项都会包含“出端口”的。
)3.IP报文每经过一次三层转发,它的源、目的MAC都会变化,但是源IP、目的IP是始终不变。
在三层交换转发中,交换芯片(ASIC)起到了至关重要的作用,因此三层交换机的性能和转发特点主要取决于交换芯片的实现机制。
在三层交换原理一节中讲解的三层交换原理只是一个大致的转发流程,对于使用了不同交换芯片的三层交换机,其硬件转发过程中的一些细节内容是有所区别的。
本节主要就硬件三层表项的结构和查表方式介绍几种不同的实现。
从前面的描述可以看出,三层转发是必然需要路由信息的,而转发过程中的路由选择决定了报文的最终出口如何,三层交换机只是将这种路由功能整合到交换芯片中去了。
路由选择存在精确匹配和最长匹配两种方式,精确匹配即目的IP地址与路由的地址信息必须完全吻合,而最长匹配则是选择所有包含了目的地址的路由中掩码最长的一条。