二層交換機(jī)路由技術(shù)

路由器工作在OSI模型的第三層---網(wǎng)絡(luò)層操作，其工作模式與二層交換相似，但路由器工作在第三層，這個(gè)區(qū)別決定了路由和交換在傳遞包時(shí)使用不同的控制信息，實(shí)現(xiàn)功能的方式就不同。工作原理是在路由器的內(nèi)部也有一個(gè)表，這個(gè)表所標(biāo)示的是如果要去某一個(gè)地方，下一步應(yīng)該向哪里走，如果能從路由表中找到數(shù)據(jù)包下一步往哪里走，把鏈路層信息加上轉(zhuǎn)發(fā)出去;如果不能知道下一步走向哪里，則將此包丟棄，然后返回一個(gè)信息交給源地址。

路由技術(shù)實(shí)質(zhì)上來(lái)說(shuō)不過(guò)兩種功能:決定最優(yōu)路由和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。路由表中寫(xiě)入各種信息，由路由算法計(jì)算出到達(dá)目的地址的最佳路徑，然后由相對(duì)簡(jiǎn)單直接的轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制發(fā)送數(shù)據(jù)包。接受數(shù)據(jù)的下一臺(tái)路由器依照相同的工作方式繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)，依次類(lèi)推，直到數(shù)據(jù)包到達(dá)目的路由器。

(1) 當(dāng)交換機(jī)從某個(gè)端口收到一個(gè)數(shù)據(jù)包，它先讀取包頭中的源MAC地址，這樣它就知道源MAC地址的機(jī)器是連在哪個(gè)端口上的;

(2) 再去讀取包頭中的目的MAC地址，并在地址表中查找相應(yīng)的端口;

(3) 如表中有與這目的MAC地址對(duì)應(yīng)的端口，把數(shù)據(jù)包直接復(fù)制到這端口上;

(4) 如表中找不到相應(yīng)的端口則把數(shù)據(jù)包廣播到所有端口上，當(dāng)目的機(jī)器對(duì)源機(jī)器回應(yīng)時(shí)，交換機(jī)又可以學(xué)習(xí)一目的MAC地址與哪個(gè)端口對(duì)應(yīng)，在下次傳送數(shù)據(jù)時(shí)就不再需要對(duì)所有端口進(jìn)行廣播了。

不斷的循環(huán)這個(gè)過(guò)程，對(duì)于全網(wǎng)的MAC地址信息都可以學(xué)習(xí)到，二層交換機(jī)就是這樣建立和維護(hù)它自己的地址表。

從二層交換機(jī)的工作原理可以推知以下三點(diǎn):

(1) 由于交換機(jī)對(duì)多數(shù)端口的數(shù)據(jù)進(jìn)行同時(shí)交換，這就要求具有很寬的交換總線(xiàn)帶寬，如果二層交換機(jī)有N個(gè)端口，每個(gè)端口的帶寬是M，交換機(jī)總線(xiàn)帶寬超過(guò)N×M，那么這交換機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)線(xiàn)速交換;

(2) 學(xué)習(xí)端口連接的機(jī)器的MAC地址，寫(xiě)入地址表，地址表的大小(一般兩種表示方式:一為BUFFER RAM，一為MAC表項(xiàng)數(shù)值)，地址表大小影響交換機(jī)的接入容量;

(3) 還有一個(gè)就是二層交換機(jī)一般都含有專(zhuān)門(mén)用于處理數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)的ASIC (Application specific Integrated Circuit)芯片，因此轉(zhuǎn)發(fā)速度可以做到非常快。由于各個(gè)廠家采用ASIC不同，直接影響產(chǎn)品性能。

以上三點(diǎn)也是評(píng)判二三層交換機(jī)性能優(yōu)劣的主要技術(shù)參數(shù)，這一點(diǎn)請(qǐng)大家在考慮設(shè)備選型時(shí)注意比較。

距離矢量路由協(xié)議

在所有的動(dòng)態(tài)路由協(xié)議中，最簡(jiǎn)單的就是距離矢量路由協(xié)議(D-V)。它使用的是最簡(jiǎn)單的距離矢量(Distance-Vector，簡(jiǎn)稱(chēng)D-V)路由算法。

