第5章三层交换技术与应用实验

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,5,章 三层交换技术与应用实验,计算机网络工程,王晓燕,第五章 三层交换技术与应用实验,1,以太网交换技术概述,2,基于二层交换机路由器的,VLAN,间通信过程,3,基于二层交换机路由器实现,VLAN,间通信实验,4,三层交换机工作原理,5,基于三层交换机的,VLAN,间通信实验,5.1,以太网交换技术概述,5.1.1CSMA/CD,在,CSMA/CD,方式下，在一个时刻，网段中只有一个节点能够在导线上传送数据，其他节点只能处于监听状态。,每一个处于监听的计算机都要将接受到的信号转换成一个个数据帧，从帧首部取出目的地址，判断是否和本级的目的地址相同，从而决定对该帧数据是接受还是丢弃。,集线器,5.1.2,网桥和交换机,网桥和交换机可以分隔以太网的冲突域，减少每个网段的结点数，提高每个节点的带宽。,交换机内可以存在并行传输的几条通道，又可以进一步提高全网的数据的传输率。,缺点,(1),传统的交换机只能分割冲突域，而不能分割广播域。,（,2,）没有路由能力。,（,3,）不能解决异种网络互联、安全性控制等问题。,5.1.3,路由器,缺点,（,1,）虽然功能强，但价格高。,（,2,）大部分功能由软件失效，时延长，吞吐率受到限制。,不同,VLAN,间的通信必须经过路由器才能实现。,（,3,）成为网络的瓶颈,5.2,基于二层交换机路由器的,VLAN,间通信过程,同一个二层交换机中的两个,VLAN,之间无法通信。要使之相互通信，必须借助三层网络设备路由器。,图,5-1,二层交换机路由器的基本拓扑,设位于,VLAV10,的主机,A,向位于,VLAN20,的主机,B,发送信息，帧的传送过程可以描述为：,（,1,）帧从站点,A,传送到交换机,图,5-2,帧首先到达交换机,（,2,）交换机识别帧，在帧首部加上,VLAN10,标记，并发往路由器,图,5-3,将帧送往路由器,（,3,）路由器读取帧，并改变数据帧,3,个字段,图,5-4,路由器修改帧头,（,4,）交换机接收路由器发来的帧，根据,VLAN,标识和目的,MAC,地址，发送到,B,图,5-5,帧到达目的地,可以看出，若一个帧要从,A,站发到,B,站，该帧必须在路由器和交换机之间的中继线上来回传输两次。路由器必须根据它的路由表作出路由方案。,三层交换技术赋予交换机采用与路由器相同的方式来更改帧头的能力。但它不必在路由表中查找目标地址，也不用在,Trunk,上两次传送帧，从而大大加快了传送效率。,5.3,基于二层交换机路由器实现,VLAN,间通信实验,利用,Cisco Catalyst2950,交换机和,Cisco 2621,路由器来实现两个,VLAN,间的通信。,两台计算机用两条双绞线接入,Catalyst2950,的两个快速以太网端口。在交换机的千兆以太网端口（,Gi0/1,）插入光线收发器，然后用一条多模光线与,2621,路由器,E0,端口相连，并设置,Trunk,。由于,2621,路由器上的这个端口不是光线接口，所以用一个光线收发器转换为双绞线接口。,两台计算机分别属于两个,VLAN,，即,VLAN10,和,VLAN20,这两个,VLAN,分别占用两段,C,类网络，网络号分别为,192.168.10.0,和,192.168.20.0,因为与,Trunk,相连的路由器端口要同时能够与两个,VLAN,通信，所以这个路由器接口应该同时属于两个,VLAN,。因此，我们为这个端口设置了两个子接口,fa0/0.1,和,fa0/0.2,，分别分配到两个,VLAN,中，并为这两个子接口分配,IP,地址，分别为,192.168.10.1,和,192.168.20.1,。这两个,IP,地址也是网段的网关地址,图,5-6 2621+2950,实现,VLAN,间通信,1,在,2950,上创建,VLAN,Switchen,Switch#vlan,database,Switch(vlan)#vlan,10,Switch(vlan)#vlan,20,Switch(vlan)#exit,2,把交换机端口分配给,vlan,Switch#conf,t,Switch(config)#interface,fa0/1,Switch(config-if)#switchport,mode access,Switch(config-if)#switchport,access,vlan,10,Switch(config-if)#exit,Switch(config)#interface,fa0/2,Switch(config-if)#switchport,mode access,Switch(config-if)#switchport,access,vlan,20,Switch(config-if)#end,3,在,Gi0/1,端口配置,Trunk,，并保存交换机配置,Switch#conf,t,Switch(config)#interface,Gi0/1,Switch(config-if)#switchport,mode trunk,Switch(config-if)#end,保存,Switch#copy,running-,config,startup-,config,4,配置路由器子接口,Router# conf t,Router(config)#interface,fa0/0.1,Router(config-subif)#encapsulation,dot1q 10,Router(config-subif)#ip,addr,192.168.10.1 