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三層交換機報文轉發過程

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  如圖所示,假如主機A想訪問主機B,首先主機A會將自己的IP地址和子網掩碼做與操作,得出網路地址(如:Host-A的IP地址100.1.1.2與自身掩碼255.255.255.0做與操作后,得到的網絡號是100.1.1.0).然后判斷目的IP地址(即Host-B的IP地址)與自己的網絡地址是不是在同一個子網.因為圖中主機A和主機B不在同一子網內,所以需要進行三層轉發.

 

    1、主機A發送ARP廣播獲取網關MAC地址

    主機A想訪問主機B首先要有主機B的MAC地址,由于主機A和主機B不在同一子網,所以主機A首先會向缺省網關發送ARP廣播報文來獲取網關的MAC地址。ARP報文格式如下:

2.jpg

 

 

    2、交換機形成主機A的MAC表項,并用網關MAC地址回應主機A的ARP請求

    交換機收到ARP廣播報文后,首先學習ARP報文Ethernet頭部的源MAC地址,交換機芯片將自動記錄主機A的MAC地址(00e0-d26b-8121)、接收該ARP報文的交換機接口號(E1/0/0)及此接口所屬的VLAN(VLAN 10)等信息,并形成一條MAC表項放入交換機MAC表中.同時,交換機也會通過軟件把主機A的IP、MAC、上連到交換機的接口等信息保存到交換機的硬件轉發表里(三層硬件表項,MAC表是沒有IP的)。

 

    由于主機A發送的ARP廣播報文中的目的IP地址(100.1.1.1)就是交換機上接收該ARP廣播報文的接口(E1/0/0)所屬VLAN(VLAN 10)的IP地址,所以交換機將使用vlan10的MAC地址回復主機A的ARP請求。ARP回復報文如下:

3.jpg

 

    3、主機A把網關MAC當作主機B的MAC訪問主機B

    主機A收到網關的ARP回應報文后,會把網關的MAC地址當成是主機B的MAC地址,這樣主機A發送數據給主機B時就會使用網關MAC作為目的MAC來封裝數據偵,偵格式如下:

 

    4、交換機查找硬件轉發表/路由表進行三層轉發

    交換機收到主機A發來的數據報文后,仍然會首先學習數據報文Ethernet頭部的源MAC地址,然后根據Ethernet頭部的目的MAC查找交換機的MAC表,此時發現目的MAC地址就是本地VLAN的MAC地址,這種情況下交換機會把該報文上送到交換芯片的三層引擎處理。三層引擎將首先查找硬件轉發表。

 

    ⑴ 如果硬件轉發表中有匹配項,則根據報文目的IP地址作相應處理:

①、目的IP地址就是本地的IP地址,則交相應模塊處理。

②、目的IP是其他設備IP地址,本地只是轉發,則根據硬件轉發表項使用出接口MAC替換報文的源MAC地址,用下一跳MAC替換報文的目的MAC地址,同時TTL值減1,繼續轉發。(此處與二層的區別在于需要對報文進行源、目的MAC進行替換)

 

    ⑵  如果不匹配則查找路由表,有匹配項則按照上面(2)中的操作進行,同時把相應的目的IP、下一跳MAC、出接口等信息存儲到硬件轉發表項中,下次就不需要查路由表了,這就是所謂的一次路由多次交換。

 

    ⑶  如果路由表也沒有匹配項,則丟棄報文。

 

    此處,由于主機A數據報文的目的IP是主機B的地址,并且主機B和交換機直連,交換機的硬件轉發表/路由表已經有主機B的路由表項,所以交換機將主機A發來的報文中的源、目的MAC地址作替換,同時TTL值減1,然后發給主機B。經過MAC替換后的報文格式如下:

4.jpg

 

    這樣主機A就把數據報文發到了不同網段的主機B。同時交換機上也保存了關于主機A和主機B的硬件轉發表項,以后主機A和主機B互訪,以及其他網段主機訪問主機A或主機B交換機就可以根據硬件轉發表項直接轉發,而不需要查找路由表。

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