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詳解路由器與交換機(jī)的工作原理

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詳解路由器與交換機(jī)的工作原理

  路由器和交換機(jī)都是我們生活中常用的互聯(lián)網(wǎng)或局域網(wǎng)的連接設(shè)備,想必對于很多新手來講都不是很了解這兩種設(shè)備的工作原理,下面是學(xué)習(xí)啦小編整理的一些關(guān)于路由器與交換機(jī)的工作原理的相關(guān)資料,供你參考。

  詳解路由器與交換機(jī)的工作原理

  計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)往往由許多種不同類型的網(wǎng)絡(luò)互連連接而成。如果幾個計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)只是在物理上連接在一起,它們之間并不能進(jìn)行通信,那么這種“互連”并沒有什么實際意義。因此通常在談到“互連”時,就已經(jīng)暗示這些相互連接的計算機(jī)是可以進(jìn)行通信的,也就是說,從功能上和邏輯上看,這些計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)組成了一個大型的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò),或稱為互聯(lián)網(wǎng)絡(luò),也可簡稱為互聯(lián)網(wǎng)、互連網(wǎng)。

  將網(wǎng)絡(luò)互相連接起來要使用一些中間設(shè)備(或中間系統(tǒng)),ISO的術(shù)語稱之為中繼(relay)系統(tǒng)。根據(jù)中繼系統(tǒng)所在的層次,可以有以下五種中繼系統(tǒng):

  1.物理層(即常說的第一層、層L1)中繼系統(tǒng),即轉(zhuǎn)發(fā)器(repeater)。

  2.數(shù)據(jù)鏈路層(即第二層,層L2),即網(wǎng)橋或橋接器(bridge)。

  3.網(wǎng)絡(luò)層(第三層,層L3)中繼系統(tǒng),即路由器(router)。

  4.網(wǎng)橋和路由器的混合物橋路器(brouter)兼有網(wǎng)橋和路由器的功能。

  5.在網(wǎng)絡(luò)層以上的中繼系統(tǒng),即網(wǎng)關(guān)(gateway).

  當(dāng)中繼系統(tǒng)是轉(zhuǎn)發(fā)器時,一般不稱之為網(wǎng)絡(luò)互聯(lián),因為這僅僅是把一個網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)大了,而這仍然是一個網(wǎng)絡(luò)。高層網(wǎng)關(guān)由于比較復(fù)雜,目前使用得較少。因此一般討論網(wǎng)絡(luò)互連時都是指用交換機(jī)和路由器進(jìn)行互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)。本文主要闡述交換機(jī)和路由器及其區(qū)別。

  交換機(jī)和路由器

  “交換”是今天網(wǎng)絡(luò)里出現(xiàn)頻率最高的一個詞,從橋接到路由到ATM直至電話系統(tǒng),無論何種場合都可將其套用,搞不清到底什么才是真正的交換。其實交換一詞最早出現(xiàn)于電話系統(tǒng),特指實現(xiàn)兩個不同電話機(jī)之間話音信號的交換,完成該工作的設(shè)備就是電話交換機(jī)。所以從本意上來講,交換只是一種技術(shù)概念,即完成信號由設(shè)備入口到出口的轉(zhuǎn)發(fā)。因此,只要是和符合該定義的所有設(shè)備都可被稱為交換設(shè)備。由此可見,“交換”是一個涵義廣泛的詞語,當(dāng)它被用來描述數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)第二層的設(shè)備時,實際指的是一個橋接設(shè)備;而當(dāng)它被用來描述數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)第三層的設(shè)備時,又指的是一個路由設(shè)備。

  我們經(jīng)常說到的以太網(wǎng)交換機(jī)實際是一個基于網(wǎng)橋技術(shù)的多端口第二層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,它為數(shù)據(jù)幀從一個端口到另一個任意端口的轉(zhuǎn)發(fā)提供了低時延、低開銷的通路。

  由此可見,交換機(jī)內(nèi)部核心處應(yīng)該有一個交換矩陣,為任意兩端口間的通信提供通路,或是一個快速交換總線,以使由任意端口接收的數(shù)據(jù)幀從其他端口送出。在實際設(shè)備中,交換矩陣的功能往往由專門的芯片(ASIC)完成。另外,以太網(wǎng)交換機(jī)在設(shè)計思想上有一個重要的假設(shè),即交換核心的速度非常之快,以致通常的大流量數(shù)據(jù)不會使其產(chǎn)生擁塞,換句話說,交換的能力相對于所傳信息量而無窮大(與此相反,ATM交換機(jī)在設(shè)計上的思路是,認(rèn)為交換的能力相對所傳信息量而言有限)。

