文章目录

三层交换技术
基于CEF
- CEF是一种基于拓扑转发的模型
- 三层交换机VLAN间通信的转发过程
VRRP
- VRRP的作用
- VRRP报文
- 网络正常时的上行流量
- VRRP平滑切换
- 虚拟MAC地址
- VRRP状态机
- 抢占(Preempt)

三层交换技术

使用三层交换技术实现VLAN间通信
三层交换=二层交换+三层转发

三层交换机内部有两大组件分别是ASIC和CPU
三层交换机是具有部分路由器功能的交换机，工作在OSI网络标准

三层转发过程中药重新封装二层

三层交换机上，第三层引擎处理数据流的第一个包（软件处理）

一次路由，多次交换

交换ASIC从三层引擎中获悉二层重写信息在硬件中创建一个MLS条目
负责重写和转发数据流中的后续数据包

当三层设备接收到一个数据帧，会拆除原数据帧，重新封装新的源MAC地址和目标MAC地址，并且因为帧头部的信息发生变化，最后的帧校验CRC也应当随之改变。

在这个流中的多个数据包，其中只有第一个数据包是由三层交换机的三层引擎来处理的，处理的方式是软件方式，与路由器相同，三层引擎获取了新的封装信息后，路由这个数据包。

在第一个数据包转发完成后，在硬件中创建一个MLS条目，用于后续的数据包由硬件执行的重新封装和快速转发。二层数据帧会被重新封装为需要转发的下一个网段的帧格式。
这就是MLS“一次路由，多次交换”的原理。

基于CEF

CEF是一种基于拓扑转发的模型

（一种基于拓扑转发的模型）的MLS，其关键的两张转发信息表，转发信息库（FIB）与路由表一一对应，是路由表的一一个镜像。
路由表更新时，FIB随之变化，其中FIB包含邻接主机的IP地址与VLAN ID的对应关系。而邻接关系表包含邻接主机和交换机MAC地址的对应关系用来提供二层重写信息。
基于CEF的MLS转发过程，即发送单播数据包，通过查找FIB和邻接关系表，重新封装数据帧，从相应端口进行转发。
· 转发信息库（FIB）
·邻接关系表=目标MAC地址

三层交换机具备路由功能，所以两个VLAN之间可以互相访问，每一个VLAN虚接口就是该网段的网关。
工作原理：
1、主机A给主机B发送单播数据包
2、交换机查找FIB表，找到“下一跳”地址。
3、查找希望一条地址对应的邻接关系的二层封装信息
4、转发

在三层交换机上配置的VLAN接口为虚拟接口
·虚拟接口的引入使得应用更加灵活

三层交换机VLAN间通信的转发过程

单臂路由三层交换都可以实现VLAN之间的通信。
单臂路由工作原理：路由器重新封装MAC地址，转换为VLAN ID。
三层交换：一次路由，多次交换。
一次路由：数据流的第一数据包由三层引擎来处理，重新封装MAC，再路由转发数据包。
多次交换：第一个数据包转发后，会在硬件创建一个MLS条目，MLS包含有FIB（转发信息库：包含有VLAN ID和主机的IP）、邻接关系表（邻接主机和MAC地址），通过查询FIB和邻接关系表重新封装数据帧，从相应端口转发数据。
三层交换机具有路由功能可以转发数据，IP地址是配置在虚拟接口上而不是物理接口上，物理接口对接交换机的配置trunk，对接 PC机的配置access。

VRRP

VRRP（Virtual Router Redundancy Protocol）,也即虚拟路由器冗余协议。

利用VRRP，一组路由器（同一个LAN中的接口）协同工作，但只有一个处于Master状态，处于该状态的路由器（的接口）承担实际的数据流量转发任务。在一个VRRP组内的多个路由器接口共用一个虚拟IP地址，该地址被作为局域网内所有主机的缺省网关地址。

