一个报文的路由器之旅-ag凯发k8国际
什么是二层桥接转发？
二层所指的是数据链路层。二层桥接转发，是指数据帧在数据链路层是怎样被转发的。
数据链路层有很多不同的网络类型，token ring(令牌环网)、ethernet、fddi(光纤网络)等等，其中用得最广泛的就是以太网ethernet，本帖要介绍的是以太网的转发原理。
以太网是根据二层帧头信息，切确的说是根据mac地址，进行转发的。mac地址对于二层转发而言，是相当的重要。
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mac地址简介mac地址是48bit二进制的地址，如：00-e0-fc-00-00-06，mac地址是全球唯一的，由ieee统一管理和分配。mac地址可以分为单播地址、多播地址和广播地址：
-? 单播地址：第一字节最低位为0，如：00-e0-fc-00-00-06。
-? 多播地址：第一字节最低位为1，如：01-e0-fc-00-00-06。
-? 广播地址：48位全1，如：ff-ff-ff-ff-ff-ff。
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二层桥接单播转发过程
下图是个最简单的二层桥接转发场景，某局域网的主机pc-a发送报文给主机pc-b，中间经过一台二层交换机的交换。由主机pc-a向主机pc-b发送以太帧，那么该以太帧的目的mac地址就是mac2，源mac就是mac1。
???????二层交换机转发过程：交换机收到这个以太帧，解析发现其目的mac为mac2，查mac表，发现对应的出端口为port2，于是将这个以太帧从port2发送出去。这样，pc-b就收到了这个以太帧。
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二层桥接广播帧转发过程如果上图中，pc-a初始的时候并不知道pc-b的mac，怎么办呢？这时，pc-a会发arp请求，这个arp请求的目的mac为广播地址，源mac为自己的mac，交换机收到这个广播帧，会发给除了port1以外的所有端口。这样，局域网内所有主机都能收到这个广播帧。
pc-b发现请求的是咨询自己mac，于是返回arp响应报文，交换机对arp响应报文进行单播转发给pc-a。
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mac地址学习机制
上图中，二层交换机上的mac地址表是mac地址和端口的映射表，那么这个映射表是怎么得到的呢？上一贴“一个报文的路由器之旅-(8)“中介绍过，路由器通过arp机制学习到ip和mac的映射关系，那么，mac表是怎么得到的呢？
下面举个例子说明mac地址的学习过程：
仍然以上图为例，当二层交换机刚上电启动时，其mac地址表是空的。假设此时pc-a要发数据给pc-b，当交换机收到pc-a发给pc-b的数据帧时：
1、交换机首先是读取该数据帧的源mac地址，并且映射该地址和收到数据帧的端口，加入到mac地址表。
2、接着，交换机读取数据帧中的目的mac地址，并且在mac地址表中查询该mac地址对应的端口，因为此时交换机的mac表还没有pc-b的mac，所以交换机会向所有的端口“洪泛”该数据帧，这样pc-b就能收到这个数据帧了。
上面是交换机学习pc-a的mac地址的过程。按此方法，当pc-b、pc-c、pc-d都向交换机发送了数据帧后，交换机就学到了所有端口所连接的设备的mac地址。
mac地址表的老化机制假设上图的pc-d被搬走，或者交换机连接pc-d和链接pc-c的端口互换了如果不及时更正过来，交换机可能会把数据帧发错地方怎么办呢？交换机的处理方式是：对每条mac地址都设置一个计时器，如果一台主机在指定的老化时间之内没有发送数据帧到交换机，交换机就会认为它超时，把它的mac地址从mac地址表中清除，下次它要发数据帧，交换机再重新学习mac。
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vlan基础上面过程中可知，交换机对广播帧、未知单播都进行广播泛洪，这样，局域网内就存在很多广播帧，消耗很多链路资源，还会占用主机处理广播帧的时间。实际上，广播帧是经常出现的，比如上面的未知单播的泛洪、还有arp请求；此外，还有dhcp、rip协议也会频繁发送广播帧。
为了减少广播帧，vlan(virtual area network，虚拟局域网)诞生了。vlan将一个局域网在逻辑上划分成多个广播域，所有同一个vlan的主机可以互相通信。那么vlan是如何实现广播隔离的呢？