距離矢量算法通過(guò)上述方法累加網(wǎng)絡(luò)距離，并維護(hù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔?shù)據(jù)庫(kù)。距離矢量協(xié)議定期直接傳送各自路由表的所有信息給鄰居(RIP默認(rèn)是30秒)。網(wǎng)絡(luò)中的路由器從自己的鄰居路由器得到路由信息，并將這些路由信息連同自己的本地路由信息發(fā)送給其他鄰居，這樣一級(jí)一級(jí)地傳遞下去以達(dá)到全網(wǎng)同步。每個(gè)路由器都不了解整個(gè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，它們只知道與自己直接相連的網(wǎng)絡(luò)情況，并根據(jù)從鄰居得到的路由信息更新自己的路由表。它所有的信息都靠道聽(tīng)途說(shuō)，它相信所有鄰居告訴它的所有信息，只在這些鄰居中選擇最優(yōu)的來(lái)采用，類(lèi)似于"傳話(huà)"這個(gè)游戲。

如上所述，發(fā)生路由環(huán)路時(shí)，路由器去往網(wǎng)絡(luò)11.4.0.0的跳數(shù)會(huì)不斷增大，網(wǎng)絡(luò)無(wú)法收斂。為解決這個(gè)問(wèn)題，我們給跳數(shù)定義一個(gè)最大值，在RIP路由協(xié)議中，允許跳數(shù)最大值為16，當(dāng)跳數(shù)到達(dá)最大值時(shí)，網(wǎng)絡(luò)11.4.0.0被認(rèn)為是不可達(dá)的，路由器會(huì)在路由表中顯示網(wǎng)絡(luò)不可達(dá)信息，并不再更新到達(dá)網(wǎng)絡(luò)11.4.0.0的路由。

通過(guò)定義最大值，距離矢量路由協(xié)議可以解決發(fā)生環(huán)路時(shí)路由權(quán)值無(wú)限增大的問(wèn)題，同時(shí)也校正了錯(cuò)誤的路由信息。但是，在最大權(quán)值到達(dá)之前，路由環(huán)路還是會(huì)存在。也就是說(shuō)，這個(gè)方案只是補(bǔ)救措施，不能避免環(huán)路產(chǎn)生，只能減輕路由環(huán)路產(chǎn)生的危害。

水平分割是在距離矢量路由協(xié)議中最常用的避免環(huán)路發(fā)生的解決方案之一。分析產(chǎn)生路由環(huán)路的原因，其中一條就是因?yàn)槁酚善鲗哪硞€(gè)鄰居學(xué)到的路由信息又告訴了這個(gè)鄰居。水平分割的思想就是在路由信息傳送過(guò)程中，不再把路由信息發(fā)送給接收此路由信息的接口上。

路由中毒和抑制時(shí)間結(jié)合起來(lái)，也可以在一定程度上避免路由環(huán)路產(chǎn)生，同時(shí)也可以抑制因復(fù)位接口等原因引起的網(wǎng)絡(luò)動(dòng)蕩。這種方法在網(wǎng)絡(luò)故障或接口復(fù)位時(shí)，使相應(yīng)路由中毒，同時(shí)啟動(dòng)抑制時(shí)間，控制路由器在抑制時(shí)間內(nèi)不要輕易更新自己的路由表，從而避免環(huán)路產(chǎn)生、抑制網(wǎng)絡(luò)動(dòng)蕩。

觸發(fā)更新機(jī)制是在路由信息產(chǎn)生某些改變時(shí)，立即發(fā)送給相鄰路由器一種稱(chēng)為觸發(fā)更新的信息。路由器檢測(cè)到網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓?，立即依次發(fā)送觸發(fā)更新信息給相鄰路由器，如果每個(gè)路由器都這樣做，這個(gè)更新會(huì)很快傳播到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)11.4.0.0 不可達(dá)了，路由器C立即通告網(wǎng)絡(luò)11.4.0.0不可達(dá)信息，路由器B接收到這個(gè)信息，就從S0口發(fā)出網(wǎng)絡(luò)11.4.0.0不可達(dá)信息，依次路由器A從E0口通告此信息。

