¿Cómo expresar la capacidad de la dirección mac en un switch o enrutador?

. El conmutador establece la asignación entre la dirección MAC de origen en la trama de datos recibida y el puerto del conmutador, y la escribe en la tabla de direcciones MAC.

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 comprende la dirección MAC del dispositivo conectado a cada puerto, asigna la dirección al puerto correspondiente y la almacena. en la caché del conmutador en la tabla de direcciones MAC.

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 se transmite/ Las tramas multicast se reenvían a todos los puertos).

Eliminar bucles: cuando un conmutador incluye un bucle redundante, el conmutador Ethernet utiliza el protocolo de árbol de expansión para evitar bucles y al mismo tiempo permitir que existan 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 conmutador todavía están en el mismo dominio de transmisión, es decir, el conmutador no aísla las transmisiones (la única excepción es en un entorno equipado 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 mencionado aquí solo se refiere al dispositivo de conmutación tradicional de capa 2).

IV. Clasificación de los conmutadores

Según los diferentes modos de funcionamiento de los conmutadores a la hora de procesar tramas, se pueden dividir principalmente en dos categorías:

Almacenar y reenviar. : el cambio antes de reenviar Se debe recibir la trama completa y verificar el error. Si no hay ningún error, la trama se enviará 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.

Directo: el conmutador reenvía inmediatamente la trama siempre que verifique la dirección de destino contenida en el encabezado de la trama, sin esperar a que se reciban todas las tramas ni realizar una verificación de errores. Dado que la longitud del encabezado de la trama Ethernet siempre es fija, el retardo de reenvío de la trama a través del conmutador también permanece constante. ¿Conmutadores de capa 5, 2, 3 o 4?

Múltiples interpretaciones:

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. Sigue teniendo las mismas características y limitaciones que un puente.

La conmutación de capa 3 es un enrutamiento basado en hardware. La principal diferencia entre las operaciones de conmutación de paquetes entre enrutadores y conmutadores de Capa 3 es la implementación física.

La definición simple de conmutación de Capa 4 se basa no solo en MAC (puente de Capa 2) o en la dirección IP de origen/destino (enrutamiento de Capa 3), sino también en los puertos de aplicación TCP/UDP. decisiones adelantadas. Permite a la red diferenciar entre aplicaciones al tomar decisiones de enrutamiento. Capacidad para priorizar flujos de datos en función de aplicaciones específicas. Proporciona una solución más detallada para la tecnología de calidad de servicio basada en políticas. Proporciona una forma de diferenciar los tipos de aplicaciones.

2.

Los conmutadores de capa 2 se basan en direcciones MAC

Los conmutadores de capa 3 tienen funciones de VLAN, conmutación y enrutamiento ///Basados ​​en IP, es la red

Los conmutadores de capa 4 se basan en puertos, que son aplicaciones

3.

La tecnología de conmutación de capa 2 se ha desarrollado desde puentes hasta VLAN (LAN virtuales). , y se ha ganado en la construcción y transformación de LAN en una amplia gama de aplicaciones. La tecnología de conmutación de segunda capa funciona en la segunda capa del modelo de red de siete capas OSI, es decir, la capa de enlace de datos.

Reenvía los paquetes de datos recibidos según la dirección MAC de destino y es transparente para la capa de red o protocolos de nivel superior. No procesa la dirección IP de la capa de red ni las direcciones de 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 realiza mediante. hardware y su velocidad es bastante rápida. Esta 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 de datos a través de subredes IP, pero su eficiencia de reenvío es menor que la de la Capa 2. Por lo tanto, si desea aprovechar la alta eficiencia de reenvío de la Capa 2, también debe procesar IP de Capa 3. Nacieron los paquetes de datos y la tecnología de conmutación de Capa 3.

El principio de funcionamiento de la tecnología de conmutación de tres capas

La conmutación de capa 3 funciona en la tercera capa del modelo de red de siete capas OSI, es decir, la capa de red, y utiliza IP en el protocolo de tercera capa. La información del encabezado del paquete se utiliza para marcar el flujo de servicio de datos posterior. Los mensajes posteriores del flujo de servicio con la misma marca se intercambian con la segunda capa de enlace de datos, abriendo así un camino entre la fuente. Dirección IP y 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, sino que reenvía directamente los paquetes de datos y cambia el flujo de datos.

