华为三层以太网交换机基本原理及转发流程(1)

1. 二层转发流程

1.1. MAC地址介绍

MAC 地址是48 bit 二进制的地址，如：00-e0-fc-00-00-06。

可以分为单播地址、多播地址和广播地址。

单播地址：第一字节最低位为0，如：00-e0-fc-00-00-06

多播地址：第一字节最低位为1，如：01-e0-fc-00-00-06

广播地址：48 位全1，如：ff-ff-ff-ff-ff-ff

注意：
1）普通设备网卡或者路由器设备路由接口的MAC 地址一定是单播的MAC 地址才能保证其与其它设备的互通。

2） MAC 地址是一个以太网络设备在网络上运行的基础，也是链路层功能实现的立足点。

1.2. 二层转发介绍

交换机二层的转发特性，符合802.1D 网桥协议标准。

交换机的二层转发涉及到两个关键的线程：地址学习线程和报文转发线程。

学习线程如下：
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1）交换机接收网段上的所有数据帧，利用接收数据帧中的源MAC 地址来建立MAC 地址表；

2）端口移动机制：交换机如果发现一个包文的入端口和报文中源MAC地址的所在端口不同，就产生端口移动，将MAC 地址重新学习到新的端口；

3）地址老化机制： 如果交换机在很长一段时间之内没有收到某台主机发出的报文，在该主机对应的MAC 地址就会被删除，等下次报文来的时候会重新学习。

注意： 老化也是根据源MAC 地址进行老化。

报文转发线程:
1）交换机在MAC 地址表中查找数据帧中的目的MAC 地址，如果找到，就将该数据帧发送到相应的端口，如果找不到，就向所有的端口发送；

2）如果交换机收到的报文中源MAC 地址和目的MAC 地址所在的端口相同，则丢弃该报文；

3）交换机向入端口以外的其它所有端口转发广播报文。

1.3. VLAN二层转发介绍

报文转发线程:

引入了VLAN 以后对二层交换机的报文转发线程产生了如下的影响：

1）交换机在MAC 地址表中查找数据帧中的目的MAC 地址，如果找到（同时还要确保报文的入VLAN 和出VLAN 是一致的），就将该数据帧发送到相应的端口，如果找不到，就向（VLAN 内）所有的端口发送；

2）如果交换机收到的报文中源MAC 地址和目的MAC 地址所在的端口相同，则丢弃该报文；

3）交换机向（VLAN 内）入端口以外的其它所有端口转发广播报文。

以太网交换机上通过引入VLAN，带来了如下的好处：

1）限制了局部的网络流量， 在一定程度上可以提高整个网络的处理能力。

2）虚拟的工作组，通过灵活的VLAN 设置，把不同的用户划分到工作

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组内；

3）安全性，一个VLAN 内的用户和其它VLAN 内的用户不能互访，

提高了安全性。

另外，还有常见的两个概念VLAN 的终结和透传， 从字面意思上就可以很好的了解这两个概念。所谓VLAN 的透传就是某个VLAN 不仅在一台交换机上有效，它还要通过某种方法延伸到别的以太网交换机上，在别的设备上照样有效；终结的意思及相对，某个VLAN 的有效域不能再延伸到别的设备，或者不能通过某条链路延伸到别的设备。

VLAN 透传可以使用802.1Q 技术，VLAN 终结可以使用PVLAN 技术。

IEEE802.1Q 协议是VLAN 的技术标准,主要是修改了标准的帧头，添加了一个tag 字段，其中包含了VLAN ID 等VLAN 信息，具体实现这里不谈，如果有兴趣可以看相关的标准和资料。