Después de reenviar el nombre de dominio, el front-end obtiene el nombre de dominio.
2. El conmutador compara la dirección MAC de destino en la trama de datos con la tabla de direcciones MAC establecida para determinar qué puerto reenviar.
3. Si la dirección MAC de destino en la trama de datos no está en la tabla de direcciones MAC, se reenviará a todos los puertos. Este proceso se llama inundación.
4. Las tramas de difusión y las tramas de multidifusión se reenvían a todos los puertos.
2. Tres funciones principales del conmutador
Aprendizaje: el conmutador Ethernet conoce la dirección MAC del dispositivo conectado a cada puerto, asigna la dirección al puerto correspondiente y la almacena. la tabla de direcciones MAC en la caché del conmutador.
Reenvío/filtrado: cuando la dirección de destino de una trama de datos se asigna en la tabla de direcciones MAC, se reenvía al puerto conectado al nodo de destino en lugar de a todos los puertos (si la trama de datos es una transmisión /trama multicast, luego reenviada a todos los puertos).
Eliminación de bucles: cuando un conmutador contiene un bucle redundante, el conmutador Ethernet utiliza el protocolo Spanning Tree para evitar bucles y al mismo tiempo permitir rutas de respaldo.
3. Características de funcionamiento del conmutador
1. El segmento de red conectado a cada puerto del conmutador es un dominio de colisión independiente.
2. Los dispositivos conectados al switch siguen en el mismo dominio de transmisión, es decir, el switch no está aislado de la transmisión (la única excepción es en un entorno con VLAN).
3. El conmutador reenvía en función de la información del encabezado de la trama, por lo que el conmutador es un dispositivo de red que funciona en la capa de enlace de datos (el conmutador aquí solo se refiere al dispositivo de conmutación tradicional de capa 2).
Cuarto, clasificación de los conmutadores
Según los diferentes modos de funcionamiento de los conmutadores al procesar tramas, se pueden dividir en dos categorías:
Almacenar y reenviar: En el reenvío Anteriormente, el conmutador tenía que recibir la trama completa, comprobar si había errores y, si no había errores, enviar la trama a la dirección de destino. El retraso en el reenvío de una trama a través de un conmutador varía según la longitud de la trama.
Passthrough: tan pronto como el conmutador comprueba la dirección de destino contenida en el encabezado de la trama, reenvía inmediatamente la trama sin esperar a que se reciban todas las tramas o sin comprobar errores. Debido a que la longitud del encabezado de la trama Ethernet siempre es fija, el retraso en el reenvío de la trama a través del conmutador permanece constante. ¿Conmutadores de capa 5, capa 2, capa 3 y capa 4?
Múltiples entendimientos:
1.
La conmutación de capa 2 (también llamada puente) es un puente basado en hardware. Reenvíe paquetes según la dirección MAC única de cada sitio final. El alto rendimiento de la conmutación de Capa 2 puede llevar a diseños de red que aumenten la cantidad de hosts en cada subred. Todavía tiene las características y limitaciones del puente.
La conmutación de capa 3 es un enrutamiento basado en hardware. La principal diferencia en la operación de conmutación de paquetes entre enrutadores y conmutadores de Capa 3 es la implementación física.
La definición simple de conmutación de Capa 4 es la capacidad de tomar decisiones de reenvío basadas no solo en MAC (puente de Capa 2) o dirección IP de origen/destino (enrutamiento de Capa 3), sino también en la aplicación TCP/UDP. puertos. Esto permite a la red diferenciar entre aplicaciones al tomar decisiones de enrutamiento. Los flujos de datos se pueden priorizar en función de aplicaciones específicas. Proporciona soluciones más detalladas para la tecnología de calidad de servicio basada en políticas. Proporciona una forma de diferenciar entre tipos de aplicaciones.
2.
Los conmutadores de capa 2 se basan en direcciones MAC.
Los conmutadores de capa 3 tienen funciones VLAN como conmutación y enrutamiento. ///Basados en IP, son redes.
Los conmutadores de capa 4 se basan en puertos y son aplicaciones.
3.
La tecnología de conmutación de Capa 2 se ha desarrollado desde puentes hasta VLAN (Red de Área Local Virtual), y ha sido ampliamente utilizada en la construcción y transformación de LAN. La tecnología de conmutación de segunda capa es la segunda capa del modelo de red de siete capas OSI, es decir, la capa de enlace de datos. Reenvía paquetes según su dirección MAC de destino, que es transparente para los protocolos de capa de red o de capa superior.