首先，交换机每个端口都指定了所属vlan。交换机和交换机之间的接口可以属于多个vlan。如下图，交换机收到vlan10的pc-a发的广播帧，只转发给含有vlan10的接口，这样，同一个vlan的广播帧只有vlan的成员才能收到，不会传输到其他vlan中去。
vlan内如何实现互通？
由于交换机端口配了所属vlan，交换机的每条转发表项指示了所属vlan。
交换机收到报文时，根据入接口给报文加上对应vlan，并根据vlan和目的mac转发。打上vlan的以太帧格式如下：
对端交换机收到报文后，剥除其携带的vlan，并根据vlan和目的mac转发。
注意：vlan间是无法直接互通的，除非通过路由器中转。
上述例子中，有的交换机端口只允许一个vlan通过，有的允许多个vlan通过。它们的处理有什么区别吗？
实际上，vlan端口可分为三类型：
-? access端口：只属于一个vlan，用于连接不支持802.1q封装的设备，如用户计算机。
-? trunk端口：可以属于多个vlan，允许接收和发送多个vlan的报文。用于网络设备之间互联。
-? hybrid端口：可以属于多个vlan，允许接收和发送多个vlan的报文。可以用于网络设备之间互联，也可以用于连接不支持802.1q封装的设备。
报文处理机制
为了快速高效的处理，交换机内部，报文都是带vlan转发的，而且，交换机在处理vlan报文时，在报文入方向和出方向是分别处理的，不同类型的接口处理方式各不相同，而且不同设备处理方式也会不同。在华为高端路由器上的处理方式如下表所示：
入方向
出方向
?端口类型
收到不带vlan的报文
收到带vlan的报文
发送报文的方式
access端口
接收并打上缺省vlan后转发
报文带的vlan与端口缺省vlan相等，则转发，否则丢弃。
剥离vlan后发送。
trunk端口
丢弃该报文
报文带的vlan在允许的vlan列表中则转发；否则丢弃。
直接发送报文。
hybrid端口
接收并打上缺省vlan，如果缺省vlan在允许的vlan列表中则转发；否则丢弃。
报文带的vlan在允许的vlan列表中则转发；否则丢弃。
报文带的vlan与端口缺省vlan相等，则剥离vlan后转发，否则直接转发。
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二层破环技术――生成树协议以太网络环形组网是一种常见的组网方式，如下图所示。然而这样组网有环路，容易造成广播风暴。
广播风暴如何产生的？举个例子，假设a要与d通讯，但a不知道d的mac地址，于是发arp请求。由于arp请求是mac广播帧，sw1收到该广播帧，进行泛洪；接着，sw3和sw2也都收到了该广播帧，也进行泛洪，于是sw1和sw2收到了sw3泛洪的广播帧，同时sw1和sw3收到了sw2泛洪的广播帧；如此无限循环，造成广播风暴。
为了检测和消除二层环路，诞生了stp(spanning-tree protocol，生成树协议)及其改进的技术rstp(rapid spanning-tree protocol，快速生成树协议)和mstp(multiple spanning-tree protocol，多生成树协议)。这些生成树协议都是用于探知链路层拓扑，并对交换机的链路层转发行为进行控制。如果发现网络中存在环路，会在环路上选择一个恰当的位置阻塞链路上的端口――阻止端口转发或接收以太网帧，通过这种方式消除二层网络中可能产生的广播风暴。
本帖关注的是数据帧的转发，因此不讨论这三种生成树协议的细节，需要关注的是生成树协议设置的端口状态及其定义的转发行为。
stp定义了5种端口状态：
- forwarding：端口既转发用户流量也转发bpdu报文(生成树协议报文被称为bpdu报文)。
- learning：设备会根据收到的用户流量构建mac地址表，但不转发用户流量。
- listening：确定端口角色，将选举出根桥、根端口和指定端口，不转发用户流量。
- blocking：端口仅仅接收并处理bpdu报文，不转发用户流量。
- disabled：端口不仅不转发bpdu报文，也不转发用户流量，接口状态为down。
mstp和rstp中，将stp的5种端口状态精简为3种：
- forwarding：端口既转发用户流量也转发bpdu报文。
- listening：仅接收并处理bpdu报文，不转发用户流量。
- discarding：不转发bpdu报文，也不转发用户流量。
综上可知，只有forwarding状态的端口才转发用户流量。下面介绍用户以太帧的转发流程。
总结
以上是ag凯发k8国际为你收集整理的一个报文的路由器之旅_【ne探秘】一个报文的路由器之旅的全部内容，希望文章能够帮你解决所遇到的问题。
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