网络规划与设计第四章之局域网交换技术精品PPT课件
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性能要素：入缓冲区、出缓冲区容量。
1 2 输入
N
1
2
输出
3
N
4.2.2 二层交换基本原理
技术特征： ASIC处理交换 基于MAC地址转发的工作流程 交换机转发方式
存储转发：存储、检错、发送 直通式：不检错、直接转发、可靠性差 自由碎片式：过滤冲突帧
微分段技术，避免冲突 VLAN，限制广播域
MLS-SE 多层交换的交换引擎
④
Dest MAC
192.168.2.100 00-00-0c-22-22-BB
MLS-Cache
⑤
Port 1/2
fa1/2
主机B Ip：192.168.2.100 Mac： 00-00-0c-22-22-BB Gw：192.168.2.1
MLS-RP 多层路由处理器
路由器接口类型丰富，主要用于不同类型网络之间的互联，如局域网 与广域网之间的连接、不同协议的网络之间的连接等 。
三层交换机接口类型简单，一般为同类型的局域网接口，主要用于局 域网中不同网段间的互连，提供高速交换，满足局域网频繁数据交换 的要求。
➢ 实现机制不同
路由器一般由基于微处理器的软件路由引擎执行数据包交换，转发效 率低。
wenku.baidu.com源IP地址
192.168.1.1 192.168.1.1
…….. 192.168.1.2 192.168.1.2
……..
目的IP地址
192.168.2.1 192.168.2.2
……… 192.168.2.1 192.168.2.2
………
下一跳MAC地址
AA AA …….. AA AA ……..
转发出口MAC地址
输入
总 线 控 制 器
输出
2. 共享内存 —以共享存储RAM代替了总线交换结构中的总 线，数据帧通过共享存储器实现从源端口直接传送到目的 端口
性能要素：交换逻辑速率、共享缓冲区容量与存取速度。
3. 纵横交换矩阵（Crossbar switching Matrix) ---基于交叉开关 矩阵为输入接口和输出接口间建立直接连接。可集中式或 分布式控制开关的开合状态。
Ip：192.168.1.1 Mac： 00-00-0c-11-11-11
②
Ip：192.168.2.1
Mac： 00-00-0c-22-22-22
③
三层交换机
①
⑥
fa1/1
主机A Ip：192.168.1.100 Mac： 00-00-0c-11-11-AA Gw：192.168.1.1
Dest IP
内容
4.1 交换技术概述 4.2 交换机的基本工作原理 4.3 交换机集群
教案
教学内容:学习局域网交换技术的基本机制 教学目标: 1.了解交换技术的发展和类别 2.掌握二层和三层交换机制 3.了解交换机堆叠、端口镜像等技术 要点:三层交换机中的2层交换与3层交换的作用时机
4.1 交换技术概述
1.共享与交换 共享式网络：数据以广播方式在网络中传输，所有的节 点都能够收到。 交换式网络：数据依据查表所得信息从相应端口转发， 若表中无转发信息，则采用广播方式转发。
二层交换机内部功能结构
二层交换机、路由器
➢ 二层交换机是数据链路层的设备，它能够读取数 据包中的MAC地址信息并根据MAC地址来进行交 换。
➢ 路由器工作在第三层，路由器的主要功能有两个， 即决定最优路径和传输数据包。
➢ 路由器能够处理复杂的路由算法和协议，主要用 于广域网的低速数据链路。
➢ 路由+二层交换+VLAN，解决广播风暴。
2、冲突域与广播域 共享式网络中，所有节点位于同一冲突域中；交换式网 络中，每个端口连接一个冲突域。 共享式网络中，所有节点位于同一广播域中；二层交换 网络中，所有节点也位于同一广播域中。
4.2 交换机的基本工作原理
4.2.1 交换体系（结构和作用机制）