No se ocupa de la dirección IP de la capa de red ni de la dirección del puerto de protocolos de alto nivel como TCP y UDP. Solo requiere la dirección física del paquete de datos, es decir, la dirección MAC. El intercambio de datos se implementa mediante hardware y es bastante rápido, lo cual es una ventaja significativa de la conmutación de Capa 2. Sin embargo, no puede manejar el intercambio de datos entre diferentes subredes IP. Los enrutadores tradicionales pueden manejar una gran cantidad de paquetes a través de subredes IP, pero su eficiencia de reenvío es menor que la de la Capa 2. Por lo tanto, para aprovechar la alta eficiencia de reenvío de los paquetes IP de la capa 2 y procesar los paquetes IP de la capa 3, nació la tecnología de conmutación de capa 3.
El principio de funcionamiento de la tecnología de conmutación de tres capas
La conmutación de tres capas funciona en la tercera capa del modelo de red de siete capas OSI, es decir, la capa de red. el encabezado del paquete IP en el protocolo de tres capas La información se utiliza para marcar los flujos de servicios de datos posteriores. Los paquetes posteriores de flujos de servicios con la misma marca se intercambian con la capa de enlace de datos de la Capa 2, abriendo así una ruta entre la dirección IP de origen. y la dirección IP de destino. Este camino pasa por la segunda capa de enlace. Con esta ruta, el conmutador de Capa 3 no necesita descomprimir los paquetes de datos recibidos cada vez para determinar la ruta. En lugar de ello, reenvía directamente los paquetes de datos e intercambia flujos de datos.
4.
Tecnología de conmutación de capa 2
La tecnología de conmutación de capa 2 ha madurado. Un conmutador de capa 2 es un dispositivo de capa de enlace de datos que puede identificar la información de la dirección MAC en los paquetes de datos, reenviarlos en función de la dirección MAC y registrar estas direcciones MAC y los puertos correspondientes en una tabla de direcciones. El flujo de trabajo específico es el siguiente:
(1) Cuando el conmutador recibe un paquete de datos de un puerto, primero lee la dirección MAC de origen en el encabezado, para saber en qué puerto está la máquina con el origen. La dirección MAC está conectada a ;
(2) Lea la dirección MAC de destino en el encabezado del paquete y busque el puerto correspondiente en la tabla de direcciones
(3) Si hay un puerto; correspondiente a la dirección MAC de destino en el puerto de la tabla, el paquete de datos se copiará directamente al puerto;
(4) Si el puerto correspondiente no se encuentra en la tabla, el paquete de datos se transmitirá a todos los puertos. Cuando la máquina de destino responde a la máquina de origen, el conmutador puede aprender a qué puerto corresponde la dirección MAC de destino, por lo que ya no necesita transmitir todos los puertos en la siguiente transmisión de datos.
A través de este proceso, podemos conocer la información de la dirección MAC de toda la red. Así es como un conmutador de Capa 2 crea y mantiene su propia tabla de direcciones.
Los siguientes tres puntos se pueden inferir del principio de funcionamiento del conmutador de segunda capa:
(1) Dado que el conmutador conmuta datos en la mayoría de los puertos al mismo tiempo, requiere una ancho de banda de bus de conmutación más amplio. Si un conmutador de capa 2 tiene n puertos, el ancho de banda de cada puerto es M y el ancho de banda del bus del conmutador excede N×M, entonces el conmutador puede lograr una conmutación a velocidad de línea;
(2) Aprendizaje la máquina conectada a la dirección MAC del puerto y escríbala en la tabla de direcciones. El tamaño de la tabla de direcciones (generalmente expresado de dos maneras: una es la RAM BEFFER, la otra es el valor de la entrada de la tabla MAC) afecta la capacidad de acceso del conmutador;
(3) Otro punto La razón es que los conmutadores de capa 2 generalmente contienen chips ASIC (circuito integrado de aplicación específica) que se utilizan específicamente para el reenvío de paquetes, por lo que la velocidad de reenvío puede ser muy rápida. Debido a que diferentes fabricantes utilizan diferentes ASIC, esto afecta directamente el rendimiento del producto.