  雖然以太網(wǎng)第二層交換機(jī)是基于多端口網(wǎng)橋發(fā)展而來,但畢竟交換有其更豐富的特性,使之不但是獲得更多帶寬的最好途徑,而且還使網(wǎng)絡(luò)更易管理。

  而路由器是OSI協(xié)議模型的網(wǎng)絡(luò)層中的分組交換設(shè)備(或網(wǎng)絡(luò)層中繼設(shè)備),路由器的基本功能是把數(shù)據(jù)(IP報文)傳送到正確的網(wǎng)絡(luò),包括

  1.IP數(shù)據(jù)報的轉(zhuǎn)發(fā),包括數(shù)據(jù)報的尋徑和傳送;

  2.子網(wǎng)隔離,抑制廣播風(fēng)暴;

  3.維護(hù)路由表,并與其他路由器交換路由信息,這是IP報文轉(zhuǎn)發(fā)的基礎(chǔ)。

  4.IP數(shù)據(jù)報的差錯處理及簡單的擁塞控制;

  5.實現(xiàn)對IP數(shù)據(jù)報的過濾和記帳。

  路由器---所謂路由就是指通過相互連接的網(wǎng)絡(luò)把信息從源地點移動到目標(biāo)地點的活動。一般來說,在路由過程中,信息至少會經(jīng)過一個或多個中間節(jié)點。通常,人們會把路由和交換進(jìn)行對比,這主要是因為在普通用戶看來兩者所實現(xiàn)的功能是完全一樣的。其實,路由和交換之間的主要區(qū)別就是交換發(fā)生在OSI參考模型的第二層(數(shù)據(jù)鏈路層),而路由發(fā)生在第三層,即網(wǎng)絡(luò)層。這一區(qū)別決定了路由和交換在移動信息的過程中需要使用不同的控制信息,所以兩者實現(xiàn)各自功能的方式是不同的。

  交換機(jī)---交換(switching)是按照通信兩端傳輸信息的需要,用人工或設(shè)備自動完成的方法,把要傳輸?shù)男畔⑺偷椒弦蟮南鄳?yīng)路由上的技術(shù)統(tǒng)稱。廣義的交換機(jī)(switch)就是一種在通信系統(tǒng)中完成信息交換功能的設(shè)備。

  在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中,交換概念的提出是對于共享工作模式的改進(jìn)。我們以前介紹過的HUB集線器就是一種共享設(shè)備,HUB本身不能識別目的地址,當(dāng)同一局域網(wǎng)內(nèi)的A主機(jī)給B主機(jī)傳輸數(shù)據(jù)時,數(shù)據(jù)包在以HUB為架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)上是以廣播方式傳輸?shù)?,由每一臺終端通過驗證數(shù)據(jù)包頭的地址信息來確定是否接收。也就是說,在這種工作方式下,同一時刻網(wǎng)絡(luò)上只能傳輸一組數(shù)據(jù)幀的通訊,如果發(fā)生碰撞還得重試。這種方式就是共享網(wǎng)絡(luò)帶寬。

  交換機(jī)擁有一條很高帶寬的背部總線和內(nèi)部交換矩陣。交換機(jī)的所有的端口都掛接在這條背部總線上,控制電路收到數(shù)據(jù)包以后,處理端口會查找內(nèi)存中的地址對照表以確定目的MAC(網(wǎng)卡的硬件地址)的NIC(網(wǎng)卡)掛接在哪個端口上,通過內(nèi)部交換矩陣迅速將數(shù)據(jù)包傳送到目的端口,目的MAC若不存在才廣播到所有的端口,接收端口回應(yīng)后交換機(jī)會“學(xué)習(xí)”新的地址,并把它添加入內(nèi)部MAC地址表中。

  使用交換機(jī)也可以把網(wǎng)絡(luò)“分段”,通過對照MAC地址表,交換機(jī)只允許必要的網(wǎng)絡(luò)流量通過交換機(jī)。通過交換機(jī)的過濾和轉(zhuǎn)發(fā),可以有效的隔離廣播風(fēng)暴,減少誤包和錯包的出現(xiàn),避免共享沖突。