255.255.255.0,Router(config-subif)#exit,Router(config)#interface,fa0/0.2,Router(config-subif)#encapsulation,dot1q 20,Router(config-subif)#ip,addr,192.168.20.1 255.255.255.0,Router(config-subif)#end,5,激活路由选择协议,Router#conf,t,Router(config)#ip,routing,Router(config)#end,6,保存路由器配置,Router#copy,running-,config,startup-,config,7,验证实验结果,Ping,5.4,三层交换机工作原理,5.4.1,两种三层交换技术原理,是否每一个报文都要经历第三层（至少是路由处理），并且业务流转发是不是基于第三层地址,（,1,）报文到报文交换（,PxP,）,（,2,）流交换（,FS,）,5.4.2,报文到报文的交换,对于报文到报文的数据流，报文进入,OSI,参考模型的第一层，然后在第二层检查目的,MAC,地址。如果不能交换则进入第三层。在第三层，报文要经过路径选择、地址解析等。第三层处理完毕后，报文已被更新，并准备传回到第二层重新封装。确定合适的输出端口后，报文通过第一层传送到物理介质上。整个过程如图,5-7,所示。,报文到报文的第三层交换技术对每一个报文进行路由处理，并基于第三层地址转发所有报文。,图,5-7,报文到报文三层交换的数据流,与传统路由器区别：,主要区别在性能上，采用报文到报文技术的第三层交换机内置了高速,ASIC,芯片。,ASIC,芯片内置的帧处理机可完成大量的网络层功能。因此，第三层交换机可完成在第三层上对每一个数据包都进行检查和转发的功能，而且能够达到线速。而传统路由器是不可能达到这一目标的。,5.4.3,流交换,在流交换中，第一个报文被分析以确定其是否标识了一个“流”，或者说是否是一组具有相同源地址和目的地址的报文流。交换机识别出报文流中的第一个报文所具有的特征，则该报文流中的后续报文将拥有同样的优先权和访问权等特性。,流交换节省了在第三层检查每一个报文要花费的处理时间，同一个流中的后续报文被交换到基于第二层的地址。,图,5-8,流交换的数据流,2,个关键技术,（,1,）要用第一个报文的特征来识别一个流，这个流可使其余的报文走第二层路径，而不用进入第三层处理,（,2,）一旦建立穿过网络的路径，就让流尽量长，以便利用第二层捷径的优点。,流交换方法又被称为“直通路由”技术,怎样检测流、识别属于特定流的报文以及建立通过网络的流通路等技术随实现机制的变化而不同。,流定义,流可以定义为来自一个特定主机，去另一个特定主机，有特定用途的通信。,Cisco,把流定义为在特定的拥有相同协议和传输层信息的特定源端和目的端之间单向连续传输的信息包。,例子：采用三层交换技术，为可与,VLAN10,的主机,A,向位于,VLAN20,的主机,B,发送信息,（,1,）记忆流中的第一个帧,图,5-9,交换机记忆的流中第一个帧,（,2,）第二帧时，发现目标,MAC,是路由器,MAC,地址，加查三层交换缓存。进行匹配,图,5-10,交换机识别流,（,3,）匹配成功，交换机按照缓存中的内容更改帧头部,图,5-11,交换机更改帧头,5.4.4,两种三层交换技术比较,（,1,）性能,（,2,）对路由拓扑变化的适应性,（,3,）互操作性,（,4,）安全性,（,5,）基于帧还是基于信元,（,6,）价格,（,7,）厂商支持,5.5,基于三层交换机的,VLAN,间通信实验,图,5-12,在,Catalyst3550,上的两个,VLAN,1,创建,VLAN,Switchen,Switch#vlan,database,Switch(vlan)#vlan,10,Switch(vlan)#vlan,20,Switch(vlan)#exit,2,给,vlan,分配,IP,地址,Switch# conf t,Switch(config)#interface,vlan,10,Switch(config-if)#ip,addr,192.168.10.1 255.255.255.0,Switch(config-if)#no,shutdown,Switch(config-if)#exit,Switch(config)#interface,vlan,20,Switch(config-if)#ip,addr,192.168.20.1 255.255.255.0,Switch(config-if)#no,shutdown,Switch(config-if)#end,3,把交换机端口分配给,VLAN,Switch#conf,t,Switch(config)#interface,fa0/1,Switch(config-if)#switchport,mode access,Switch(config-if)#switchport,access,vlan,10,Switch(config-if)#exit,Switch(config)#interface,fa0/2,Switch(config-if)#switchport,mode access,Switch(config-if)#switchport,access,vlan,20,Switch(config-if)#end,4,激活路由选择协议，并保存设置,Switch#conf,t,Switch(config)#ip,routing,Switch(config)#end,Switch#copy,running-,config,startup-,config,