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  • 詳談路由器與交換機(jī)的工作原理與區(qū)別

    時(shí)間:2024-05-27 22:16:05 秀雯 網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 我要投稿
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    詳談路由器與交換機(jī)的工作原理與區(qū)別

      計(jì)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(gè)計(jì)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(shí)際意義。但是從功能上和邏輯上看,這些計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)組成了一個(gè)大型的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。這種網(wǎng)絡(luò)里必不可少的就是路由器與交換機(jī)。下面我們就來談?wù)剝煞N物品的工作原理與區(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(gè)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(shí)交換一詞最早出現(xiàn)于電話系統(tǒng),特指實(shí)現(xiàn)兩個(gè)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(gè)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(shí),實(shí)際指的是一個(gè)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(shí),又指的是一個(gè)路由設(shè)備。

      我們經(jīng)常說到的以太網(wǎng)交換機(jī)實(shí)際是一個(gè)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(gè)端口到另一個(gè)任意端口的轉(zhuǎn)發(fā)提供了低時(shí)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(gè)交換矩陣,為任意兩端口間的通信提供通路,或是一個(gè)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(shí)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(jì)思想上有一個(gè)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(jì)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(bào)文)傳送到正確的網(wǎng)絡(luò),包括:

      1.IP數(shù)據(jù)報(bào)的轉(zhuǎn)發(fā),包括數(shù)據(jù)報(bào)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(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)的基礎(chǔ)。

      4.IP數(shù)據(jù)報(bào)的差錯(cuò)處理及簡單的擁塞控制;

      5.實(shí)現(xiàn)對IP數(shù)據(jù)報(bào)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(diǎn)移動到目標(biāo)地點(diǎn)的活動。一般來說,在路由過程中,信息至少會經(jīng)過一個(gè)或多個(gè)中間節(jié)點(diǎn)。通常,人們會把路由和交換進(jìn)行對比,這主要是因?yàn)樵谄胀ㄓ脩艨磥韮烧咚鶎?shí)現(xiàn)的功能是完全一樣的。其實(shí),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(shí)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(jì)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(shí),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(yàn)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(shí)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(gè)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(cuò)包的出現(xiàn),避免共享沖突。

      交換機(jī)在同一時(shí)刻可進(jìn)行多個(gè)端口對之間的數(shù)據(jù)傳輸。每一端口都可視為獨(dú)立的網(wǎng)段,連接在其上的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備獨(dú)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(diǎn)A向節(jié)點(diǎn)D發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí),節(jié)點(diǎn)B可同時(shí)向節(jié)點(diǎn)C發(fā)送數(shù)據(jù),而且這兩個(gè)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(shí)的總流通量就等于2×10Mbps=20Mbps,而使用10Mbps的共享式HUB時(shí),一個(gè)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(shí)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(gè)地址表,這個(gè)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(gè)端口收到一個(gè)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(gè)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(shí),交換機(jī)又可以學(xué)習(xí)一目的MAC地址與哪個(gè)端口對應(yīng),在下次傳送數(shù)據(jù)時(shí)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(shí)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(gè)端口,每個(gè)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(shí)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

      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(gè)路由表,這表標(biāo)明了如果要去某個(gè)地方,下一步應(yīng)該往哪走。路由器從某個(gè)端口收到一個(gè)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(gè)信息,并把這個(gè)數(shù)據(jù)包丟掉。

      路由技術(shù)和二層交換看起來有點(diǎn)相似,其實(shí)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(shí)現(xiàn)各自功能的方式是不同的。

      路由技術(shù)其實(shí)是由兩項(xiàng)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(shí),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(gè)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(gè)具有第三層交換功能的設(shè)備是一個(gè)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(shí)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(jì)算、路由的確定等功能,用優(yōu)化、高效的軟件實(shí)現(xiàn)。

      假設(shè)兩個(gè)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(shí),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(gè)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(gè)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(gè)IP地址實(shí)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(gè)ARP請求時(shí),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(gè)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(diǎn):

      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(gè)子網(wǎng)互連時(shí)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(gè)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(gè)端口之間的通信是同時(shí)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(gè)端口還可以只連接一個(gè)設(shè)備。

