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二层交换技术是发展比较成熟,二层交换机属数据链路层设备,可以识别数据包中的MAC地址信息,根据MAC地址进行转发,并将这些MAC地址与对应的端口记录在自己内部的一个地址表中。具体的工作流程如下:

(1)当交换机从某个端口收到一个数据包,它先读取包头中的源MAC地址,这样它就知道源MAC地址的机器是连在哪个端口上的;

(2)再去读取包头中的目的MAC地址,并在地址表中查找相应的端口;

(3)如表中有与这目的MAC地址对应的端口,把数据包直接复制到这端口上;

(4)如表中找不到相应的端口则把数据包广播到所有端口上,当目的机器对源机器回应
时,交换机又可以学习一目的MAC地址与哪个端口对应,在下次传送数据时就不再需要对所
有端口进行广播了。

不断的循环这个过程,对于全网的MAC地址信息都可以学习到,二层交换机就是这样建立和
维护它自己的地址表。

从二层交换机的工作原理可以推知以下三点:

(1)由于交换机对多数端口的数据进行同时交换,这就要求具有很宽的交换总线带宽,
如果二层交换机有N个端口,每个端口的带宽是M,交换机总线带宽超过N×M,那么这交换机就可以实现线速交换;

(2)学习端口连接的机器的MAC地址,写入地址表,地址表的大小(一般两种表示方式:
一为BEFFER RAM,一为MAC表项数值),地址表大小影响交换机的接入容量;

(3) 还有一个就是二层交换机一般都含有专门用于处理数据包转发的ASIC (Applicati
on specific Integrated Circuit)芯片,因此转发速度可以做到非常快。由于各个厂家
采用ASIC不同,直接影响产品性能。

以上三点也是评判二三层交换机性能优劣的主要技术参数,这一点请大家在考虑设备选型
时注意比较。

(二)路由技术

路由器工作在OSI模型的第三层---网络层操作,其工作模式与二层交换相似,但路由器工作在第三层,这个区别决定了路由和交换在传递包时使用不同的控制信息,实现功能的方式就不同。工作原理是在路由器的内部也有一个表,这个表所标示的是如果要去某一个地方,下一步应该向那里走,如果能从路由表中找到数据包下一步往那里走,把链路层信息加上转发出去;如果不能知道下一步走向那里,则将此包丢弃,然后返回一个信息交给源地址。

路由技术实质上来说不过两种功能:决定最优路由和转发数据包。路由表中写入各种信息由路由算法计算出到达目的地址的最佳路径,然后由相对简单直接的转发机制发送数据包。接受数据的下一台路由器依照相同的工作方式继续转发,依次类推,直到数据包到达目的路由器。

而路由表的维护,也有两种不同的方式。一种是路由信息的更新,将部分或者全部的路由信息公布出去,路由器通过互相学习路由信息,就掌握了全网的拓扑结构,这一类的路由协议称为距离矢量路由协议;另一种是路由器将自己的链路状态信息进行广播,通过互相学习掌握全网的路由信息,进而计算出最佳的转发路径,这类路由协议称为链路状态路由协议。

由于路由器需要做大量的路径计算工作,一般处理器的工作能力直接决定其性能的优劣。当然这一判断还是对中低端路由器而言,因为高端路由器往往采用分布式处理系统体系设
计。

(三)三层交换技术

近年来的对三层技术的宣传,耳朵都能起茧子,到处都在喊三层技术,有人说这是个非常新的技术,也有人说,三层交换嘛,不就是路由器和二层交换机的堆叠,也没有什么新的玩意,事实果真如此吗?下面先来通过一个简单的网络来看看三层交换机的工作过程。

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