  交換機(jī)在同一時刻可進(jìn)行多個端口對之間的數(shù)據(jù)傳輸。每一端口都可視為獨立的網(wǎng)段,連接在其上的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備獨自享有全部的帶寬,無須同其他設(shè)備競爭使用。當(dāng)節(jié)點A向節(jié)點D發(fā)送數(shù)據(jù)時,節(jié)點B可同時向節(jié)點C發(fā)送數(shù)據(jù),而且這兩個傳輸都享有網(wǎng)絡(luò)的全部帶寬,都有著自己的虛擬連接。假使這里使用的是10Mbps的以太網(wǎng)交換機(jī),那么該交換機(jī)這時的總流通量就等于2×10Mbps=20Mbps,而使用10Mbps的共享式HUB時,一個HUB的總流通量也不會超出10Mbps。

  總之,交換機(jī)是一種基于MAC地址識別,能完成封裝轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包功能的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。交換機(jī)可以“學(xué)習(xí)”MAC地址,并把其存放在內(nèi)部地址表中,通過在數(shù)據(jù)幀的始發(fā)者和目標(biāo)接收者之間建立臨時的交換路徑,使數(shù)據(jù)幀直接由源地址到達(dá)目的地址

  說明二層交換機(jī)、三層交換機(jī)和路由器的基本工作原理和三者之間的主要區(qū)別。

  1.二層交換技術(shù)

  二層交換機(jī)是數(shù)據(jù)鏈路層的設(shè)備,它能夠讀取數(shù)據(jù)包中的MAC地址信息并根據(jù)MAC地址來進(jìn)行交換。

  交換機(jī)內(nèi)部有一個地址表,這個地址表標(biāo)明了MAC地址和交換機(jī)端口的對應(yīng)關(guān)系。當(dāng)交換機(jī)從某個端口收到一個數(shù)據(jù)包,它首先讀取包頭中的源MAC地址,這樣它就知道源MAC地址的機(jī)器是連在哪個端口上的,它再去讀取包頭中的目的MAC地址,并在地址表中查找相應(yīng)的端口,如果表中有與這目的MAC地址對應(yīng)的端口,則把數(shù)據(jù)包直接復(fù)制到這端口上,如果在表中找不到相應(yīng)的端口則把數(shù)據(jù)包廣播到所有端口上,當(dāng)目的機(jī)器對源機(jī)器回應(yīng)時,交換機(jī)又可以學(xué)習(xí)一目的MAC地址與哪個端口對應(yīng),在下次傳送數(shù)據(jù)時就不再需要對所有端口進(jìn)行廣播了。

  二層交換機(jī)就是這樣建立和維護(hù)它自己的地址表。由于二層交換機(jī)一般具有很寬的交換總線帶寬,所以可以同時為很多端口進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。如果二層交換機(jī)有N個端口,每個端口的帶寬是M,而它的交換機(jī)總線帶寬超過N×M,那么這交換機(jī)就可以實現(xiàn)線速交換。二層交換機(jī)對廣播包是不做限制的,把廣播包復(fù)制到所有端口上。

  二層交換機(jī)一般都含有專門用于處理數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)的ASIC (Application specific Integrated Circuit)芯片,因此轉(zhuǎn)發(fā)速度可以做到非??臁?/p>

  2.路由技術(shù)

  路由器是在OSI七層網(wǎng)絡(luò)模型中的第三層——網(wǎng)絡(luò)層操作的。

  路由器內(nèi)部有一個路由表,這表標(biāo)明了如果要去某個地方,下一步應(yīng)該往哪走。路由器從某個端口收到一個數(shù)據(jù)包,它首先把鏈路層的包頭去掉(拆包),讀取目的IP地址,然后查找路由表,若能確定下一步往哪送,則再加上鏈路層的包頭(打包),把該數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)出去;如果不能確定下一步的地址,則向源地址返回一個信息,并把這個數(shù)據(jù)包丟掉。

  路由技術(shù)和二層交換看起來有點相似,其實路由和交換之間的主要區(qū)別就是交換發(fā)生在OSI參考模型的第二層(數(shù)據(jù)鏈路層),而路由發(fā)生在第三層。這一區(qū)別決定了路由和交換在傳送數(shù)據(jù)的過程中需要使用不同的控制信息,所以兩者實現(xiàn)各自功能的方式是不同的。