      為了實(shí)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(gè)或幾個(gè)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(gè)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(gè)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(gè)大型的共享式局域網(wǎng)的用戶分成許多獨(dú)立的網(wǎng)段,減少競爭帶寬的用戶數(shù)量,增加每個(gè)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(gè)大局域網(wǎng)上的用戶分成若干工作組,每個(gè)端口連接一臺設(shè)備 或連接一個(gè)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(gè)或幾個(gè)服務(wù)器,而絕大部分都是普通的客戶機(jī)。客戶機(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(gè)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(gè)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(shí)候, 它就不能接收數(shù)據(jù)包,當(dāng)接收數(shù)據(jù)包的時(shí)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(shí),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(gè)端口都具有橋接功能,每個(gè)端口可以連接一個(gè)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(gè)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(shí)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(yàn)后再發(fā)往其他端口,這樣其延時(shí)等于接收一個(gè)完整的數(shù)據(jù)幀的時(shí)間及處理時(shí)間的總和。如果級聯(lián)很長時(shí),會導(dǎo)致嚴(yán)重的性能問題,但這種方法可以過濾掉錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)幀。

      (2)切入法:

      這種方法只檢驗(yàn)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(shí)。

      其缺點(diǎn)是:錯(cuò)誤幀也會被傳出去。錯(cuò)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(cuò)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(cuò)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?yàn)樗且环N將軟件裝在FlashMemory中的硬件設(shè)備,當(dāng)加電時(shí),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(shí)它的交換表是空的,它可以通過自學(xué)習(xí)來了解各個(gè)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(shí),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(gè)MAC地址,這樣就可以為它分配一個(gè)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(gè)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(gè)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(yùn)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(gè)物理LAN網(wǎng)段連接到一個(gè)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(shí)現(xiàn)的,因此,傳輸速度很快。傳輸數(shù)據(jù)包時(shí),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(shí)也稱元素)。企業(yè)網(wǎng)絡(luò)是通過ATM中樞鏈路連接多個(gè)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(shí)支持多個(gè)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(gè)0Mbps以太網(wǎng)與一個(gè)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(gè)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(gè)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(gè)MAC地址,同時(shí)IP數(shù)據(jù)包頭的TTL(Time To Live)域也開始減數(shù),并重新計(jì)算校驗(yàn)和。當(dāng)數(shù)據(jù)包被送到輸出端口時(shí),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(shí)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(diǎn)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(shí)更新。

      網(wǎng)絡(luò)中,每個(gè)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(bào)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(bào)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(diǎn)站的網(wǎng)絡(luò)來存儲尋址信息,同時(shí)還能在網(wǎng)絡(luò)間截獲發(fā)送到遠(yuǎn)地網(wǎng)段的報(bào)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(bào)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(yàn)證,如CRC校驗(yàn)、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(yàn)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(shí),IP數(shù)據(jù)包頭的TTL(Time To Live)域開始減數(shù),并重新計(jì)算校驗(yàn)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(gè)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(diǎn)。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(xiàng)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(shí)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(duì)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)摹R涀〉刂肪鸵幸粋(gè)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(gè)表。第一個(gè)是IP。第二個(gè)是網(wǎng)卡地址。第三個(gè)是連接類型。

      交換機(jī)如何學(xué)習(xí)MAC地址的

      假設(shè)一個(gè)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(gè)數(shù)據(jù)幀,因?yàn)镻C1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(bào)文為ARP請求報(bào)文,是二層廣播報(bào)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(gè)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(shí),則目標(biāo)MAC地址為0000-0000-0001源MAC地址為0000-0000-0002。此時(shí)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(shí)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。

      拓展:交換機(jī)和路由器的區(qū)別

      1、工作層次不同

      最初的的交換機(jī)是工作在OSI/RM開放體系結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)鏈路層,也就是第二層,而路由器一開始就設(shè)計(jì)工作在OSI模型的網(wǎng)絡(luò)層。由于交換機(jī)工作在OSI的第二層(數(shù)據(jù)鏈路層),所以它的工作原理比較簡單,而路由器工作在OSI的第三層(網(wǎng)絡(luò)層),可以得到更多的協(xié)議信息,路由器可以做出更加智能的轉(zhuǎn)發(fā)決策。

      2、回路:根據(jù)交換機(jī)地址學(xué)習(xí)和站表建立算法,交換機(jī)之間不允許存在回路。一旦存在回路,必須啟動生成樹算法,阻塞掉產(chǎn)生回路的端口。而路由器的路由協(xié)議沒有這個(gè)問題,路由器之間可以有多條通路來平衡負(fù)載,提高可靠性。

