路由 交换机 及数据流向(数据包 浏览网页)

一层交换机：只支持物理层协议。

二层交换机：支持物理层和数据链路层协议，如以太网交换机。

三层交换机：支持物理层，数据链路层及网络层协议，如某些带路由功能的交换机。

二层交换机是基于MAC地址访问的，而三层交换机是带路由功能的交换机，可以一次路由多次交换。

二层交换机基于MAC，2层快速交换，所有接口同在一个广播域。

三层交换机可以起到路由功能。

一次路由多次交换。

解释:在广域网中,当然跑的都是3层数据包(被路由的),而路由需要确定每次源到目的的最优路径,每次都要重新进行选择,而如果您使用3层交换机,就可以第一次进行源到目的的路由,3层交换机会将此数据转到2层,那么下次无论是目的到源,还是源到目的都是进行快速交换.

三层交换机的结构：ASIC芯片和CPU

ASIC芯片用于完成二层和三层的转发，内部包含用于二层转发的MAC地址表和用于IP转发的三层转发表。

CPU用于转发的控制，主要维护一些软件表项（包括路由表，ARP表），并根据软件表项的转发信息来配置ASIC的硬件三层转发表。

真正决定高速转交换转发的是ASCIC的二三层硬件表项，而ASIC的硬件表来源于CPU维护的软件表项。

假设A和B处于两个不同网段的不同VLAN，中间通过三层交换机的SVI接口进行路由转发。

ApingB数据流分析如下：

主机A检查目标B的IP地址，与自己不在同一个网段，因此需通过网关转发，首先查询ARP缓存，没找到网关的MAC，所以广播ARP请求（目标MAC为全F，源MAC为A的MAC，源IP为A的IP，目标IP为网关IP），请求网关的MAC地址，三层交换机收到后，发现是广播帧，进行解封装，发现目标IP是给自己的，所以返回ARP应答，把自己的MAC 告诉A，A收到ARP应答后，更新ARP缓存，再重新封装ICMP(目标MAC为网关，源MAC为A，目标IP为B，源IP为A)，交换机收到以后，首先根据报文的源MAC+VID更新MAC表，根据报文的目的MAC+VID进行查MAC表，发现匹配自己的三层接口的MAC 表项（说明：三层交换机给分配SVI的IP地址时，会在交换机的MAC表项中添加三层接口的MAC+VID），当报文中的目的MAC与这个三层接口的MAC表项匹配时，就进行三层转发，查找三层表项，因为第一次是空的，所以查找失败，于是将报文交给CPU进行软件处理，CPU根据目标IP进行查找路由，匹配到一个直连网段，于是查找ARP表，第一次还是空的，所以查找失败，则在目标网段进行广播ARP请求B的MAC地址，B收到后给出ARP应答，交换机收到应答，更新MAC表和ARP表，同时重新封装ICMP发送给B（目标MAC为B,源MAC为三层交换接口的MAC，目标IP为B，源IP为A）。同时，交换机的三层表项根据刚刚得到到三层转发信息添加表项（包括IP，MAC，VLAM，出接口），这样后续的报文如果匹配三层表项，就可以直接进行硬件转发了，这样就叫做一次路由多次交换。B收到后给出ICMP应答，就是以上过程的逆过程，所以PING通了。

1.3层交换机有路由功能,但不能完全取代路由器,因为基础原理并不相同.

2.3层交换机从某种意义上来说会比路由器策略转发快的多!

3.3层交换机能很方便的节约网络资源,防止拥塞现象.

交换机与路由器的不同

1.工作层次不同

2.数据转发所依据的对象不同

交换机是利用物理地址或者说MAC地址来确定转发数据的目的地址。(网卡硬件本身的地址MAC)

而路由器则是利用不同网络的ID号（即IP地址）来确定数据转发的地址。(软件实现,网络地址/协议地址/IP地址)

3.传统的交换机只能分割冲突域，不能分割广播域；而路由器可以分割广播域

4.路由器提供了防火墙的服务

路由器仅仅转发特定地址的数据包，不传送不支持路由协议的数据包传送和未知目标网络数据包的传送，从而可以防止广播风暴。

交换机一般用于LAN-WAN的连接，交换机归于网桥，是数据链路层的设备，有些交换机也可实现第三层的交换。路由器用于W AN-WAN之间的连接，可以解决异性网络之间转发分组，作用于网络层。他们只是从一条线路上接受输入分组，然后向另一条线路转发。这两条线路可能分属于不同的网络，并采用不同协议。