  路由技術(shù)其實是由兩項最基本的活動組成,即決定最優(yōu)路徑和傳輸數(shù)據(jù)包。其中,數(shù)據(jù)包的傳輸相對較為簡單和直接,而路由的確定則更加復(fù)雜一些。路由算法在路由表中寫入各種不同的信息,路由器會根據(jù)數(shù)據(jù)包所要到達(dá)的目的地選擇最佳路徑把數(shù)據(jù)包發(fā)送到可以到達(dá)該目的地的下一臺路由器處。當(dāng)下一臺路由器接收到該數(shù)據(jù)包時,也會查看其目標(biāo)地址,并使用合適的路徑繼續(xù)傳送給后面的路由器。依次類推,直到數(shù)據(jù)包到達(dá)最終目的地。

  路由器之間可以進(jìn)行相互通訊,而且可以通過傳送不同類型的信息維護(hù)各自的路由表。路由更新信息主是這樣一種信息,一般是由部分或全部路由表組成。通過分析其它路由器發(fā)出的路由更新信息,路由器可以掌握整個網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。鏈路狀態(tài)廣播是另外一種在路由器之間傳遞的信息,它可以把信息發(fā)送方的鏈路狀態(tài)及進(jìn)的通知給其它路由器。

  3.三層交換技術(shù)

  一個具有第三層交換功能的設(shè)備是一個帶有第三層路由功能的第二層交換機(jī),但它是二者的有機(jī)結(jié)合,并不是簡單的把路由器設(shè)備的硬件及軟件簡單地疊加在局域網(wǎng)交換機(jī)上。

  從硬件上看,第二層交換機(jī)的接口模塊都是通過高速背板/總線(速率可高達(dá)幾十Gbit/s)交換數(shù)據(jù)的,在第三層交換機(jī)中,與路由器有關(guān)的第三層路由硬件模塊也插接在高速背板/總線上,這種方式使得路由模塊可以與需要路由的其他模塊間高速的交換數(shù)據(jù),從而突破了傳統(tǒng)的外接路由器接口速率的限制。在軟件方面,第三層交換機(jī)也有重大的舉措,它將傳統(tǒng)的基于軟件的路由器軟件進(jìn)行了界定。

  其做法是:

  對于數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā):如IP/IPX包的轉(zhuǎn)發(fā),這些規(guī)律的過程通過硬件得以高速實現(xiàn)。

  對于第三層路由軟件:如路由信息的更新、路由表維護(hù)、路由計算、路由的確定等功能,用優(yōu)化、高效的軟件實現(xiàn)。

  假設(shè)兩個使用IP協(xié)議的機(jī)器通過第三層交換機(jī)進(jìn)行通信的過程,機(jī)器A在開始發(fā)送時,已知目的IP地址,但尚不知道在局域網(wǎng)上發(fā)送所需要的MAC地址。要采用地址解析(ARP)來確定目的MAC地址。機(jī)器A把自己的IP地址與目的IP地址比較,從其軟件中配置的子網(wǎng)掩碼提取出網(wǎng)絡(luò)地址來確定目的機(jī)器是否與自己在同一子網(wǎng)內(nèi)。若目的機(jī)器B與機(jī)器A在同一子網(wǎng)內(nèi),A廣播一個ARP請求,B返回其MAC地址,A得到目的機(jī)器B的MAC地址后將這一地址緩存起來,并用此MAC地址封包轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù),第二層交換模塊查找MAC地址表確定將數(shù)據(jù)包發(fā)向目的端口。若兩個機(jī)器不在同一子網(wǎng)內(nèi),如發(fā)送機(jī)器A要與目的機(jī)器C通信,發(fā)送機(jī)器A要向“缺省網(wǎng)關(guān)”發(fā)出ARP包,而“缺省網(wǎng)關(guān)”的IP地址已經(jīng)在系統(tǒng)軟件中設(shè)置。這個IP地址實際上對應(yīng)第三層交換機(jī)的第三層交換模塊。所以當(dāng)發(fā)送機(jī)器A對“缺省網(wǎng)關(guān)”的IP地址廣播出一個ARP請求時,若第三層交換模塊在以往的通信過程中已得到目的機(jī)器C的MAC地址,則向發(fā)送機(jī)器A回復(fù)C的MAC地址;否則第三層交換模塊根據(jù)路由信息向目的機(jī)器廣播一個ARP請求,目的機(jī)器C得到此ARP請示后向第三層交換模塊回復(fù)其MAC地址,第三層交換模塊保存此地址并回復(fù)給發(fā)送機(jī)器A。以后,當(dāng)再進(jìn)行A與C之間數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)進(jìn),將用最終的目的機(jī)器的MAC地址封裝,數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過程全部交給第二層交換處理,信息得以高速交換。既所謂的一次選路,多次交換。

