3-数据交换原理

数据交换原理

目标
„ 您将会了解到：
z z z z IP与MPLS关系 二层交换原理及二层主要概念（VLAN/VLL/VPLS/L2VPN等) 三层交换原理 四层交换原理
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MPLS起源
•IP的危机 „ 在90年代中期，当时路由器技术的发展远远滞后于网络的发展速度与规模， 主要表现在转发效率低下、无法提供QOS保证。原因是：当时路由查找算 法使用最长匹配原则，必须使用软件查找；而IP的本质就是“只关心过程， 不注重结果”的“尽力而为”。 •ATM的野心 „ 为了适应网络的发展，ATM（AsynchronousTransferMode）技术应运 为了适应网络的发展 ATM（A h T f M d ）技术应运 而生。ATM采用定长标签（即信元），并且只需要维护比路由表规模小得 多的标签表，能够提供比IP路由方式高得多的转发性能。然而，ATM协议 相对复杂 且ATM 网络部署成本高 这使ATM 技术很难普及 在与IP的 相对复杂，且ATM网络部署成本高，这使ATM技术很难普及。在与IP的 大决战中最终落败，ATM只能寄人篱下，沦落到作为IP链路层的地步。 ATM技术虽然没有成功，但其中的几点却属创新： ATM技术虽然没有成功 但其中的几点却属创新 „ 屏弃了繁琐的路由查找，改为简单快速的标签交换 将具有全局意义的路由表改为只有本地意义的标签表 义 路 表改为只有本 义 标 表 „ 将具有 „ 这些都可以大大提高一台路由器的转发功力。 Page 3

IP与MPLS的关系
MPLS： Multi-ProtocolLabelSwitching，利用数据链路层和IP层之间 的标签信息进行报文交换 转发 类似于ATM的VP/VC交换 支持多种 的标签信息进行报文交换、转发，类似于ATM的VP/VC交换。支持多种 三层协议，如IP、IPv6、IPX、SNA等
IP
面向无连接的 控制平面 面向无连接的 转发平面
MPLS
面向无连接的 控制平面 面向连接的转 发平面
IP是可路由协议，支撑路由协议： RIP、OSPF、BGP等，提供控制平面
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MPLS包头结构
„ „ „ „ 通常，MPLS包头有32Bit，其中有： 20Bit用作标签（Label） 3个Bit的EXP 协议中没有明确 通常用作COS 3个Bit的EXP,协议中没有明确，通常用作COS 1个Bit的S,用于标识是否是栈底，表明MPLS的标签可以嵌套。 8个Bit的TTL
0
20
23 24
32
标签
CoS S
TTL
32比特
2层头部
2层 头 部
MPLS头部
M PLS头
IP头部
M PLS头 IP 头 部
数据
数据
„ 理论上，标记栈可以无限嵌套，从而提供无限的业务支持能 力 这是MPLS技术最大的魅力所在 力。这是MPLS技术最大的魅力所在。
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冲突域与广播域
冲突域就是连接在同一导线上的所有工作站的集合，一个站点向另一个站点 发出信号。除目的站点外，有很多站点能收到这个信号。这些站点就构成一个冲 突域。冲突域消耗带宽浪费资源，比如A，B，C三台主机处于同一个冲突域，若A 和B在同 时刻发送数据 则同时延迟 段时间后再各自发送 这明显浪费了时间 和B在同一时刻发送数据，则同时延迟一段时间后再各自发送。这明显浪费了时间 和带宽。 比如某台特定设备在网段上发送 个数据包 迫使同 个网段上的其他设备 比如某台特定设备在网段上发送一个数据包，迫使同一个网段上的其他设备 都必须注意到这一点，在同一时刻，如果两台不同的设备试图发送数据包，就会 发生冲突 此后 两台设备都必须重新发送数据包 同一时刻只能有一台设备发 发生冲突，此后，两台设备都必须重新发送数据包，同一时刻只能有一台设备发 送。 广播域内所有的设备都必须监听所有的广播包 如果广播域太大了 用户的 广播域内所有的设备都必须监听所有的广播包，如果广播域太大了，用户的 带宽就小了，并且需要处理更多的广播，网络响应时间将会长到让人无法容忍的 地步。 Page 6

冲突域与广播域
HUB（集线器）集线器不具有选路功能，只是将接收到的数据以广播的形 式发出 极其容易产生广播风暴 它的所有端 都在同 个广播域 冲突域内 式发出，极其容易产生广播风暴。它的所有端口都在同一个广播域，冲突域内。 所以HUB不能分割冲突域和广播域。HUB的冲突域就像N个叉路口都汇聚到一条 主干道上 但是这条主干道只有 个通道 很容易发生冲突 主干道上，但是这条主干道只有一个通道，很容易发生冲突； 默认情况下交换机（Switch）所有端口都在同一个广播域内，交换机可以利 用物理地址进行选路 它的每 个端口为 个冲突域 所以交换机能分割冲突域 用物理地址进行选路，它的每一个端口为一个冲突域。所以交换机能分割冲突域， 但分割不了广播域。虚拟局域网（Vlan）技术可以隔离广播域。 路由器则每个接口提供一个单独的广播域 路由器则每个接口提供 个单独的广播域，路由既可以分割冲突域，同时也 路由既可以分割冲突域 同时也 可以分割广播域。 也可以这么理解 HUB属于第一层设备所以分割不了冲突域 也可以这么理解。HUB属于第 层设备所以分割不了冲突域，交换机和网桥 交换机和网桥 属于第二层设备所以能分割冲突域，路由器属于第三层设备，所以既能分割冲突 域又能分割广播域。 Page 7

报文交换的设备类型
网络设备 中继/集线器 ( (Repeater/Hub) / ) 交换机 (S itch) (Switch) 路由器 (Router) OSI模型 层次 第一层 (物理屋) 第二层 (数据链 路) 第三层 (网络层) 冲突域 不隔离 广播域 不隔离 基本功能 备注
对信号进行同步、放大和整 集线器可看作 形 增加信号传送距离 形，增加信号传送距离 是多端口的中 继器 对信号进行同步、放大和整 可通过VLAN技 形，并根据MAC地址转发 术隔离广播域 根据IP地址负责数据报在网 络间的寻址及转发
隔离
不隔离
隔离
隔离
„冲突域：以太网上竞争同 冲突域：以太网上竞争同一带宽的节点的集合 带宽的节点的集合，这个域代表了冲突在其中发生并传播的 这个域代表了冲突在其中发生并传播的 区域，这个区域可以被认为是共享段(第一层概念) „广播域：接收同样广播消息的节点的集合，也就是广播帧（MAC广播帧）可以到达的区 域（第二层概念）
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