1. 共享总线—由总线控制器控制端口间转发时机。 性能要素：总线速率、入缓冲区和出缓冲区容量。
3.主要技术：
技术1:一次路由、多次交换。 （精确匹配） 技术2:最长前缀匹配硬件三层交换。LPM 技术3:最长前缀匹配硬件三层交换的优化(LPM+HDR）
技术1：一次路由、多次交换（MLS）
工作原理： ➢ 基于数据流的交换。 ➢ 数据流：在一个特定的源和目的之间具有相同3层信息的单向
数据报序列。 ➢ 例：精确匹配的转发表
②
③
三层交换机
①
⑥
⑤
fa1/1
MLS-SE 多层交换的交换引擎
④
Dest IP
Dest MAC
192.168.2.100 00-00-0c-22-22-BB
Port 1/2
➢ 如果子网间的通信不是很频繁，采用路由器也无可厚非， 也可达到子网安全隔离相互通信的目的。
4.2.3 三层交换技术
1.起因:
网络及子网间通信的增长； 路由器成为瓶颈； 需要在整个网络中部署快速3层交换设备。
2.三层交换：
二层交换技术＋三层转发技术； 基于IP地址和MAC信息构建转发表； 使用硬件芯片处理（查表、重写PDU、转发）。
单臂路由1 ---
路由器端口和交换机端口一一对应实现VLAN间路由
单臂路由2 ---
路由器在一个端口上配置子接口,每个VLAN一个接口
三层交换机与路由器
➢ 主要功能不同
路由器主要功能是在不同网络间进行路由选择，路由功能非常强大。 三层交换机主要功能是数据交换，只具有简单的路由功能。
➢ 主要适用环境不同
BB BB …….. BB BB ……..
MLS工作 原理图
Router table
ARP Cache
Destination Next-hop
IP Address
MAC
192.168.2.0/24 local
192.168.2.100 00-00-0c-22-22-BB
MLS-RP 多层路由处理器
三层交换机通过硬件执行数据包交换，能够实现快速转发。
三层交换机与路由器
➢ 综上所述，三层交换机非常适用于数据交换频繁的局域网 中；而路由器虽然路由功能非常强大，但它的数据包转发 效率远低于三层交换机，更适合于数据交换不是很频繁的 不同类型网络的互联，如局域网与互联网的互联。
➢ 如果把路由器，特别是高档路由器用于局域网中，则在相 当大程度上是一种浪费（就其强大的路由功能而言），而 且还不能很好地满足局域网通信性能需求，影响子网间的 正常通信。
1 2 输入
N
1
2
输出
3
N
4.2.2 二层交换基本原理
技术特征： ASIC处理交换 基于MAC地址转发的工作流程 交换机转发方式
存储转发：存储、检错、发送 直通式：不检错、直接转发、可靠性差 自由碎片式：过滤冲突帧
微分段技术，避免冲突 VLAN，限制广播域
MLS-SE 多层交换的交换引擎
④
Dest MAC
192.168.2.100 00-00-0c-22-22-BB
MLS-Cache
⑤
Port 1/2
fa1/2
主机B Ip：192.168.2.100 Mac： 00-00-0c-22-22-BB Gw：192.168.2.1
MLS-RP 多层路由处理器
路由器接口类型丰富，主要用于不同类型网络之间的互联，如局域网 与广域网之间的连接、不同协议的网络之间的连接等 。
三层交换机接口类型简单，一般为同类型的局域网接口，主要用于局 域网中不同网段间的互连，提供高速交换，满足局域网频繁数据交换 的要求。
➢ 实现机制不同
路由器一般由基于微处理器的软件路由引擎执行数据包交换，转发效 率低。
wenku.baidu.com源IP地址
192.168.1.1 192.168.1.1
…….. 192.168.1.2 192.168.1.2
……..
目的IP地址
192.168.2.1 192.168.2.2
……… 192.168.2.1 192.168.2.2
………
下一跳MAC地址
AA AA …….. AA AA ……..