  第三層交換具有以下突出特點

  有機(jī)的硬件結(jié)合使得數(shù)據(jù)交換加速;

  優(yōu)化的路由軟件使 得路由過程效率提高;

  除了必要的路由決定過程外,大部分?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過程由第二層交換處理;

  多個子網(wǎng)互連時只是與第三層交換模塊的邏輯連接,不象傳統(tǒng)的外接路由器那樣需增加端口,保護(hù)了用戶的投資。

  1、交換機(jī)的定義

  局域網(wǎng)交換機(jī)擁有許多端口,每個端口有自己的專用帶寬,并且可以連接不同的網(wǎng)段。交換機(jī)各個端口之間的通信是同時的、并行的,這就大大提高了信息吞吐量。為了進(jìn)一步提高性能,每個端口還可以只連接一個設(shè)備。

  為了實現(xiàn)交換機(jī)之間的互連或與高檔服務(wù)器的連接,局域網(wǎng)交換機(jī)一般擁有一個或幾個高速端口,如100MB以太網(wǎng)端口、FDDI端口或155MB ATM端口,從而保證整個網(wǎng)絡(luò)的傳輸性能。

  2、交換機(jī)的特性

  通過集線器共享局域網(wǎng)的用戶不僅是共享帶寬,而且是競爭帶寬??赡苡捎趥€別用戶需要更多的帶寬而導(dǎo)致其他用戶的可用帶寬相對減少,甚至被迫等待,因而也就耽誤了通信和信息處理。利用交換機(jī)的網(wǎng)絡(luò)微分段技術(shù),可以將一個大型的共享式局域網(wǎng)的用戶分成許多獨立的網(wǎng)段,減少競爭帶寬的用戶數(shù)量,增加每個用戶的可用帶寬,從而緩解共享網(wǎng)絡(luò)的擁擠狀況。由于交換機(jī)可以將信息迅速而直接地送到目的地能大大提高速度和帶寬,能 保護(hù)用戶以前在介質(zhì)方面的投資,并提供良好的可擴(kuò)展性,因此交換機(jī)不但是網(wǎng)橋的理想替代物,而且是集線器的理想替代物。

  與網(wǎng)橋和集線器相比,交換機(jī)從下面幾方面改進(jìn)了性能:

  (1)通過支持并行通信,提高了交換機(jī)的信息吞吐量。

  (2)將傳統(tǒng)的一個大局域網(wǎng)上的用戶分成若干工作組,每個端口連接一臺設(shè)備 或連接一個工作組,有效地解決擁擠現(xiàn)像。這種方法人們稱之為網(wǎng)絡(luò)微分 段(Micro一segmentation)技術(shù)。

  (3)虛擬網(wǎng)(VirtuaI LAN)技術(shù)的出現(xiàn),給交換機(jī)的使用和管理帶來了更大 的靈活性。我們將在后面專門介紹虛擬網(wǎng)。

  (4)端口密度可以與集線器相媲美,一般的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)都是有一個或幾個服務(wù)器,而絕大部分都是普通的客戶機(jī)??蛻魴C(jī)都需要訪問服務(wù)器,這樣就導(dǎo)致服務(wù)器的通信和事務(wù)處理能力成為整個網(wǎng)絡(luò)性能好壞的關(guān)鍵。

  交換機(jī)就主要從提高連接服務(wù)器的端口的速率以及相應(yīng)的幀緩沖區(qū)的大小,來提高整個網(wǎng)絡(luò)的性能,從而滿足用戶的要求。一些高檔的交換機(jī)還采用全雙工技術(shù)進(jìn)一步提高端口的帶寬。以前的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備基本上都是采用半雙工的工作方式,即當(dāng)一臺主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)包的時候, 它就不能接收數(shù)據(jù)包,當(dāng)接收數(shù)據(jù)包的時候,就不能發(fā)送數(shù)據(jù)包。由于采用全雙工技術(shù),即主機(jī)在發(fā)送數(shù)據(jù)包的同時,還可以接收數(shù)據(jù)包,普通的10M端口就可以變成20M端口,普通的100M端口就可以變成200M 端口,這樣就進(jìn)一步提高了信息吞吐量。

