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澳门威尼人9499网站:三层交换机的原理和设计

发布时间:01月11日 阅读:676



择要:三层互换机集第二层互换技巧和第三层路由技巧的上风于一体,徐徐成为了宽带高速收集中的关键设备。

本文在先容三层互换技巧和三层互换机事情道理的根基上,给出了一款三层互换机的设计,依照该设计实现的三层互换机已投入实际运行。

关键词:互换;路由;三层互换机

1.小序传统路由器在收集中起到隔离收集、隔离广播、路由转发以及防火墙的功课,并且跟着收集的赓续成长,路由器的负荷也在迅速增长。此中一个紧张缘故原由是出于安然和治理方便等方面的斟酌,VLAN(虚拟局域网)技巧在收集中大年夜量利用。VLAN技巧可以逻辑隔离各个不合的网段、端口以致主机,而各个不合VLAN间的通信都要颠末路由器来完成转发。因为局域网中数据流量很大年夜,VLAN间大年夜量的信息互换都要经由过程路由器来完成转发,这时刻跟着数据流量的赓续增长路由器就成为了收集的瓶颈。为了办理局域收集的这个瓶颈,很多企业内部、黉舍和小区扶植局域网时都采纳了三层互换机。三层互换技巧将互换技巧引入到收集层,三层互换机的利用也从最初收集中间的骨干层、汇聚层不停渗透到收集边缘的接入层。

2.第三层互换技巧

2.1三层互换的观点第三层互换技巧也称为IP互换技巧或高速路由技巧等,是相对付传统互换观点而提出的。众所周知,传统的互换技巧是在OSI 收集标准模型中的第二层—数据链路层进行操作的,而第三层互换技巧是在收集模型中的第三层实现了数据包的高速转发。简单地说,第三层互换技巧便是:第二层互换技巧+第三层转发技巧,这是一种使用第三层协议中的信息来加强第二层互换功能的机制。一个具有第三层互换功能的设备是一个带有第三层路由功能的第二层互换机,但它是二者的有机结合,并不是简单地把路由器设备的硬件及软件简单地叠加在局域网互换机上。

2.2三层互换的道理从硬件的实现上看,今朝,第二层互换机的接口模块都是经由过程澳门威尼人9499网站高速背板/总线互换数据的。在第三层互换机中,与路由器有关的第三层路由硬件模块也插接在高速背板/总线上,这种要领使得路由模块可以与必要路由的其他模块间高速地互换数据,从而冲破了传统的外接路由器接口速度的限定(10Mbit/s——100Mbit/s)。在软件方面,第三层互换机将传统的基于软件的路由看从新进行了界定:

(1)。数据封包的转发:如IP/IPX封包的转发,这些有规律的历程经由过程硬件高速实现;

(2)。第三层路由软件:如路由信息的更新、路由表掩护、路由谋略、路由切实着实定等功能,用优化、高效的软件实澳门威尼人9499网站现。

假设有两个应用IP协议的站点,经由过程第三层互换机进行通信的历程为:若发送站点A在开始发送时,已知目的站B的IP地址,但尚不知道它在局域网上发送所必要的MAC 地址,则必要采纳地址解析(ARP)来确定B的MAC 地址。A把自己的IP 地址与B的IP 地址对照,采纳其软件中设置设置设备摆设摆设的子网掩码提掏出收集地址来确定B是否与自己在同一子网内。若B 与A 在同一子网内,A 广播一个ARP 哀求,B 返回其MAC 地址,A 获得B 的MAC 地址后将这一地址缓存起来,并用此MAC 地址封包转发数据,第二层互换模块查找MAC 地址表确定将数据包发向目的端口。若两个站点不在同一子网内,则A 要向"缺省网关"发出ARP(地址解析)封包,而"缺省网关"的IP 地址已经在系统软件中设置,这个IP 地址实际上对应第三层互换机的第三层互换模块。当A 对"缺省网关"的IP 地址广播出一个ARP 哀求时,若第三层互换模块在以往的通信历程中已获得B 的MAC 地址,则向发送站A 回覆B 的MAC 地址;否则第三层互换模块根据路由信息向目的站广播一个ARP 哀求,B 获得此ARP 哀求后向第三层互换模块回覆其MAC 地址,第三层互换模块保存此地址并回覆给发送站A .今后,当再进行A 与B 之间数据包转发时,将用终极的目的站点的MAC 地址封包,数据转发历程整个交给第二层互换处置惩罚,信息得以高速互换[1] .

2.3第三层互换的特征凸起的特征如下:

(1)。有机的硬件结合使得数据互换加速;

(2)。优化的路由软件使得路由历程效率前进;

(3)。除了需要的路由抉择历程外,大年夜部分数据转发历程由第二层互换处置惩罚;

(4)。多个子网互连时只是与第三层互换模块的逻辑连接,不象传统的外接路由器那样需增添端口,保护了用户的投资。

第三层互换的目标是,只要在源地址和目的地址之间有一条更为直接的第二层通路,就没有需要颠末路由器转发数据包。第三层互换应用第三层路由协议确定传送路径,此路径可以只用一次,也可以存储起来,供今后应用。之后数据包经由过程一条虚电路绕过路由器快速发送。

第三层互换技巧的呈现,办理下场域网中网段划分之后,网段中子网必须依附路由器进行治理的场所场面,办理了传统路由器低速、繁杂所造成的收集瓶颈问题。当然,三层互换技巧并不是收集互换机与路由器的简单叠加,而是二者的有机结合,形成一个集成的、完备的办理规划。