转发出口MAC地址
输入
总 线 控 制 器
输出
2. 共享内存 —以共享存储RAM代替了总线交换结构中的总 线，数据帧通过共享存储器实现从源端口直接传送到目的 端口
性能要素：交换逻辑速率、共享缓冲区容量与存取速度。
3. 纵横交换矩阵（Crossbar switching Matrix) ---基于交叉开关 矩阵为输入接口和输出接口间建立直接连接。可集中式或 分布式控制开关的开合状态。
Ip：192.168.1.1 Mac： 00-00-0c-11-11-11
②
Ip：192.168.2.1
Mac： 00-00-0c-22-22-22
③
三层交换机
①
⑥
fa1/1
主机A Ip：192.168.1.100 Mac： 00-00-0c-11-11-AA Gw：192.168.1.1
Dest IP
内容
4.1 交换技术概述 4.2 交换机的基本工作原理 4.3 交换机集群
教案
教学内容:学习局域网交换技术的基本机制 教学目标: 1.了解交换技术的发展和类别 2.掌握二层和三层交换机制 3.了解交换机堆叠、端口镜像等技术 要点:三层交换机中的2层交换与3层交换的作用时机
4.1 交换技术概述
1.共享与交换 共享式网络：数据以广播方式在网络中传输，所有的节 点都能够收到。 交换式网络：数据依据查表所得信息从相应端口转发， 若表中无转发信息，则采用广播方式转发。
二层交换机内部功能结构
二层交换机、路由器
➢ 二层交换机是数据链路层的设备，它能够读取数 据包中的MAC地址信息并根据MAC地址来进行交 换。
➢ 路由器工作在第三层，路由器的主要功能有两个， 即决定最优路径和传输数据包。
➢ 路由器能够处理复杂的路由算法和协议，主要用 于广域网的低速数据链路。
➢ 路由+二层交换+VLAN，解决广播风暴。
2、冲突域与广播域 共享式网络中，所有节点位于同一冲突域中；交换式网 络中，每个端口连接一个冲突域。 共享式网络中，所有节点位于同一广播域中；二层交换 网络中，所有节点也位于同一广播域中。
4.2 交换机的基本工作原理
4.2.1 交换体系（结构和作用机制）
1. 共享总线—由总线控制器控制端口间转发时机。 性能要素：总线速率、入缓冲区和出缓冲区容量。
3.主要技术：
技术1:一次路由、多次交换。 （精确匹配） 技术2:最长前缀匹配硬件三层交换。LPM 技术3:最长前缀匹配硬件三层交换的优化(LPM+HDR）
技术1：一次路由、多次交换（MLS）
工作原理： ➢ 基于数据流的交换。 ➢ 数据流：在一个特定的源和目的之间具有相同3层信息的单向
数据报序列。 ➢ 例：精确匹配的转发表
②
③
三层交换机
①
⑥
⑤
fa1/1
MLS-SE 多层交换的交换引擎
④
Dest IP
Dest MAC
192.168.2.100 00-00-0c-22-22-BB
Port 1/2
➢ 如果子网间的通信不是很频繁，采用路由器也无可厚非， 也可达到子网安全隔离相互通信的目的。
4.2.3 三层交换技术
1.起因:
网络及子网间通信的增长； 路由器成为瓶颈； 需要在整个网络中部署快速3层交换设备。
2.三层交换：
二层交换技术＋三层转发技术； 基于IP地址和MAC信息构建转发表； 使用硬件芯片处理（查表、重写PDU、转发）。
单臂路由1 ---
路由器端口和交换机端口一一对应实现VLAN间路由
单臂路由2 ---
路由器在一个端口上配置子接口,每个VLAN一个接口
三层交换机与路由器
➢ 主要功能不同
路由器主要功能是在不同网络间进行路由选择，路由功能非常强大。 三层交换机主要功能是数据交换，只具有简单的路由功能。
➢ 主要适用环境不同
BB BB …….. BB BB ……..
MLS工作 原理图
Router table
ARP Cache
Destination Next-hop
IP Address
MAC
192.168.2.0/24 local
192.168.2.100 00-00-0c-22-22-BB
MLS-RP 多层路由处理器
三层交换机通过硬件执行数据包交换，能够实现快速转发。
三层交换机与路由器
➢ 综上所述，三层交换机非常适用于数据交换频繁的局域网 中；而路由器虽然路由功能非常强大，但它的数据包转发 效率远低于三层交换机，更适合于数据交换不是很频繁的 不同类型网络的互联，如局域网与互联网的互联。
➢ 如果把路由器，特别是高档路由器用于局域网中，则在相 当大程度上是一种浪费（就其强大的路由功能而言），而 且还不能很好地满足局域网通信性能需求，影响子网间的 正常通信。