  3、交換機(jī)的工作原理

  傳統(tǒng)的交換機(jī)本質(zhì)上是具有流量控制能力的多端口網(wǎng)橋,即傳統(tǒng)的(二層) 交換機(jī)。把路由技術(shù)引入交換機(jī),可以完成網(wǎng)絡(luò)層路由選擇,故稱為三層交換,這是交換機(jī)的新進(jìn)展。交換機(jī)(二層交換)的工作原理交換機(jī)和網(wǎng)橋一樣,是工作在鏈路層的聯(lián)網(wǎng)設(shè)備,它的各個端口都具有橋接功能,每個端口可以連接一個LAN或一臺高性能網(wǎng)站或服務(wù)器,能夠通過自學(xué)習(xí)來了解每個端口的設(shè)備連接情況。所有端口由專用處理器進(jìn)行控制,并經(jīng)過控制管理總線轉(zhuǎn)發(fā)信息。

  同時可以用專門的網(wǎng)管軟件進(jìn)行集中管理。 除此之外,交換機(jī)為了提高數(shù)據(jù)交換的速度和效率,一般支持多種方式。

  (1)存儲轉(zhuǎn)發(fā)

  所有常規(guī)網(wǎng)橋都使用這種方法。它們在將數(shù)據(jù)幀發(fā)柱其他端口之前,要把收到的幀完全存儲在內(nèi)部的存儲器中,對其檢驗后再發(fā)往其他端口,這樣其延時等于接收一個完整的數(shù)據(jù)幀的時間及處理時間的總和。如果級聯(lián)很長時,會導(dǎo)致嚴(yán)重的性能問題,但這種方法可以過濾掉錯誤的數(shù)據(jù)幀。

  (2)切入法:

  這種方法只檢驗數(shù)據(jù)幀的目標(biāo)地址,這使得數(shù)據(jù)幀幾乎馬上就 可以傳出去,從而大大降低延時。

  其缺點是:錯誤幀也會被傳出去。錯誤幀的概率較小的情況下,可以采用切入法以提高傳輸速度。而錯誤幀的概率較大的情況下,可以采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)法/以減少錯誤幀的重傳。

  4、交換機(jī)的配置

  我們下面以Cisco公司的Catlystl900交換機(jī)為例,介紹交換機(jī)的一般配置過程。

  對一臺新的Catlystl900交換機(jī),使用它的缺省配置就可以工作了。這因為它是一種將軟件裝在FlashMemory中的硬件設(shè)備,當(dāng)加電時,它首先要進(jìn)行一系列自檢,對所有端口進(jìn)行測試之后,交換機(jī)就處于工作狀態(tài)。這時它的交換表是空的,它可以通過自學(xué)習(xí)來了解各個端口的設(shè)備連接情況,并將設(shè)備的 MAC地址記錄在交換表中,當(dāng)有信息交換時,交換機(jī)就根據(jù)交換表來進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。

  但為了便于對它進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)管理,Catlystl900交換機(jī)自己有一個MAC地址,這樣就可以為它分配一個IP地址和屏蔽碼。網(wǎng)絡(luò)管理員須通過交換機(jī)的串口接一臺終端或仿真終端,才能為它指定一個IP地址,其缺省值是0.0.0.0。指定IP地址以后,網(wǎng)絡(luò)管理員就可以通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程管理了。Catlystl900交換機(jī)的配置界面是菜單形式,缺省配置下,它的所有端口都屬于同一個VLAN,很多情況下都不需要作什么修改。