4.

Tecnología de conmutación de capa 2

La tecnología de conmutación de capa 2 es relativamente madura. Los conmutadores de capa 2 son dispositivos de capa de enlace de datos y pueden identificar la información de la dirección MAC en los paquetes de datos. De acuerdo con la dirección MAC, reenvíelos y regístrelos. Direcciones MAC y puertos correspondientes en una tabla de direcciones interna. El flujo de trabajo específico es el siguiente:

(1) Cuando el conmutador recibe un paquete de datos de un determinado puerto, primero lee la dirección MAC de origen en el encabezado del paquete, para saber que la máquina con el dirección MAC de origen está conectada.

(2) Luego lea la dirección MAC de destino en el encabezado del paquete y busque el puerto correspondiente en la tabla de direcciones; Como en la tabla Si hay un puerto correspondiente a la dirección MAC de destino, copie el paquete de datos directamente a este puerto

(4) Si el puerto correspondiente no se puede encontrar en la tabla, transmita el paquete de datos; 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 y no es necesario transmitir a todos los puertos la próxima vez que transmita datos.

Al reciclar continuamente este proceso, se puede conocer la información de la dirección MAC de toda la red. Así es como el conmutador de Capa 2 establece y mantiene su propia tabla de direcciones.

Se pueden inferir los siguientes tres puntos del principio de funcionamiento de los conmutadores de capa 2:

(1) Dado que el conmutador conmuta datos en la mayoría de los puertos simultáneamente, esto requiere un bus de conmutación muy amplio. Ancho de banda, si el 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 de velocidad de línea

(2) Conozca las conexiones del puerto La dirección MAC de la máquina se escribe en la tabla de direcciones El tamaño de la tabla de direcciones (generalmente expresado de dos maneras: una es BEFFER RAM y la otra es el valor de entrada de la tabla MAC El tamaño de la tabla de direcciones). afecta la capacidad de acceso del conmutador

(3) Otra cosa es que los conmutadores de Capa 2 generalmente contienen chips ASIC (Circuito Integrado de Aplicación Específica) especialmente utilizados para procesar el reenvío de paquetes de datos, por lo que la velocidad de reenvío puede ser muy alta; rápido. Dado que cada fabricante utiliza 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 este punto al considerar la selección del equipo.

(2) Tecnología de enrutamiento

Los enrutadores funcionan en la tercera capa del modelo OSI: operación de capa de red. Su modo de trabajo es similar a la conmutación de capa 2, pero el enrutador funciona. en la tercera capa, esta diferencia determina que el enrutamiento y la conmutación utilizan información de control diferente al transmitir paquetes e implementan funciones de diferentes maneras.

El principio de funcionamiento es que hay una tabla dentro del enrutador. Lo que esta tabla indica es si desea ir a un lugar determinado, adónde debe ir a continuación. Si puede encontrar el paquete de datos en la tabla de enrutamiento, adónde debe ir. ¿Siguiente? La información se agrega y se reenvía; si no se sabe adónde ir a continuación, el paquete se descarta y se devuelve un mensaje a la dirección de origen.

La tecnología de enrutamiento básicamente tiene solo dos funciones: determinar la ruta óptima y reenviar paquetes de datos. Se escribe diversa información en la tabla de enrutamiento, el algoritmo de enrutamiento calcula la mejor ruta a la dirección de destino y luego el paquete de datos se envía mediante 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 de datos llega al enrutador de destino.

Existen dos formas diferentes de mantener las tablas de enrutamiento. Uno es actualizar la información de enrutamiento y publicar parte o toda la información de enrutamiento. Los enrutadores aprenden la información de enrutamiento entre sí para dominar la topología de toda la red. Este tipo de protocolo de enrutamiento se denomina protocolo de enrutamiento por vector de distancia. transmitir su propia información de estado de enlace, aprender la información de enrutamiento de toda la red a través del aprendizaje mutuo y luego calcular la mejor ruta de reenvío. Este tipo de 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, la capacidad de funcionamiento del procesador general determina directamente su rendimiento. Por supuesto, este juicio todavía se aplica a los enrutadores de gama media a 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

La publicidad de la tecnología de tres capas en los últimos años ha hecho que le hormigueen los oídos y la gente grita sobre la tecnología de tres capas en todas partes. La gente dice que esto es muy En cuanto a las nuevas tecnologías, algunas personas dicen que la conmutación de Capa 3 es solo una pila de enrutadores y conmutadores de Capa 2, y no hay nada nuevo en ello. ¿Es este realmente el caso? Primero veamos el proceso de trabajo de un conmutador de capa 3 a través de una red simple.

