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交换机技术:剖析三层交换技术相关原理

2014-2-12不详佚名

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  (3)三层交换机在收到PC A发来的ARP请求报文后,检查请求报文发现被请求IP地址(也就是“目的IP地址”)是自己的三层接口IP地址,于是向PCA A发回一个ARP应答报文,并将对应的三层接口MAC(MAC S)填充在应答报文中的“目的MAC地址“字段其中。同时通过对PC A发送的ARP请求报文分析,把PC A的IP地址与MAC地址对应关系(1.1.1.2<==>MAC A)记录到自己的ARP表中去,然后把PC A的IP地址(作为“目的IP地址”)、MAC地址(作为“下一跳MAC地址”),以及与交换机直接相连的端口号等信息下发到三层交换机ASIC芯片中的三层硬件转发表。此时在三层硬件转发表中就有了第一个转发表项,即PC A的转发表项。

  【说明】在三层交换机中,最关键的就是它有一个专门用于三层转发的“三层硬件转发表”,它和“ARP表”之间有联系,但也有区别。ARP表中只是IP地址和MAC地址的映射关系,不包括转发出口,也不包括对应的VLAN ID,而三层硬件转发表中则包括了全部这些,形成一个:目的IP地址、VLAN ID、端口和下一跳MAC地址的关系表项。因为在进行三层转发时,改变的是帧封装后的源和目的MAC地址这两个字段,原来输入IP包中的“目的MAC地址”作为转发的“下一跳MAC地址”,原来的“源MAC地址”改为三层交换机自身的MAC地址,源和目的IP地址都不变(因为这是封装在帧的“数据”部分)。另外,三层转发表是存储在ASCI硬件芯片上的,直接由ASIC芯片调用,而ARP表是存储在内在中,由CPU软件调用。但三层硬件转发表项还是由CPU提供的。

  (4)PC A在收到网关的ARP应答报文后,把要发送给PC B的数据包经过帧封装后的 “目的MAC地址”修改为网关MAC地址(MAC S1),其它不变,先把数据包发给网关(三层交换机)。

  (5)三层交换机在收到这个数据包后,因为“目的MAC地址”为交换机自己的MAC地址,而且“目的IP地址”和“源IP地址”不在同一网段,所以会直接提交到负责三层交换的ASIC芯片,根据包中的“目的IP地址”(PC B的IP地址2.1.1.2)在三层硬件转发表中查看有无对应表项,因为是第一次通信,所以结果是查找失败,于是将数据包再转送到CPU去进行软件路由处理。

  (6)CPU同样会根据包中的“目的IP地址”去查找其软件路由表,发现匹配了一个直连网段(PC B对应的网段),于是继续查在ARP表中查找对应的MAC地址项。同样是由于是第一次查找,所以仍然查找失败。如果在ARP表中找到了对应的MAC地址,则数据可以直接由软件路由表转发了。

  (7)下面仍以在ARP表中也没找到PC B对应的MAC地址为例进行介绍。此时三层交换机CPU会在PC B所在网段的AN 3中所有端口发送一个ARP广播请求报文,查找“目的IP地址”为2.1.1.2所对应MAC地址。报文经过帧封装后的“源MAC地址”是三层交换机的MAC地址(MAC S),“目的MAC地址”全为0,“源IP地址”是VLAN 3网段的网关IP地址(2.1.1.1),“目的IP地址”是PC B的IP地址(2.1.1.2)。

  (8)PC B在收到三层交换机CPU发送的ARP请求报文后,检查发现被请求的IP地址是自己的IP地址,于是发送一个ARP应答报文,并将自己的MAC地址(MAC B)包含在其中。同时,将三层交换机上VLAN 3网段的网关IP地址与MAC地址的对应关系(2.1.1.1<==>MAC S)记录到自己的ARP表中去。

  (9)三层交换机CPU在收到PC B的ARP应答报文后,将其IP地址和MAC地址对应关系(2.1.1.2<==>MAC B)记录到自己的ARP表中去,把PC B的IP地址、MAC地址、进入交换机的端口号等信息下发到三层交换机的三层转发中。此时转发表中就有到达PC A和PC B这两条对应的表项了。

  (10)三层交换机CPU根据获得的PC B的MAC地址和端口信息,以及软件路由表信息,把由PC A发来的IP数据包转发给PC B,这样就完成了PC A到PC B的第一次单向通信。


本文来源:不详 作者:佚名

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