CGP三层交换技术MPLS.ppt

三层交换技术与MPLS 陈冲 王卜乐 陈根鹏 三层交换技术背景 网络在速度和网段这两个技术方向急剧发展：10Mbit/s提高到100Mbit/s，共享介质的局域网发展到目前的交换式局域网 传统的路由器基于软件，协议复杂，与局域网速度相比，其数据传输的效率较低。但同时它又作为网段(子网，虚拟网)互连的枢纽，这就使传统的路由器技术面临严峻的挑战。 三层交换技术背景 一种新的路由技术应运而生，这就是第三层交换技术：它可操作在网络协议的第三层，是一种路由理解设备并可起到路由决定的作用；而作为交换器，它的速度极快，几乎达到第二层交换的速度。 初识三层交换 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。 第一层——物理层，信号传输，即比特流。集线器（Hub）就是典型的物理层设备。 第二层——数据链路层，帧，不能识别IP地址。二层交换机。 第三层——网络层，主要负责路由，即选择合适的路径。 初识三层交换 三层交换机的工作原理 三层交换是相对于传统的交换概念而提出的。传统的交换技术是在OSI网络参考模型中的第二层（即数据链路层）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。 三层交换机的工作原理 三层交换技术就是二层交换技术+三层转发技术，三层交换机就是“二层交换机+基于硬件的路由器”。 三层交换机的工作原理 三层交换机的工作原理 两个使用IP协议的站点A、B通过第二层交换机进行通信，发送站点A在开始发送时，会先拿自己的IP地址与B站的IP地址进行比较，判断B站是否与自己在同一子网内。若目的站B与发送站A在同一子网内，则进行二层的转发。而不需要通过路由器。 三层交换机的工作原理 站点A和B所在网段都属于交换机上的直连网段，不在同一子网内 。 发送站A首先要向其“缺省网关”发出ARP请求报文，而“缺省网关”的IP地址其实就是三层交换机上站点A所属VLAN的IP地址 交换机就向发送站A回一个ARP回复报文，告诉站点A交换机此VLAN的MAC地址，同时可以通过软件把站点A的IP地址、MAC地址、与交换机直接相连的端口号等信息设置到交换芯片的三层硬件表项中 站点A收到这个ARP回复报文之后，进行目的MAC地址替换，把要发给B的包首先发给交换机。 三层交换机的工作原理 站点A和B所在网段都属于交换机上的直连网段，不在同一子网内 。 交换机收到这个包以后，同样首先进行源MAC地址学习，目的MAC地址查找，由于此时目的MAC地址为交换机的MAC地址，在这种情况下将会把该报文送到交换芯片的三层引擎处理。 三层引擎会有两个表，一个是主机路由表，这个表是以IP地址为索引的，里面存放目的IP地址、下一跳MAC地址、端口号等信息。一个是网段路由表，这个表存放网段地址、下一跳MAC地址、端口号等信息。 三层交换机的工作原理 站点A和B所在网段都属于交换机上的直连网段，不在同一子网内 。 由于芯片内部的三层引擎中已经保存站点A、B的路由信息，以后站点A、B之间进行通信或其它网段的站点想要与A、B进行通信，交换芯片则会直接把包从三层硬件表项中指定的端口转发出去，而不必再把包交给CPU处理。这种通过“一次路由，多次交换”的方式，大大提高了转发速度。 三层交换机的工作原理 三层交换机内部结构图 三层交换和三层路由的区别 具有“路由器的功能、交换机的性能” 的三层交换机虽然同时具有二层交换和三层路由的特性，但是三层交换机与路由器在结构和性能上还是存在很大区别的 三层交换和三层路由的区别 1、三层交换机能够提供比路由器大的多的转发速率，而路由器的转发速率相对较低。 2、三层交换机通常仅支持IP协议的告诉转发，路由器通常支持多种协议。 3、三层交换机的接口比较单一，且数目众多。路由器有丰富的接口类型，但是一般单一类型的接口数目较少。 4、三层交换机能够连接的网络类型较单一。路由器可以实现多种异种网络的互联。 三层交换和三层路由的区别 三层交换机现在还不能提供完整的路由选择协议，而路由器则具备同时处理多个协议的能力。当连接不同协议的网络，像以太网和令牌环的组合网络，依靠三层交换机是不可能完成网间数据传输的。除此之外，路由器还具有第四层网络管理能力，这也是三层交换机所不具备的。 三层交换机并不等于路由器，也不可能完全取代路由器。 三层交换与二层交换 二层交换机主要用在小型局域网中，机器数量在二、三十台以下，这样的网络环境下，广播包影响不大，二层交换机的快速交换功能、多个接入端口和低廉价格，为小型网络用户提供了完善的解决方案。 三层交换解决了二层交换技术不能处理不同IP子网之间的数据交换的缺点。三层交换机的最重要的功能是加快大型局域网络内部的数据