三层转发原理.ppt

新员工培养教材 三层基本转发原理 目录 网络层概述 三层转发常用名词 Q A 三层基本转发原理 网络层概述 网络层的定义网络层 networklayer 它位于OSI模型中的第三层 介于运输层与数据链路层之间 提供发信端到目标端之间的信息传输服务 网络层的数据以IP数据报的形式传输 网络层的主要功能1 路径选择路径选择是指在通信子网中 源结点和中间结点为将报文分组传送到目的结点而对其后继结点的选择 这是网络层所要完成的主要功能之一 2 流量控制网络中多个层次都存在流量控制问题 网络层的流量控制则对进入分组交换网的通信量加以一定的控制 以防因通信量过大造成通信子网性能下降 3 网络连接与建立在面向连接服务中 网络连接是传输实体之间传送数据的逻辑的 贯穿通信子网的端 端通信通道 三层转发常用名词 IP协议IP提供了不可靠 无连接的数据报传送服务 它定义了在互联网上传输数据的具体格式 IP实现两个基本功能 寻址及分片 IP地址由网络号和主机号两部分组成 网络号标识互联网中的一个特定网络 主机号标识在该网络中的一台特定主机 最常用的地址表示方法是点分十进制法 如 192 168 10 1关于IP协议的具体讲解见 TCP IP基础学习 ARPARP 即地址解析协议 实现通过IP地址到物理地址的映射 在以太网协议中规定 同一局域网中的一台主机要和另一台主机进行直接通信 必须要知道目标主机的MAC地址 而在TCP IP协议栈中 网络层和传输层只关心目标主机的IP地址 这就导致在以太网中使用IP协议时 数据链路层的以太网协议接到上层IP协议提供的数据中 只包含目的主机的IP地址 于是需要一种方法 根据目的主机的IP地址 获得其MAC地址 这就是ARP协议要做的事情 关于ARP的具体知识 见 TCP IP基础学习 三层基本转发原理 基本转发的概念在数据通信网络中 设备之间的通信基本上是根据TCP IP协议 在IP网络中运行的特定功能的设备 都可以称之为端系统 PC是一种最常见的端系统 网络中路由器 交换机就是用来互联不同的端系统 让它们进行透明的通信 三层转发基本原理 之前我们学习了二层转发 知道二层转发是一种基于OSI中的数据链路层的数据帧的存储转发技术 二层交换是依靠MAC地址和VID号来确定转发方向的 那么 三层转发和二层转发有什么区别呢 数据转发依靠的关键字不同二层转发主要依靠MAC地址 而三层转发主要依靠IP地址 数据交换的范围不同二层交换指在同一网段内的通信 三层交换指跨网段的通信 在三层转发的过程中 还要进行二层的封装 也就是说 在转发过程中二层帧头中的 源 目的 MAC地址是要改变的 但是IP数据报中的源IP和目的IP地址是不会改变的 路由是IP层转发的依据路由包括目的网络 前缀长度下一跳地址出接口 查看路由表的命令ShowiprouteShowfib IP路由表 路由匹配 最长匹配原则 路由表3 3 0 0 161 1 1 1E2 13 3 3 0 242 2 2 2E3 13 3 3 3 326 2 2 2E3 24 4 0 0 164 4 4 4E3 2 目的地址 3 3 4 4 目的地址 3 3 3 5 目的地址 5 5 5 5 从E2 1接口发向1 1 1 1 从E3 1接口发向2 2 2 2 目的地不可达 抛弃 IP路由表 根据路由产生的方式分直连路由本地接口IP网段对应的路由优先级最高静态路由手工配置的路由优先级较高动态路由各种路由协议产生的路由优先级有高有低 IP路由表 根据掩码长度分网段路由目的地址是一个网段地址 前缀长度 32如10 1 0 0 16主机路由目的地址是一个主机地址 前缀长度 32如10 1 0 1 32 IP路由表 几种特殊路由缺省路由目的地址为0 0 0 0 0的路由 它可以代表任何目的地 必要时静态配置 自环路由如127 0 0 1 它代表本地 自环路由是否写入路由表取决于系统设计 黑洞路由它告诉IP转发模块抛弃匹配到这个路由的报文 必要时静态配置 IP路由表 路由可选特性 负载分担有多个最佳路径时 报文流可以分散到多个路径上 以充分利用链路 E0 10 1 0 0 A B C 10 1 0 2 目的 10 1 0 2 50 50 D 10 1 0 0 16B10 1 0 0 16D IP路由表 实例演练 PC1准备向PC2发送数据包1 PC1检查报文的目的IP地址 发现和自己不在同一网段 则需要进行三层转发 通过网关转发报文信息 Router 具体转发流程如下 2 PC1检查自己的ARP表 发现网关的MAC地址不在自己的ARP表里 WhereistheMAC Router 具体转发流程如下 PC1向Router发起arp请求3 PC1 Router 网关 发出ARP请求报文 Router 具体转发流程如下 4 Router将PC1的MAC地址学习到自己的ARP表 5 Router 网关 PC1发出ARP应答报文 具体转发流程如下 6 PC1学习到Router 网关 的mac地址 发出报文 此时源ip 目的ip不变 目的mac为Router 网关 的mac7 PC1 Router 网关 发出报文 具体转发流程如下 8 Router 网关 收到报文 发现是三层报文 原因是报文的目的mac是自己的mac 9 Router 网关 检查自己的路由表 FIB 发现目的ip在自己的直连网段 具体转发流程如下 10 Router检查自己的arp表 如果发现有与目的ip对应的mac地址则直接封装报文 目的ip 源ip不变 目的mac为查arp表所得mac 发送给PC211 如果查ARP表没有得到与目的ip对应MAC 则重复 3 发arp请求 具体转发流程如下 12 PC2收到ARP广播报文 发现目的IP是自己的IP 于是给Router发送ARP应答报文 报文中会附上自己的mac地址 13 Router收到应答报文后 目的mac改为PC2的mac 然后向PC2发送数据帧 具体转发流程如下 14 PC2向Router发送报文 具体转发流程如下 15 Router收到报文后 向PC1转发报文 Q A 路由器 交换机是怎样判断一个报文是二层报文还是三层报文呢 从上面转发原理的讲述中 发现数据在转发的过程中源MAC和目的MAC地址是不断变化的 因此 当报文的目的MAC地址与网关的MAC地址相同时 该报文就为三层报文 三层转发是主要涉及的表项有哪些 这些表项的作用是什么 主要涉及的表项有 MAC地址表 FIBTable 路由表 RouteTable ARP表 三层硬件转发表 IPFDBTable MAC地址表是二层转发引擎 主要记录MAC地址和报文发出的端口信息之间的对应关系 路由表记