從以上敘述可以看出，使用觸發(fā)更新方法能夠在一定程度上避免路由環(huán)路發(fā)生。但是，仍然存在兩個(gè)問(wèn)題:

(1)包含有更新信息的數(shù)據(jù)包可能會(huì)被丟掉或損壞。

(2)如果觸發(fā)更新信息還沒(méi)有來(lái)得及發(fā)送，路由器就接收到相鄰路由器的周期性路由更新信息，使路由器更新了錯(cuò)誤的路由信息。

為解決以上的問(wèn)題，我們可以將抑制時(shí)間和觸發(fā)更新相結(jié)合。抑制時(shí)間方法有一個(gè)規(guī)則就是當(dāng)?shù)侥骋荒康木W(wǎng)絡(luò)的路徑出現(xiàn)故障，在一定時(shí)間內(nèi)，路由器不會(huì)輕易接收到這一目的網(wǎng)絡(luò)的路徑信息。因此，將抑制時(shí)間和觸發(fā)更新相結(jié)合，就可以確保觸發(fā)信息有足夠的時(shí)間在網(wǎng)絡(luò)中傳播。

在多路徑的情況下，要綜合使用這幾種方案才能在一定程度上解決環(huán)路問(wèn)題。距離矢量協(xié)議無(wú)論是實(shí)現(xiàn)還是管理都比較簡(jiǎn)單，但是它的收斂速度慢，報(bào)文量大，占用較多網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷(xiāo)，并且為避免路由環(huán)路需要做各種特殊處理

眾所周知，第二層交換機(jī)，是根據(jù)第二層數(shù)據(jù)鏈路層的MAC地址和通過(guò)站表選擇路由來(lái)完成端到端的數(shù)據(jù)交換的。

二層交換機(jī)具體的工作流程如下:

(1) 當(dāng)交換機(jī)從某個(gè)端口收到一個(gè)數(shù)據(jù)包，它先讀取幀頭中的源MAC地址，并將MAC地址與源端口做對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)在站表中。

(2) 再去讀取幀頭中的目的MAC地址，并在地址表中查找相應(yīng)的端口;

(3) 如表中有與這目的MAC地址對(duì)應(yīng)的端口，把數(shù)據(jù)包直接復(fù)制到這端口上;

(4) 如表中找不到相應(yīng)的端口則把數(shù)據(jù)包廣播到同一VLAN下的所有端口，當(dāng)目的機(jī)器對(duì)源機(jī)器回應(yīng)時(shí)，交換機(jī)又可以學(xué)習(xí)一目的MAC地址與哪個(gè)端口對(duì)應(yīng)，在下次傳送數(shù)據(jù)時(shí)就不再需要對(duì)所有端口進(jìn)行廣播了。

不斷的循環(huán)這個(gè)過(guò)程，對(duì)于全網(wǎng)的MAC地址信息都可以學(xué)習(xí)到，二層交換機(jī)就是這樣建立和維護(hù)它自己的地址表。

因?yàn)檎颈淼慕⑴c維護(hù)是由交換機(jī)自動(dòng)完成，而路由器又是屬于第三層設(shè)備，其尋址過(guò)程是根據(jù)IP地址尋址和通過(guò)路由表與路由協(xié)議產(chǎn)生的。所以，第二層交換機(jī)的最大好處是數(shù)據(jù)傳輸速度快，因?yàn)樗豁氉R(shí)別數(shù)據(jù)幀中的MAC地址，而直接根據(jù)MAC地址產(chǎn)生選擇轉(zhuǎn)發(fā)端口的算法又十分簡(jiǎn)單，非常便于采用ASIC專(zhuān)用芯片實(shí)現(xiàn)。顯然，第二層交換機(jī)的解決方案，實(shí)際上是一個(gè)"處處交換"的廉價(jià)方案，雖然該方案也能劃分子網(wǎng)、限制廣播、建立VLAN，但它的控制能力較小、靈活性不夠，也無(wú)法控制各信息點(diǎn)的流量，缺乏方便實(shí)用的路由功能。