交换网络-二层转发

OSI七层模型

其中二层即数据链路层，主要设备涉及交换机及网桥，当然还有其他的二层设备，无论何种设备他们都遵守二层转发的原理；

 真实的数据包转发时，是经由下图顺序转发完成:

 

以太网帧(802.1D-RFC894)

目的地址及源地址为MAC地址，长度6bytes；类型标记三层协议类型，如ARP及IP等；数据长度在46-1500之间，小于46补零；CRC即4字节帧检测序列，由前一个数据根据一定算法生成；

 

 

其中，MAC地址前24位为厂家限定，单播MAC第1字节的最后一位为0，多播为1，Brocast为FF-FF-FF-FF-FF-FF;

冲突域与广播域

冲突网络（冲突域）：连接在同一个到导线上的所有工作站点集合，一个节点发出的报文其余节点都能收到，从而产生冲突；

广播网络（广播域）：限制以太网广播报文的范围，一个站点发送一个广播报文其余站点都可以收到；

转发规则

基于MAC地址转发：主要是根据原MAC、目的MAC、MAC地址表进行业务转发；

基于VLAN转发：为了解决广播域的问题引入了VLAN机制进行隔离；

基于MAC地址转发

拓扑:  A(PC-ip 10.1.1.1)----[Switch]------B(PC-ip 10.1.1.2)

A向B发报文的流程如下:

• A首先检查自己的ARP表(arp -a可以查看)，发现没有B的ip地址对应的MAC地址，这时候A会构造ARP报文并发送，报文类似<ff*6|A‘s MAC|I am 10.1.1.1 who has 10.1.1.2's MAC|CRC>；
• Switch收到A发送的报文后，检查自身维护的FDB表(Forwarding Table，表项为mac与port的map)，发现没有源即A的mac，so新建map，目的地址为广播地址，则会向除源端口外的所有接口广播；
• 其他设备即IP地址不是10.1.1.2的设备收到该帧会在ARP表项中加入,，B收到后，建立map并发送回复报文，报文类似<A's MAC|B's MAC| data|CRC>；
• Switch收到B发送的报文后，检查自身维护的FDB表(Forwarding Table，表项为mac与port的map)，发现没有源即B的mac，so新建map，发现有A的map，so按照map的端口转发；
• A收到B的回复后，在ARP表中新建map，可以正常的开始报文的转发了；

 但是，使用802.1d的标准来转发就是在网络规模大的时候，过多的广播报文会占用大量的带宽，造成资源的浪费，so更多的我们使用VLAN转发；

VLAN的基本概念

802.1Q的帧格式: Type(Q标准固定为0x8100)；PRI即priority长度为3bit(0-7，越大越优)，拥塞时，优的走；CFI标志位，0为以太网，1为如令牌环等其他帧；VID(0-4095),0与4095保留；

 

 

 VLAN中的三种接口配置模式

共三种模式，access，trunk，hybird，针对收发报文的处理，如下表:

 

MAC地址的学习方式

 

 

 

SVL方式的二层交换机

SVL（Shared VLAN Learning）方式的二层交换机在学习MAC地址并建立MAC地址表的过程中并不附加VLAN ID，或者说它的MAC地址表是为所有VLAN共享使用的。它的二层转发基本流程如下：

（1）根据接收到的以太网帧的源MAC信息添加或刷新MAC地址表项；

（2）根据目的MAC信息查找MAC地址表，如果没有找到匹配项，那么在报文对应的VLAN内广播；

（3）如果找到匹配项，但是表项对应的端口并不属于报文对应的VLAN，那么丢弃该帧；

（4）如果找到匹配项，且表项对应的端口属于报文对应的VLAN，那么将报文转发到该端口，但是如果表项对应端口与收到以太网帧的端口相同，则丢弃该帧。

这种类型的二层交换机转发与普通二层交换机转发基本相同，只是多了转发过程中的VLAN检查。这样的交换机可能遇到下述问题：位于不同VLAN的主机（或网络设备）具有相同的MAC地址，由于SVL交换机所有VLAN共享一个MAC表，这样对应的MAC表项中端口就会不断的变化，而且两个VLAN的报文转发也会受到影响。

在实际应用中，SVL方式的二层交换机已经比较少见了。

IVL方式的二层交换机 

IVL（Independent VLAN Learning）方式的交换机在学习MAC地址并建立MAC地址表的过程中同时附加VLAN ID，同一个MAC地址可以出现在不同的VLAN中，这样的方式也可以理解为每个VLAN都有自己独立的MAC地址表。它的二层转发基本流程如下：

（1）      根据接收到的以太网帧的源MAC＋VLAN-ID信息添加或刷新MAC地址表项；

（2）      根据目的MAC＋VLAN-ID查找MAC地址表项，如果没有找到匹配项，那么在VLAN-ID对应的VLAN内广播； 

（3）      如果能够找到匹配表项，则向表项所示的对应端口转发，但是如果表项所示端口与收到以太网帧的端口相同，则丢弃该帧。

IVL方式的二层交换机转发流程更加清晰，VLAN之间不会互相影响，目前实际应用中的二层交换机大多采用这种方式。

 

问题：

1、二层交换出现环路会有什么影响？

    -----对于MAC表中存在的报文，会出现MAC地址表刷表，导致业务中断；对于广播报文，会出现物理带宽被占满，最终导致业务中断。

2、如何避免环路？

    -----第一物理链路避免，第二使用SIP等生成树协议，阻止二层交换成环。

 

 

 

 

 

 

 

end

参考:https://www.cnblogs.com/xuanxuanBOSS/p/11207397.html