  (1)將微機(jī)串口通過RS一232電纜與Cata1yst1900的Console口連接,運行仿真終端軟件,Catalyst 1900 啟動后。

  (2)回車后,進(jìn)入主菜單。

  (3)按“S”鍵,進(jìn)入系統(tǒng)配置菜單:(配置系統(tǒng)名,位置,日期)。

  (4)在主菜單中按“N”鍵進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)管理菜單。

  (5)配置IP地置。

  (6)配置SNMP參數(shù)。

  5、交換機(jī)的種類

  交換機(jī)是數(shù)據(jù)鏈路層設(shè)備,它可將多個物理LAN網(wǎng)段連接到一個大型網(wǎng)絡(luò)上,與網(wǎng)絡(luò)類似交換機(jī)傳輸和溢出也是基于MAC地址的傳輸。由于交換機(jī)是用硬件實現(xiàn)的,因此,傳輸速度很快。傳輸數(shù)據(jù)包時,交換機(jī)要么使用存儲---轉(zhuǎn)發(fā)交換方式,要么使用斷---通交換方式。目前有許多類型的交換機(jī),其中包括ATM交換機(jī),LAN交換機(jī)和不同類型的WAN交換機(jī)。

  ATM交換機(jī)

  ATM(Asynchronous Transfer Mode)交換機(jī)為工作組,企業(yè)網(wǎng)絡(luò)中樞以及其它眾多領(lǐng)域提供了高速交換信息和可伸縮帶寬的能力。ATM交換機(jī)支持語音,視頻和文本數(shù)據(jù)應(yīng)用,并可用來交換固定長度的信息單位(有時也稱元素)。企業(yè)網(wǎng)絡(luò)是通過ATM中樞鏈路連接多個LAN組成的。

  局域網(wǎng)交換機(jī)

  LAN交換機(jī)用于多LAN網(wǎng)段的相互連接,它在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間進(jìn)行專用的無沖突的通信,同時支持多個設(shè)備間的對話。LAN交換機(jī)主要是用于高速交換數(shù)據(jù)幀。通過LAN交換機(jī)將一個0Mbps以太網(wǎng)與一個100Mbps 以太網(wǎng)互聯(lián)。

  路由器工作原理

  傳統(tǒng)地,路由器工作于OSI七層協(xié)議中的第三層,其主要任務(wù)是接收來自一個網(wǎng)絡(luò)接口的數(shù)據(jù)包,根據(jù)其中所含的目的地址,決定轉(zhuǎn)發(fā)到下一個目的地址。因此,路由器首先得在轉(zhuǎn)發(fā)路由表中查找它的目的地址,若找到了目的地址,就在數(shù)據(jù)包的幀格前添加下一個MAC地址,同時IP數(shù)據(jù)包頭的TTL(Time To Live)域也開始減數(shù),并重新計算校驗和。當(dāng)數(shù)據(jù)包被送到輸出端口時,它需要按順序等待,以便被傳送到輸出鏈路上。

  路由器在工作時能夠按照某種路由通信協(xié)議查找設(shè)備中的路由表。如果到某一特定節(jié)點有一條以上的路徑,則基本預(yù)先確定的路由準(zhǔn)則是選擇最優(yōu)(或最經(jīng)濟(jì))的傳輸路徑。由于各種網(wǎng)絡(luò)段和其相互連接情況可能會因環(huán)境變化而變化,因此路由情況的信息一般也按所使用的路由信息協(xié)議的規(guī)定而定時更新。

  網(wǎng)絡(luò)中,每個路由器的基本功能都是按照一定的規(guī)則來動態(tài)地更新它所保持的路由表,以便保持路由信息的有效性。為了便于在網(wǎng)絡(luò)間傳送報文,路由器總是先按照預(yù)定的規(guī)則把較大的數(shù)據(jù)分解成適當(dāng)大小的數(shù)據(jù)包,再將這些數(shù)據(jù)包分別通過相同或不同路徑發(fā)送出去。當(dāng)這些數(shù)據(jù)包按先后秩序到達(dá)目的地后,再把分解的數(shù)據(jù)包按照一定順序包裝成原有的報文形式。路由器的分層尋址功能是路由器的重要功能之一,該功能可以幫助具有很多節(jié)點站的網(wǎng)絡(luò)來存儲尋址信息,同時還能在網(wǎng)絡(luò)間截獲發(fā)送到遠(yuǎn)地網(wǎng)段的報文,起轉(zhuǎn)發(fā)作用;選擇最合理的路由,引導(dǎo)通信也是路由器基本功能;多協(xié)議路由器還可以連接使用不同通信協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)段,成為不同通信協(xié)議網(wǎng)絡(luò)段之間的通信平臺。