三个表：mac地址表ARP表路由表

Mac地址表：记录局域网主机mac地址和交换机接口的对应关系。交换机具有动态学习源MAC地址的功能，并且交换机的一个接口可以对应多个MAC地址，但是一个MAC地址只能对应一个接口。

ARP表：每台主机都会有一个ARP表。我们是如何获得目标主机的MAC地址呢？这时我们就需要使用ARP协议了，在每台主机中都有一张ARP表，它记录着主机的IP地址和MAC地址的对应关系。

路由表：路由器中有一张表，这张表叫路由表，记录着到不同网段的信息。路由表中的信息分为直连路由和非直连路由。

路由器是工作在网络层的，在网络层可以识别逻辑地址。当路由器的某个接口收到一个包时，路由器会读取包中相应的目标的逻辑地址的网络部分，然后在路由表中进行查找。如果在路由表中找到目标地址的路由条目，则把包转发到路由器的相应接口，如果在路由表中没有找到目标地址的路由条目，那么，如果路由配置默认路由，就科举默认路由的配置转发到路由器的相应接口；如果没有配置默认路由，则将该包丢弃，并返回不可到达的信息。这就是数据路由的过程

ARP工作原理：

局域网内两台主机A B。A发数据包给B，首先检查自己的ARP缓存表，发现没有与B的ip地址对应的mac地址，于是需要发ARP请求（源IP自己的，源MAC自己的，目标IP

是B的，目标MAC为FF-FF-FF-FF-FF-FF）。

交换机收到数据包后，发现目标MAC是广播帧，因此将该数据包从所有端口发送出去。B收到广播包后，发现IP地址是自己的，于是记录下A的IP和MAC地址到ARP缓存表上，并将自己的MAC地址回发给A。

A收到B的回复后，将B的IP和MAC更新到ARP缓存表中。

（而此时，交换机已经学习到了A和B的mac地址和相应的端口的对应关系）

打开一个网页数据的传输过程。

1.打开一个网页，首先是将域名解析到对方服务器的ip地址。系统先查看本机DNS，并比对本机ip地址，看是否是一个网段。（一般都不是）发现不是同一网段，需要将解析数据发往网关ip中转，查看本机arp缓存，发现没有对应的ip与mac地址arp缓存，则发送arp 广播包，网关回应arp报文告知网关mac地址。数据将封装成帧发往网关。

2.网关收到数据帧后，根据目的地址查看路由表，根据路由将数据帧封装成数据包发送到下一跳设备上，路由器需要做nat转换，并维护nat转换表项，内网ip端口对应路由器的外网ip端口。

3.下一跳设备受到包后，根据目的地址再转发到下一设备，（需要多次转发），转发过程中源地址一直是首次发包的源地址，目的地址一直是dns服务器。改变的只是传输途中数据帧mac地址的变化。

4.最终到达dns服务器，服务器将此域名和对应的ip地址回发回去。中间过程省略。到达用户路由器后，路由器根据源目的地址查找nat表项，并修改数据包再次回发到电脑上。

5.电脑获知此域名的ip地址。再次发起http会话连接。也是跟上面的过程一样。

HostA向HostB发数据包过程。

1.HostA将上层的报文封装成IP数据包，其中源IP为HostA，目标IP为HostB，HostA将自己的IP地址与子网掩码位与操作，发现与HostB不在同一网段，需要通过网关A转发。

2.HostA查看本机ARP缓存表，发现没有网关A的E0端口的mac地址对应关系，则会发送ARP请求，求得EO端口的mac地址，将数据包发往E0端口。(源IP 是自己的，源MAC自己的，目标MACE0的，目标IPHostB的)

3.E0端口收到数据包后，将数据链路层的封装去掉，查看数据包的网络部分的目标IP地址，查找路由表，发现了目标IP地址对应的网段，重新封装数据帧(源MAC变为A的E1端口的，目标MAC变为B的E1端口的)，发往下一跳。

4.B的E1端口收到数据包后，查看数据包的网络部分的目标IP地址，查找路由表，发现正好是自己的一个直连网段，B先通过ARP获取HostB的mac地址，重新封装数据帧(源MAC变为B的E0端口的，目标MAC变为HostB的)，发往对应主机HostB。