VRRP决定哪个路由器是Master，Master路由器负责接收发送至用户网关的数据包并进行转发，以及响应PC对于其网关IP地址的ARP请求。
Backup路由器侦听Master路由器的状态，并在Master路由器发生故障时，接替其工作，从而保证业务流量的平滑切换。

VRRP的作用

提供了局域网上的设备备份机制。VRRP是一种容错协议，它保证当主机的下一跳路由器坏掉时，可以及时由另一台路由器来代替，从而保证通讯的连续性和可靠性。

VRRP工作时会在网络中加入一个含有虚拟IP和虚拟MAC地址的虚拟路由器，该路由器充当网络用户的网关，使得网络E的主机与
虚拟路由器通信无需了解这个网络上物理路由器的任何信息。

Master报文的发送：当Master正常工作时，它会每隔一段时间(缺省为1秒）向组内Backup设备发送vrrp通告报文，通告自己工作正常。（注：只有Master发送VRRP报文）。

VRRP通告报文被封装在IP报文里，通过组播地址224.0.0.18发送，TTL为255，协议号为112。

VRRP报文

：
VRRP报文是一种多播报文，由Master路由器发出来通告它的存在，使用VRRP报文可以检测虚拟路由器的各种参数，用于主路由
器的选择。VRRP报文号是封装在IP报文中，通过组播的方式传送。也就是说VRRP协议跟ICMP协议一样，工作在第三层（路由层），它是不具有端口的说法的。

（1）Version:VRRP协议版本号，REC3768定义了版本号2。

（2）Type:
指明VRRP报文类型，RFC3768只定义了一种VRRP报文，即VRRP通告报文，所以该字段总为1（若收到的VPPR通告报文的该字段的类型为非1则会被丢弃）。

(3) Virtual Rtr ID:
即上面讲的大VRID。一个VRID唯一标识了一个虚拟路由器，取值范围为[1，255]。
（所以一台路由器的接口最多可以运行255个VRP组）

(4) Priority:
优先级。虚不受影响。若此字段为0表示这是Master路由器出现故障发送的VRRP通告报文，当Backup路由器收到此通告报文后，会等待（Skew tine （256-Backup虚拟路由器中用该字段来决定Master路由器和Backup路由器，值越大表明优先级越高，取值为[1，255]，缺省值为100。
假设虚拟路由器的IP
地址跟VRRP组中某台路由器IP地址相同，那么该路由器的发出的VRRP报文的该字段总为255，即使人为指定为其他值也由器的优先级）/256)秒时间。

网络正常时的上行流量

VRRP平滑切换

虚拟MAC地址

通过VRRP形成的虚拟路由器使用虚拟IP地址和虚拟MAC地址与网络中的主机进行通信。虚拟MAC的格式：最后一个字节的VRID标识虚拟路由器ID的十六进制。
例：VRID是1，虚拟MAC地址为00-00-5E-00-01-01。

VRRP状态机

VRRP协议的状态共有三种，分别是Initialize,Master,Backup，初始状态都是Initialize，通过比较优先级产生Master和Backup，在规定时间内，Backup若没有收到Master发来的心跳报文，将切换为Master。

抢占(Preempt)

VRRP组通过vrid来识别的，一个vrrp组可以有多个vrrp路由，其中包含一个Master，一个或者多backup

vrrp会虚拟出一个虚拟路由，包含虚拟IP和虚拟MAC（有固定格式，00-00-5E-00-01-(VRID))，虚拟IP要和Master/backup在同一网段。

VRRP虚拟IP地址，用于做在vrrp路由器局域网下所有主机的默认网关IP地址：
一般是通过优先级来决定Mater和backup的角色，优先级较大的一方为Master，如果优先级相同，使用IP较大的一方作为Master
Master实际转发数据和响应局域网主机的ARP请求，定时发送VRRP报文给backup
backup用于监听Master 发来的vrrp报文，如果超过一定时限，就会抢占Master。

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