      3、子網(wǎng)劃分:交換機(jī)只能識別MAC地址。MAC地址是物理地址,而且采用平坦的地址結(jié)構(gòu),因此不能根據(jù)MAC地址來劃分子網(wǎng)。而路由器識別IP地址,IP地址由網(wǎng)絡(luò)管理員分配,是邏輯地址且IP地址具有層次結(jié)構(gòu),被劃分成網(wǎng)絡(luò)號和主機(jī)號,可以非常方便地用于劃分子網(wǎng),路由器的主要功能就是用于連接不同的網(wǎng)絡(luò)。

      4、負(fù)載集中:交換機(jī)之間只能有一條通路,使得信息集中在一條通信鏈路上,不能進(jìn)行動態(tài)分配,以平衡負(fù)載。而路由器的路由協(xié)議算法可以避免這一點(diǎn),OSPF路由協(xié)議算法不但能產(chǎn)生多條路由,而且能為不同的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用選擇各自不同的最佳路由。

      5、廣播控制:交換機(jī)只能縮小沖突域,而不能縮小廣播域。整個(gè)交換式網(wǎng)絡(luò)就是一個(gè)大的廣播域,廣播報(bào)文散到整個(gè)交換式網(wǎng)絡(luò)。而路由器可以隔離廣播域,廣播報(bào)文不能通過路由器繼續(xù)進(jìn)行廣播。

      6、介質(zhì)相關(guān):交換機(jī)作為橋接設(shè)備也能完成不同鏈路層和物理層之間的轉(zhuǎn)換,但這種轉(zhuǎn)換過程比較復(fù)雜,不適合ASIC實(shí)現(xiàn),勢必降低交換機(jī)的轉(zhuǎn)發(fā)速度。因此目前交換機(jī)主要完成相同或相似物理介質(zhì)和鏈路協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)互連,而不會用來在物理介質(zhì)和鏈路層協(xié)議相差甚元的網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行互連。而路由器則不同,它主要用于不同網(wǎng)絡(luò)之間互連,因此能連接不同物理介質(zhì)、鏈路層協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)。路由器在功能上雖然占據(jù)了優(yōu)勢,但價(jià)格昂貴,報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)速度低。

      7、保密問題:雖說交換機(jī)也可以根據(jù)幀的源MAC地址、目的MAC地址和其他幀中內(nèi)容對幀實(shí)施過濾,但路由器根據(jù)報(bào)文的源IP地址、目的IP地址、TCP端口地址等內(nèi)容對報(bào)文實(shí)施過濾,更加直觀方便。

      交換機(jī)

      交換機(jī)(Switch)意為“開關(guān)”是一種用于電(光)信號轉(zhuǎn)發(fā)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。它可以為接入交換機(jī)的任意兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)提供獨(dú)享的電信號通路。最常見的交換機(jī)是以太網(wǎng)交換機(jī)。其他常見的還有電話語音交換機(jī)、光纖交換機(jī)等。

      路由器

      路由器(Router),是連接因特網(wǎng)中各局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)的設(shè)備,它會根據(jù)信道的情況自動選擇和設(shè)定路由,以最佳路徑,按前后順序發(fā)送信號。路由器是互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的樞紐,"交通警察"。目前路由器已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各行各業(yè),各種不同檔次的產(chǎn)品已成為實(shí)現(xiàn)各種骨干網(wǎng)內(nèi)部連接、骨干網(wǎng)間互聯(lián)和骨干網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)互通業(yè)務(wù)的主力軍。路由和交換機(jī)之間的主要區(qū)別就是交換機(jī)發(fā)生在OSI參考模型第二層(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機(jī)在移動信息的過程中需使用不同的控制信息,所以說兩者實(shí)現(xiàn)各自功能的方式是不同的。

      路由器(Router)又稱網(wǎng)關(guān)設(shè)備(Gateway)是用于連接多個(gè)邏輯上分開的網(wǎng)絡(luò),所謂邏輯網(wǎng)絡(luò)是代表一個(gè)單獨(dú)的網(wǎng)絡(luò)或者一個(gè)子網(wǎng)。當(dāng)數(shù)據(jù)從一個(gè)子網(wǎng)傳輸?shù)搅硪粋(gè)子網(wǎng)時(shí),可通過路由器的路由功能來完成。因此,路由器具有判斷網(wǎng)絡(luò)地址和選擇IP路徑的功能,它能在多網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)環(huán)境中,建立靈活的連接,可用完全不同的數(shù)據(jù)分組和介質(zhì)訪問方法連接各種子網(wǎng),路由器只接受源站或其他路由器的信息,屬網(wǎng)絡(luò)層的一種互聯(lián)設(shè)備。

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