  一般來說,路由器的主要工作是對數(shù)據(jù)包進(jìn)行存儲轉(zhuǎn)發(fā),具體過程如下:

  第一步:當(dāng)數(shù)據(jù)包到達(dá)路由器,根據(jù)網(wǎng)絡(luò)物理接口的類型,路由器調(diào)用相應(yīng)的鏈路層功能模塊,以解釋處理此數(shù)據(jù)包的鏈路層協(xié)議報頭。這一步處理比較簡單,主要是對數(shù)據(jù)的完整性進(jìn)行驗證,如CRC校驗、幀長度檢查等。

  第二步:在鏈路層完成對數(shù)據(jù)幀的完整性驗證后,路由器開始處理此數(shù)據(jù)幀的IP層。這一過程是路由器功能的核心。根據(jù)數(shù)據(jù)幀中IP包頭的目的IP地址,路由器在路由表中查找下一跳的IP地址;同時,IP數(shù)據(jù)包頭的TTL(Time To Live)域開始減數(shù),并重新計算校驗和(Checksum)。

  第三步:根據(jù)路由表中所查到的下一跳IP地址,將IP數(shù)據(jù)包送往相應(yīng)的輸出鏈路層,被封裝上相應(yīng)的鏈路層包頭,最后經(jīng)輸出網(wǎng)絡(luò)物理接口發(fā)送出去。

  簡單地說,路由器的主要工作就是為經(jīng)過路由器的每個數(shù)據(jù)包尋找一條最佳傳輸路徑,并將該數(shù)據(jù)包有效地傳送到目的站點。由此可見,選擇最佳路徑策略或叫選擇最佳路由算法是路由器的關(guān)鍵所在。為了完成這項工作,在路由器中保存著各種傳輸路徑的相關(guān)數(shù)據(jù)——路由表(Routing Table),供路由選擇時使用。上述過程描述了路由器的主要而且關(guān)鍵的工作過程,但沒有說明其它附加性能,例如訪問控制、網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換、排隊優(yōu)先級等。

  ARP全稱 地址解析協(xié)議在局域網(wǎng)內(nèi)信息是以幀傳輸?shù)?。要記住地址就要有一個ARP緩存表,大概是幾分鐘刷新一次我忘記了。保存的就是當(dāng)前局域網(wǎng)內(nèi)與你連接的機(jī)器的IP和MAC的地址。ARP—a就可以查看到這個表。第一個是IP。第二個是網(wǎng)卡地址。第三個是連接類型。

  交換機(jī)如何學(xué)習(xí)MAC地址的?

  假設(shè)一個交換機(jī)剛剛啟動,MAC表完全是空的,局域網(wǎng)內(nèi)有兩臺主機(jī)PC1和PC2,IP地址為192.168.0.1和192.168.0.2:那么交換機(jī)接到1端口的PC1的第一個數(shù)據(jù)幀,因為PC1只知道PC2的IP地址而不知道PC2的MAC地址,所以源IP地址為192.168.0.1源MAC地址是0000-0000-0001,目標(biāo)IP地址為192.168.0.2而目標(biāo)MAC地址是FFFF-FFFF-FFFF(此報文為ARP請求報文,是二層廣播報問),交換機(jī)首先將源MAC地址和相對應(yīng)的端口記錄在MAC表中,然后把這個數(shù)據(jù)幀從所有活動的端口轉(zhuǎn)發(fā)出去,;假設(shè)PC2在2端口接收到數(shù)據(jù)幀對數(shù)據(jù)進(jìn)行回應(yīng)時,則目標(biāo)MAC地址為0000-0000-0001源MAC地址為0000-0000-0002。此時交換機(jī)收到數(shù)據(jù)幀后,首先學(xué)習(xí)PC2的MAC地址和對應(yīng)端口到MAC表,然后查找MAC地址表中是否有PC1的MAC地址,發(fā)現(xiàn)目標(biāo)MAC地址對應(yīng)端口1,則將此數(shù)據(jù)幀由交換機(jī)的1端口轉(zhuǎn)發(fā)出去。此時PC1和PC2的MAC地址都已記錄在交換機(jī)MAC表中,數(shù)據(jù)在開始正常轉(zhuǎn)發(fā)。所以,交換機(jī)在轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀的過程,就是查找目標(biāo)MAC地址,學(xué)習(xí)源地址的過程,希望能理解!

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