Los tres puntos anteriores son también los principales parámetros técnicos para juzgar el rendimiento de los conmutadores de Capa 2 y Capa 3. Preste atención a la comparación al considerar la selección del equipo.
(2) Tecnología de enrutamiento
Los enrutadores funcionan en la tercera capa del modelo OSI: la capa de red. El modo de trabajo es similar a la conmutación de la segunda capa, pero el enrutador funciona. la tercera capa. Esta diferencia determina que el enrutamiento y la conmutación utilizan información de control diferente al entregar paquetes de datos y sus funciones se implementan de diferentes maneras. El principio de funcionamiento es que también hay una tabla dentro del enrutador, que indica que si desea ir a algún lugar, adónde debe ir a continuación. Si puede encontrar el paquete en la tabla de enrutamiento, debe agregar la información de la capa de enlace y reenviarlo. Si no sabe adónde ir a continuación, simplemente descarte el paquete y devuelva un mensaje a la dirección de origen.
Esencialmente, la tecnología de enrutamiento tiene solo dos funciones: determinar la ruta óptima y reenviar paquetes de datos.
Escriba diversa información en la tabla de enrutamiento, calcule la mejor ruta a la dirección de destino mediante algoritmos de enrutamiento y luego envíe el paquete de datos a través de un mecanismo de reenvío relativamente simple y directo. El siguiente enrutador que recibe los datos continúa reenviándolos de la misma manera, y así sucesivamente hasta que el paquete llega al enrutador de destino.
Existen dos formas diferentes de mantener las tablas de enrutamiento. Uno es la actualización de la información de enrutamiento, que publica parte o toda la información de enrutamiento. Los enrutadores aprenden unos de otros para dominar la topología de toda la red. Este protocolo de enrutamiento se denomina protocolo de enrutamiento por vector de distancia. La otra es que los enrutadores transmitan su propia información de estado de enlace, aprendan unos de otros la información de enrutamiento de toda la red y luego calculen la mejor ruta de reenvío. Este protocolo de enrutamiento se denomina protocolo de enrutamiento de estado de enlace.
Dado que el enrutador necesita realizar una gran cantidad de trabajo de cálculo de ruta, el rendimiento del procesador de uso general determina directamente su rendimiento. Por supuesto, este juicio todavía se aplica a los enrutadores de gama baja, porque los enrutadores de gama alta a menudo adoptan diseños de arquitectura de sistema de procesamiento distribuido.
(3) Tecnología de conmutación de tres capas
En los últimos años, se puede escuchar la publicidad de la tecnología de tres capas y se grita por todas partes. Algunas personas dicen que se trata de una tecnología muy nueva, mientras que otras dicen que la conmutación de Capa 3 es solo una pila de enrutadores y conmutadores de Capa 2, y que no hay nada nuevo. ¿Es este realmente el caso? Echemos un vistazo al proceso de trabajo de un conmutador de capa 3 a través de una red simple.
La red es relativamente simple
Dispositivo A que usa IP - Conmutador de capa 3 - Dispositivo B que usa IP.
Por ejemplo, si A quiere enviar datos a B y se conoce la IP de destino, entonces A usará la máscara de subred para obtener la dirección de red y determinar si la IP de destino está en el mismo segmento de red que sí mismo.
Si está en el mismo segmento de red pero no conoce la dirección MAC requerida para reenviar datos, A envía una solicitud ARP y B devuelve su propia dirección MAC. a usa esta MAC para empaquetar el paquete de datos y enviarlo al conmutador. El conmutador utiliza el módulo de conmutación de Capa 2 para buscar la tabla de direcciones MAC y reenviar el paquete de datos al puerto correspondiente.
