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交换机

2020-03-26  来自: 上海鋆锦信息科技有限公司 浏览次数:645

一、交换机概念

交换机(Switch)也称为多端口网桥,具有高性能和高  端口密集的特点。交换机根据OSI模型可分为二层交换机(数据链路层)和三层交换机(网络层)。

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1 OSI模型 

二层交换机交换机的工作原理与网桥相似,基于MAC地址对数据帧进行转发和过滤。交换机通过检查每个收到帧的源MAC地址,来建立一张MAC地址和端口对应表。

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图2 MAC表

三层交换机,也称为多层交换机,是在二层交换机的基础上增加了第三层路由功能,即在同一台设备中集成了基于硬件的交换和基于硬件的路由。第三层交换使用特殊的专用集成电路(ASIC)硬件来实现。路由是根据数据包中的逻辑地址(IP地址的网络部分)而不是MAC地址来转发数据包,并用它来查找到达目的主机的快捷途径。

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图3 路由表

二、YNet交换机特性

(一)虚拟局域网功能

虚拟局域网功能(VLAN)是把物理上直接相连的网络,按不同的部门或不同的组织划分成若干个逻辑工作组,每个逻辑工作组对应一个虚拟网络,而无需考虑用户的实际位置。

VLAN是以交换以太网为基础的,以软件方式来实现逻辑工作组的划分和管理。它在以太网帧的基础上增加了VLAN头,用VLAN ID将用户划分为更小的工作组,每个工作组就是一个虚拟局域网。利用VLAN,通过软件设定就可以从一个逻辑组方便地移动到另一个逻辑组,而无需改变网络中的实际物理位置。

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图4 VLAN示意图

每一个VLAN对应着一个广播域,只有在同一个VLAN之间才能进行通信,第二层的单播、广播和多播帧在一个VLAN内转发、扩散,而不会直接进入其他的VLAN之中。二层交换机没有路由功能,不能在VLAN之间转发帧,因而处于不同VLAN上的主机不能进行通信,只有引入第三层交换(VLAN间路由)技术之后,VLAN间的通信才成为可能。VLAN通过“逻辑地”将用户或资源分组来增强网络的安全,并具有管理简便和扩展容易的特征。

(二)冗余技术 

YNet交换机支持MSTP/RSTP/STP以及Stron Ring等多种冗余技术。

1、STP生成树协议

STP主要用于消除网络中的环路,防止网络中的冗余链路形成环路引发网络风暴。通过在交换机之间传递一种特殊的协议报文,网桥协议数据单元(Bridge Protocol Data Unit,简称BPDU),来确定网络的拓扑结构。

工作时会由主设备(根桥)和各个子设备根据生成树算法选举根桥、根端口和指定端口,最终将网络形成一个树形结构的网络,其中,根端口、指定端口都处于转发状态,其他端口处于禁用状态。同时根桥会向各个子设备定时发送BPDU数据包,如果子设备没有接受到BPDU,就会逐级反馈直到根桥,然后根桥通知所有设备拓扑收敛并刷新MAC表。

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图5 STP生成树协议

2、RSTP快速生成树协议

RSTP根据STP改进而来,可以后向兼容STP协议,除了与STP一样具有避免环路,动态管理冗余链路的功能外,RSTP缩短了拓扑收敛的时间,收敛速度可达到1s。

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图6 RSTP快速生成树协议

3、MSTP多生成树协议

MSTP多生成树协议是IEEE802.1s中定义的生成树协议,是对STPRSTP功能上的改进。通过生成多个生成树,既能快速收敛,又提供了数据转发的多个冗余路径。MSTP把一个交换网络划分成多个域,每个域内形成多棵生成树,生成树之间彼此独立,同时将多个VLAN捆绑到一个生成树,可以节省通信开销和资源占用率。

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图7 MSTP多生成树协议 

4、Stron Ring私有环网协议

Stron Ring是结合MSTP/RSTP/STP等协议,并在此基础上改善的Istron私有协议,除了MSTP等协议已有的功能外,Stron Ring将冗余环网的切换时间缩减到了20ms以内。

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图8 Stron Ring私有环网协议

(三)DHCP snooping

正常情况下,DHCP客户端刚接入网络会向网络广播一个DHCP Discover请求包。网络中任何DHCP Sever收到DHCP Discover都会回应一个DHCP Offer广播包,为DHCP客户端分配IP地址、子网掩码等信息。DHCP客户端会选择首先收到的DHCP Offer

DHCP snooping的作用是屏蔽接入网络中的非法的 DHCP 服务器。该功能会对网络中DHCP报文进行snooping,从报文中获取IP地址和MAC信息。并且该功能还可以设置信任端口和不信任端口,从非法的DHCP服务器或者不信任的端口发出的DHCP Offer包会做丢弃处理。

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9 DHTP snooping 

(四)网络管理

IGMP snooping是运行在二层设备上的组播约束的机制,用于管理和控制组播组。二层设备通过对收到的IGMP报文进行分析,为端口和MAC组播地址建立起映射关系,并根据这样的映射关系转发组播数据。当二层设备没有运行IGMP Snooping时,组播数据在二层被广播;当二层设备运行了IGMP Snooping后,已知组播组的组播数据不会在二层被广播,而在二层被组播给指定的接收者。

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图10 IGMP snooping网组管理协议窥

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