La conexión en red es relativamente simple

Dispositivo IP A---------------------Switch de capa 3 ---- --------------------Dispositivo B usando IP

Por ejemplo, si A quiere enviar datos a B y se conoce la IP de destino, entonces A utiliza la máscara de subred para obtener la dirección de red y determina si la IP de destino está en el mismo segmento de red que él.

Si están en el mismo segmento de red pero no conocen la dirección MAC requerida para reenviar los datos, A envía una solicitud ARP, B devuelve su dirección MAC, A usa esta MAC para encapsular el paquete de datos y lo envía al conmutador, y el conmutador habilita el módulo de conmutación de capa 2, busca en la tabla de direcciones MAC y reenvía el paquete de datos al puerto correspondiente.

Si la dirección IP de destino no está en el mismo segmento de red, entonces A necesita comunicarse con B. Si no hay una entrada de dirección MAC correspondiente en la entrada de caché de flujo, se enviará el primer paquete de datos normal. a una dirección faltante. Puerta de enlace provincial. Esta puerta de enlace predeterminada generalmente se configura en el sistema operativo y corresponde al módulo de enrutamiento de tercera capa. Por lo tanto, se puede ver que para datos que no son la misma subred, la dirección MAC de la puerta de enlace predeterminada. primero se coloca en la tabla MAC; luego, cuando el módulo de capa 3 recibe este paquete de datos, consulta la tabla de enrutamiento para determinar la ruta a B y construye un nuevo encabezado de trama con la dirección MAC de la puerta de enlace predeterminada como la dirección MAC de origen; y la dirección MAC del host B como dirección MAC de destino. A través de un determinado mecanismo de activación de reconocimiento, se establece la relación correspondiente entre las direcciones MAC y los puertos de reenvío de los hosts A y B, y se registra la tabla de entrada de caché de entrada. Los datos posteriores de A a B se entregan directamente al módulo de conmutación de capa 2. para su finalización. Esto se conoce comúnmente como enrutamiento una vez y reenvío múltiples veces.

Lo anterior es un resumen simple del proceso de trabajo del conmutador de tres capas. Podemos ver las características de la conmutación de tres capas:

El reenvío de datos de alta velocidad es. logrado combinando 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 de plano posterior de alta velocidad de la conmutación de capa 2, rompiendo el límite de velocidad de interfaz de los enrutadores tradicionales. y la velocidad puede alcanzar varios diez Gbit/s. Contando el ancho de banda del backplane, estos son dos parámetros importantes para el rendimiento del switch de Capa 3.

El software de enrutamiento simple simplifica el proceso de enrutamiento.

La mayor parte del reenvío de datos, excepto la selección de ruta necesaria, que es manejada por el software de enrutamiento, se reenvía a alta velocidad mediante el módulo de segunda capa. La mayor parte del software de enrutamiento se procesa y se optimiza de manera eficiente. software, y no es una simple copia del software del enrutador. Conclusión

Los conmutadores de capa 2 se utilizan en redes de área local pequeñas. No hace falta decir que en las LAN pequeñas, los paquetes de difusión tienen poco impacto. La función de conmutación rápida, los múltiples puertos de acceso y el bajo precio de los conmutadores de capa 2 proporcionan una solución completa para los usuarios de redes pequeñas.

La ventaja del enrutador es que tiene tipos de interfaz ricos, admite potentes funciones de tres capas y tiene potentes capacidades de enrutamiento. Es adecuado para enrutar entre redes grandes. Su ventaja radica en seleccionar la mejor ruta. , compartir carga y vincular. La copia de seguridad y el intercambio de información de enrutamiento con otras redes son funciones de un enrutador.

La función más importante de un conmutador de Capa 3 es acelerar el reenvío rápido de datos dentro de una gran red de área local, y agregar funciones de enrutamiento también sirve para este propósito. Si una red grande se divide en LAN pequeñas según departamentos, regiones, etc., esto generará una gran cantidad de visitas a Internet. El simple uso de un conmutador de Capa 2 no puede lograr visitas a Internet si simplemente usa un enrutador; número limitado de interfaces y La lenta velocidad de reenvío del enrutamiento limitará la velocidad y la escala de la red, por lo que el uso de conmutadores de Capa 3 de reenvío rápido con funciones de enrutamiento se convierte en la primera opción.