3.一款第三层互换机的设计斟酌到市场必要,互换机资源和自立常识产权身分,我们设计开拓了有自立常识产权的VLSW4150系列互换机。VLSW4150 系列互换机是为企业供给的高机能、多层次化的办理规划。VLSW 4150也适用于ISP和办事供给商,尤其是对付一些大年夜型的运营商,将能够增强其在IP市场的竞争力。

3.1总体设计VLSW4150互换机有24个RJ45 10/100BASE-TX自适应端口,供给2个可选的光纤10/100BaseTx以太口、100BaseFx快速以太端口或者千兆以太网口(SX,LX,ZX),并别的供给一个串口和一个100M以太网口对互换机进行设置设置设备摆设摆设。

VLSW4150互换机的体系布局可以支持最高到11Gbps的速度,多层互换速度达到6.6Mpps;可以支持8,192个MAC地址;为了更好的节制收集流量和收集安然,还支持以1M为步长的速度限定;支持TaggedVLAN和MAC-based的帧过滤以及RIP、OSPF和BGP路由协议。

VLSW4150互换机供给客栈技巧可以以一个逻辑IP地址来治理多个互换机,并可在一个口上镜像其他的数据包,供给基于Web的网管系统以及CLI要领来调试互换机。VLSW4150支持SNMP协议、RMON和Telnet功能来便于治理。

3.2硬件布局

VLSW4150三层互换机的硬件布局分为两个部分,处置惩罚器模块和互换模块,它们之间经由过程PCI接口相连,同时共同响应的外围电路形成完备的三层互换机系统,见图1.

(1)处置惩罚器模块

如图2所示,处置惩罚器部采纳一款MOTOROLAPowerQUICCIICPU,同一些外部存储设备以及一些外围电路构成三层互换机的处置惩罚器部分。处置惩罚器模块主如果运行嵌入式操作系统,设置设置设备摆设摆设系统和路由表的保持,而不是数据转发通路的组成部分。CPLD 保存一些CPU初始化的一些设置设置设备摆设摆设以包管上电后CPU正常启动,Flash 芯片用于存储三层互换机的所必要的所有软件和相关设置设置设备摆设摆设,SDRAM在系统启动之后载入FLASH中的法度榜样,包管系统正常运行。处置惩罚器模块一方面供给一个快速以太网接口和一个异步口,用于对互换机进行设置设置设备摆设摆设和调试;另一方面经由过程PCI接口和互换模块相连,经由过程PCI接口对互换模块进行节制,并进行数据传输[2] .

图2处置惩罚器模块的硬件组成

(2)互换模块

如图3所示,互换模块采纳了BROADCOM公司的BCM5645作为ASIC芯片,经由过程PCI接口与处置惩罚器模块进行通信完成数据传输,经由过程5645供给的内存接口,可以给互换模块供给一个64M的外部SDRAM,从而前进互换机的吞吐量和互换速率。5645经由过程MII接口和GMII接口分手连接24个百兆以太网和2个千兆以太网[3].

图3互换模块的硬件组成

3.3软件布局

VLSW4150三层互换机的软件系统采纳了模块化、散播式的设计措施,基于实时多义务操作系统。软件系统的布局呈层次布局,一层建立在另一层的根基上,每一层都应用隔邻它的下一层所供给的办事,并且为它上面一层供给更高一级的办事,其优点是:可以向上层软件樊篱底层操作,前进上层软件的可移植性,前进软件的可掩护性。

如图4所示,软件大年夜体分为三个层面:

(1)驱动层

驱动法度榜样将上层软件和硬件系统进行了连接,把上层软件的路由更新、治理及设置设置设备摆设摆设澳门威尼人9499网站敕令转化为硬件系统所能识别的款式,从而达到更新其内部数据布局如路由表,地址澳门威尼人9499网站澳门威尼人9499网站表等,节制及治理硬件互换系统的目的;同时设备驱动法度榜样把底层硬件收到的路由更新报文、节制治理帧及收到的各类信息通报给上层软件处置惩罚;

(2)协议栈

实现了TCP/IP、802.1D和802.1Q等协议,为上层的利用法度榜样供给优越的接口;

(3)利用层

主要包括路由模块和网管模块,路由模块实现了RIP和OSPF等协议,即实现第三层路由的主要功能;网管模块实现了SNMP和RMON等网管模块,使三层互换机具有部分网管功能,包管三层互换机更好地正常运转。

图4软件布局

4.第三层互换机的利用

第三层互换机的主要用途是代替传统路由器作为收集的核心,是以,凡是没有广域连接需求,同时又必要路由器的地方,都可以用第三层互换机来代替。在企业网和校园网中,一样平常会将第三层互换机用在收集的核心层,用第三层互换机上的千兆端口或百兆端口连接不合的子网或VLAN.第三层互换机办理下场域网VLAN必须依附路由器进行治理的场所场面,办理了传统路由器速率低、繁杂所造成的收集瓶颈问题。使用三层互换机在局域网中划分VLAN,可以满意用户端多种机动的逻辑组合,防止了广播风暴的孕育发生,对不合 VLAN 之间可以根据必要设定不合的造访权限,以此增添收集的整体安然性,极大年夜地前进收集治理员的事情效率,而且第三层互换机可以合理设置设置设备摆设摆设信息资本,低落收集设置设置设备摆设摆设资源,使得互换机之间连接变得机动。



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