Si la dirección IP de destino no aparece en el mismo segmento de red, entonces A quiere comunicarse con B. Si no hay una entrada de dirección MAC correspondiente en la entrada de caché de flujo, enviará los primeros datos normales. paquete a una puerta de enlace predeterminada. Esta puerta de enlace predeterminada generalmente se configura en el sistema operativo y corresponde al módulo de enrutamiento de tercera capa. Por lo tanto, puede ver que para los datos que no están en la misma subred, la dirección MAC de la puerta de enlace predeterminada es la primera. colocado en la tabla MAC; luego el módulo de tercera capa recibe este paquete, consulta la tabla de enrutamiento para determinar la ruta a B y construye un nuevo encabezado de trama, en el que la dirección MAC de la puerta de enlace predeterminada es la dirección MAC de origen, y la dirección MAC del host B es la dirección MAC de destino. A través de un determinado mecanismo de activación de identificación, se establece la relación correspondiente entre las direcciones MAC de los hosts A y B y el puerto de reenvío, se registra la tabla de entrada del caché entrante y los datos posteriores de A a B se entregan directamente a la capa. 2 módulos de conmutación. A esto se le suele denominar una ruta y múltiples reenvíos.
Lo anterior es un resumen simple del proceso de trabajo del conmutador de tres capas. Podemos ver las características del conmutador de tres capas:
Se logra el reenvío de datos de alta velocidad. mediante combinación de hardware.
Esta no es una simple superposición de conmutadores y enrutadores de capa 2. El módulo de enrutamiento de Capa 3 se superpone directamente al bus del plano posterior de alta velocidad de la conmutación de Capa 2, superando el límite de velocidad de la interfaz de los enrutadores tradicionales. La velocidad puede alcanzar decenas de Gbit/s, contando el ancho de banda del plano posterior. veces el rendimiento del conmutador de Capa 3 es un parámetro importante.
El software de enrutamiento simple simplifica el proceso de enrutamiento.
La mayor parte del reenvío de datos, excepto el enrutamiento necesario, se realiza mediante software de enrutamiento y también se reenvía a alta velocidad mediante módulos de capa 2. La mayor parte del software de enrutamiento es un software de optimización procesado y eficiente, en lugar de simplemente copiar el software en el enrutador. Conclusión
Los conmutadores de capa 2 se utilizan en redes LAN pequeñas. No hace falta decir que en una LAN pequeña el impacto de los paquetes de difusión es mínimo. Las rápidas capacidades de conmutación, los múltiples puertos de acceso y el bajo precio de los conmutadores de capa 2 proporcionan la solución perfecta para los usuarios de redes pequeñas.
La ventaja del enrutador radica en sus ricos tipos de interfaz, su fuerte soporte para la Capa 3 y sus poderosas capacidades de enrutamiento, que son adecuadas para el enrutamiento entre redes grandes.
Su ventaja es que tiene las funciones de seleccionar la mejor ruta, equilibrio de carga, respaldo de enlaces e intercambiar información de enrutamiento con otras redes.
La función más importante de un conmutador de Capa 3 es acelerar el rápido reenvío de datos en grandes LAN, y la función de enrutamiento también se utiliza para este propósito. Si una red grande se divide en LAN pequeñas según departamentos, regiones y otros factores, generará una gran cantidad de acceso a Internet, y el acceso a Internet no se puede lograr simplemente usando conmutadores de Capa 2 si simplemente se usa un enrutador; debido al número limitado de interfaces, la velocidad de reenvío de enrutamiento será lenta, la velocidad de la red se reducirá y la escala será limitada. Por lo tanto, el uso de conmutadores de capa 3 de reenvío rápido con funciones de enrutamiento es la primera opción.
En términos generales, en una red con un gran tráfico de datos de intranet y requisitos de reenvío y respuesta rápidos, si todos los conmutadores de Capa 3 hacen este trabajo, los conmutadores de Capa 3 se sobrecargarán y la velocidad de respuesta se verá afectada. Es una buena estrategia de red entregar el enrutamiento entre redes a los enrutadores y aprovechar al máximo las ventajas de los diferentes dispositivos. Por supuesto, la premisa es que el cliente tiene mucho dinero; de lo contrario, la mejor opción es utilizar conmutadores de capa 3 como interconexión a Internet.
5.
Una definición simple de conmutación de Capa 4 es que es una función que determina la transmisión no solo en función de la dirección MAC (puente de Capa 2) o la dirección IP de origen/destino ( Enrutamiento de Capa 3), también basado en TCP/UDP (Capa 4). La conmutación de capa 4 funciona como una IP virtual que apunta a un servidor físico. Los servicios que transmite siguen diversos protocolos, como HTTP, FTP, NFS, Telnet u otros protocolos. Estos servicios requieren complejos algoritmos de equilibrio de carga basados en servidores físicos. En el mundo IP, el tipo de servicio está determinado por la dirección del puerto TCP o UDP del terminal, y el intervalo de aplicación en la conmutación de capa 4 está determinado por las direcciones IP de origen y del terminal, los puertos TCP y UDP.