En términos generales, en una red con un gran tráfico de datos de intranet que requiere reenvío y respuesta rápidos, si se utilizan todos los conmutadores de Capa 3 para realizar este trabajo, los conmutadores de Capa 3 se sobrecargarán y la velocidad de respuesta será menor. Una buena estrategia de red es dejar el enrutamiento entre redes al enrutador y aprovechar al máximo las ventajas de los diferentes dispositivos. Por supuesto, la premisa es que los bolsillos del cliente son muy profundos, de lo contrario deberían conformarse con el segundo mejor. y deje que el conmutador de tres capas también sirva como interconexión a Internet.

5.

Una definición simple de conmutación de Capa 4 es: 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) y número de puerto basado en la aplicación TCP/UDP (capa 4). La función de conmutación de capa 4 es como una IP virtual que apunta al servidor físico. Los servicios que transmite obedecen a una variedad de protocolos, incluidos 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. El rango de aplicación en la conmutación de capa 4 está determinado por las direcciones IP de origen y del terminal, los puertos TCP y UDP.

En la conmutación de Capa 4, se configura una dirección IP virtual (VIP) para cada grupo de servidores utilizado para la búsqueda, y cada grupo de servidores admite una determinada aplicación. Cada dirección de servidor de aplicaciones almacenada en el servidor de nombres de dominio (DNS) es una dirección VIP, no la dirección real del servidor.

Cuando un usuario solicita una aplicación, se envía una solicitud de conexión VIP (como un paquete TCP SYN) con un grupo de servidores de destino al conmutador del servidor. 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 pasa la solicitud de conexión al servidor. De esta manera, todos los paquetes en el 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 las comunicaciones de un extremo a otro, es decir, de coordinar las comunicaciones entre los orígenes 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).

En la Capa 4, los encabezados TCP y UDP contienen números de puerto, que pueden distinguir de forma única qué protocolos de aplicación (como HTTP, FTP, etc.) contiene cada paquete de datos. El sistema de punto final utiliza esta información para distinguir los datos en el paquete. En particular, el número de puerto permite que un sistema informático receptor determine el tipo de paquete IP que ha recibido y lo entregue al software de nivel superior 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, se denominan puertos "conocidos", es decir, en todas las implementaciones de la pila del protocolo TCP/I

P del host, estos El puerto Los números son los mismos. Además de los puertos "conocidos", a los servicios UNIX estándar se les asignan números de puerto en el rango de 256 a 1024, y a las aplicaciones personalizadas generalmente se les asignan números de puerto superiores a 1024.

Puede consultarse una lista reciente de números de puerto asignados. se puede encontrar en RFc1700 "Números asignados". Puerto TCP/UDP

Los conmutadores de red pueden utilizar la información adicional proporcionada por el número de puerto, que es la base de la conmutación de Capa 4.

Ejemplos de números de puerto "conocidos":

Número de puerto del protocolo de aplicación

FTP　　　 20 (datos)

　　　 21 (control )

p>

TELNET　　　23

SMTP　　　 25

HTTP　　 80

NNTP　　 119

NNMP 16

162 (trampas SNMP)

La información adicional proporcionada por el número de puerto TCP/UDP puede ser utilizada por 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 admiten una aplicación única o universal está configurado con una dirección VIP. Esta dirección VIP se envía y registra en el sistema de nombres de dominio.

Al emitir una solicitud de servicio, el conmutador de Capa 4 identifica el inicio de una sesión determinando el inicio de TCP. Luego utiliza algoritmos complejos para determinar el mejor servidor para manejar esta solicitud. Una vez que se toma esta determinación, 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 switch de Capa 4 mantiene una tabla de conexiones asociada con la dirección IP de origen y el puerto TCP de origen

que coinciden con el servidor seleccionado. Luego, el conmutador de capa 4 reenvía la solicitud de conexión a este 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 satisfacer reglas definidas por el usuario, como tener el mismo número de accesos o asignar flujos de transmisión según la capacidad de diferentes servidores.