二層交換機

二層交換機

二層交換機(Layer 2 switches)是指只支持OSI第二層(數據鏈路層)交換技術的交換機,二層交換技術發展比較成熟,二層交換機屬數據鏈路層設備,可以識別數據包中的MAC地址信息,根據MAC地址進行轉發,並將這些MAC地址與對應的連線埠記錄在自己內部的一個地址表中。二層交換機一般都含有專門用於處理數據包轉發的ASIC (Application specific Integrated Circuit)晶片,因此轉發速度可以做到非常快。

工作流程

過程

(1) 當交換機從某個連線埠收到一個數據包,它先讀取包頭中的源MAC地址,這樣它就知道源MAC地址的機器是連在哪個連線埠上的;

(2) 再去讀取包頭中的目的MAC地址,並在地址表中查找相應的連線埠;

(3) 如表中有與這目的MAC地址對應的連線埠,把數據包直接複製到這連線埠上;

(4) 如表中找不到相應的連線埠則把數據包廣播到所有連線埠上,當目的機器對源機器回應時,交換機又可以學習一目的MAC地址與哪個連線埠對應,在下次傳送數據時就不再需要對所有連線埠進行廣播了。

不斷的循環這個過程,對於全網的MAC地址信息都可以學習到,二層交換機就是這樣建立和維護它自己的地址表。

工作原理

從二層交換機的工作原理可以推知以下三點:

(1) 由於交換機對多數連線埠的數據進行同時交換,這就要求具有很寬的交換匯流排頻寬,如果二層交換機有N個連線埠,每個連線埠的頻寬是M,交換機匯流排頻寬超過N×M,那么這交換機就可以實現線速交換;

(2) 學習連線埠連線的機器的MAC地址,寫入地址表,地址表的大小(一般兩種表示方式:一為BUFFER RAM,一為MAC表項數值),地址表大小影響交換機的接入容量;

(3) 還有一個就是二層交換機一般都含有專門用於處理數據包轉發的ASIC (Application specific Integrated Circuit)晶片,因此轉發速度可以做到非常快。由於各個廠家採用ASIC不同,直接影響產品性能。

以上三點也是評判二三層交換機性能優劣的主要技術參數,這一點請大家在考慮設備選型時注意比較。

路由技術

路由器工作在OSI模型的第三層---網路層操作,其工作模式與二層交換相似,但路由器工作在第三層,這個區別決定了路由和交換在傳遞包時使用不同的控制信息,實現功能的方式就不同。工作原理是在路由器的內部也有一個表,這個表所標示的是如果要去某一個地方,下一步應該向哪裡走,如果能從路由表中找到數據包下一步往哪裡走,把鏈路層信息加上轉發出去;如果不能知道下一步走向哪裡,則將此包丟棄,然後返回一個信息交給源地址。

路由技術實質上來說不過兩種功能:決定最優路由和轉發數據包。路由表中寫入各種信息,由路由算法計算出到達目的地址的最佳路徑,然後由相對簡單直接的轉發機制傳送數據包。接受數據的下一台路由器依照相同的工作方式繼續轉發,依次類推,直到數據包到達目的路由器。

路由更新

距離矢量路由協定

在所有的動態路由協定中,最簡單的就是距離矢量路由協定(D-V)。它使用的是最簡單的距離矢量(Distance-Vector,簡稱D-V)路由算法。

距離矢量算法通過上述方法累加網路距離,並維護網路拓撲信息資料庫。距離矢量協定定期直接傳送各自路由表的所有信息給鄰居(RIP協定默認是30秒)。網路中的路由器從自己的鄰居路由器得到路由信息,並將這些路由信息連同自己的本地路由信息傳送給其他鄰居,這樣一級一級地傳遞下去以達到全網同步。每個路由器都不了解整個網路拓撲,它們只知道與自己直接相連的網路情況,並根據從鄰居得到的路由信息更新自己的路由表。它所有的信息都靠道聽途說,它相信所有鄰居告訴它的所有信息,只在這些鄰居中選擇最優的來採用,類似於“傳話”這個遊戲。

路由協定

是目前使用最廣的一類域內路由協定。它採用一種"拼圖"的設計策略,即每個路由器將它到其周圍鄰居的鏈路狀態向全網的其他路由器進行廣播。這樣,一個路由器收到從網路中其他路由器傳送過來的路由信息後,它對這些鏈路狀態進行拼裝,最終生成一個全網的拓撲視圖,近而可以通過最短路徑算法來計算它到別的路由器的最短路徑。

鏈路狀態路由選擇協定的目的是映射互連網路的拓撲結構。每個鏈路狀態路由器提供關

於它鄰居的拓撲結構的信息。這包括:

· 路由器所連線的網段(鏈路)。

· 那些鏈路的情況(狀態)。

這個信息在網路上泛洪,目的是所有的路由器可以接收到第1手信息。鏈路狀態路由器並不會廣播包含在它們的路由表內的所有信息。相反,鏈路狀態路由器將傳送關於已經改動的路由的信息。鏈路狀態路由器將向它們的鄰居傳送呼叫訊息,這稱為鏈路狀態數據包( L S P )或者鏈路狀態通告( L S A )。然後,鄰居將L S P複製到它們的路由選擇表中,並傳遞那個信息到網路的剩餘部分。這個過程稱為泛洪( f l o o d i n g )。它的結果是向網路傳送第1手信息,為網路建立更新路由的準確映射。

鏈路狀態路由選擇協定使用稱為代價的方法,而不是使用跳。代價是自動或人工賦值的。根據鏈路狀態協定的算法,代價可以計算數據包必須穿越的跳數目、鏈路頻寬、鏈路上的當前負載,或者甚至其他由管理員加入的權重來評價。

1) 當一個鏈路狀態路由器進入鏈路狀態互連網路時,它傳送一個呼叫數據包,以了解其鄰居。

2) 鄰居用關於它們所連線的鏈路以及相關的代價度的信息進行應答。

3) 起始的路由器用這個信息來建立它的路由選擇表。

4) 然後,作為定期更新的一部分。路由器向它的鄰居傳送鏈路狀態數據包。這個L S P包括了那個路由器的鏈路及相關代價。

5) 每個鄰居賦值數據包,並且將L S P傳遞到下一個鄰居。這個過程稱為泛洪。

6) 因為路由器並沒有在向前泛洪L S P之前重新計算路由選擇資料庫,聚合時間減少了。鏈路狀態路由選擇協定的一個主要優點就是這樣的一個事實,即路由選擇循環不可能形成,原因是鏈路狀態協定建立它們自己的路由選擇信息表的方式。第2個優點是,在鏈路狀態互連網路中聚合是非常快的,原因是一旦路由選擇拓撲出現變動,則更新在互連網路上迅速泛洪。這些優點又釋放了路由器的資源,因為對不好的路由信息所花費的處理能力和頻寬消耗都很少。維護路由器區域的鏈路狀態資料庫將在路由器上加入R A M負擔。類似的是,

D i j k s t r a算法不得不在每次路由改變的時候運行;這在所有的路由器上加重了C P U的負擔。

D i j k s t r a算法首先是最短的路徑,在這裡對路徑長度的疊代確定了最短的路徑生成樹。

由於路由器需要做大量的路徑計算工作,一般處理器的工作能力直接決定其性能的優劣。當然這一判斷還是對中低端路由器而言,因為高端路由器往往採用分散式處理系統體系設計。

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