Establezca una dirección IP virtual (VIP) para cada grupo de servidores utilizado para la búsqueda en la conmutación de Capa 4, y cada grupo de servidores admite algunas aplicaciones. Cada dirección de servidor de aplicaciones almacenada en el servidor de nombres de dominio (DNS) es una dirección VIP, no una dirección de servidor real.
Cuando un usuario solicita una aplicación, se envía al conmutador del servidor una solicitud de conexión VIP (como un paquete TCP SYN) al grupo de servidores de destino. El conmutador de servidor selecciona el mejor servidor del grupo, reemplaza el VIP en la dirección del terminal con la IP del servidor real y envía una solicitud de conexión al servidor. De esta manera, todos los paquetes dentro del mismo intervalo son mapeados por el conmutador del servidor y transmitidos entre el usuario y el mismo servidor.
El principio de conmutación de capa 4
La cuarta capa del modelo OSI es la capa de transporte. La capa de transporte es responsable de la comunicación de un extremo a otro, es decir, de coordinar la comunicación entre las fuentes de la red y los sistemas de destino. En la pila de protocolos IP, esta es la capa de protocolo donde residen TCP (un protocolo de transporte) y UDP (Protocolo de datagramas de usuario).
Los encabezados de capa 4, TCP y UDP contienen números de puerto, que pueden distinguir de forma única qué protocolos de aplicación (como HTTP, FTP, etc.) contiene cada paquete. El sistema de punto final utiliza esta información para distinguir los datos del paquete, especialmente el número de puerto, de modo que el sistema informático receptor pueda determinar el tipo de paquete IP que recibió y entregarlo al software de alto nivel apropiado. La combinación de número de puerto y dirección IP del dispositivo a menudo se denomina "socket".
Los números de puerto entre 1 y 255 están reservados y se conocen como puertos "conocidos", es decir, en todos los host TCP/I.
En la implementación de la pila del protocolo P, estos números de puerto son los mismos. Además de los puertos "conocidos", los servicios UNIX estándar se asignan en el rango de puertos 256 a 1024, y a las aplicaciones personalizadas generalmente se les asignan números de puerto superiores al 1024.
Puede encontrar una lista actualizada de números de puerto asignados en RFC 1700 "Números asignados". El banner final TCP/UDP proporciona información adicional que pueden utilizar los conmutadores de red, que es la base para la conmutación de Capa 4.
Ejemplos de números de puerto "conocidos":
Número de puerto del protocolo de aplicación
FTP 20 (datos)
21 (control )
TELNET 23
SMTP 25
HTTP 80
NNTP 119
NNMP 16
162 (Trampa SNMP)
Los números de puerto TCP/UDP proporcionan información adicional que pueden utilizar los conmutadores de red, que es la base de la conmutación de Capa 4.
Un conmutador con capacidades de Capa 4 puede actuar como una interfaz de "IP virtual" (VIP) para el servidor.
Cada servidor y grupo de servidores que admite aplicaciones individuales o públicas está configurado con una dirección VIP. Esta dirección VIP se envía y registra en el sistema de nombres de dominio.
Al enviar una solicitud de servicio, el conmutador de Capa 4 reconoce el inicio de la sesión juzgando el inicio de TCP. Luego utiliza un algoritmo complejo para determinar el mejor servidor para manejar la solicitud. Después de tomar esta decisión, el conmutador asocia la sesión con una dirección IP específica y reemplaza la dirección VIP en el servidor con la dirección IP real del servidor.
Cada conmutador de Capa 4 almacena la dirección IP de origen y el puerto TCP de origen que coinciden con el servidor seleccionado.
Tabla de conexiones asociadas. Luego, el conmutador de Capa 4 reenvía la solicitud de conexión a ese servidor. Todos los paquetes posteriores se reasignan y reenvían entre el cliente y el servidor hasta que el conmutador descubre la sesión.
Con la conmutación de Capa 4, el acceso se puede conectar a servidores reales para cumplir con las reglas establecidas por el usuario, como dar a cada servidor un número igual de accesos o asignar transmisiones en función de la capacidad de flujo de los diferentes servidores.