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路由器与交换机

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路由器与交换机

我知道路由器和交换机之间的区别，但我的理解中还有一些模糊的地方。

  1. 当您将一台交换机上行连接到另一台交换机时，它们会共享 MAC 地址表吗？或者这是供应商特定的功能？如果它们不共享，它们如何处理发往它们不直接控制的 MAC 的数据包？

  2. 仅使用交换网络可以有效处理的最大 IP 地址空间是多少？在什么时候应该考虑将网络分成由路由器连接的多个段？

  3. 哪一个在架构上更合理：一个核心路由器将许多子网连接到互联网，还是一个路由器层级（每个部门一个路由器，上行连接到核心）？或者，最好为每个部门配备一个路由器，然后将它们连接在一起形成一个微型互联网？

答案1

关于将一台交换机上行连接到另一台交换机：不，它们不共享 MAC 地址表。每台交换机都维护自己的桥接表，该表是通过侦听每台交换机在给定端口上接收的流量来构建的。请考虑以下示例（抱歉 ASCII 艺术很糟糕）：

________     1________2      2________1     ________
|Host A|-----|Switch 1|------|Switch 2|-----|Host B|
--------     ----------      ----------     --------

主机 A连接到开关 1，端口 1。主机B连接到开关 2，端口 1. 两个交换机通过以下方式互连端口 2双方。

假设开始时两个交换机的桥接表都是空的。主机 A想要发送帧到主机B（为了简化，我们假设主机 A 和主机 B 彼此具有静态 ARP 条目，因此不需要对 MAC 地址进行 ARP）。

  1. 主机 A发送帧到主机B. 该帧的源 MAC 是AA：AA：AA：AA：AA：AA，目标 MAC 为BB：BB：BB：BB：BB：BB。
  2. 开关 1目前有一个空的桥接表。收到帧后，它会做两件事：
    1. 它在桥接表中创建一个新条目，AA：AA：AA：AA：AA：AA存在于端口 1。
    2. 因为它不知道在哪里BB：BB：BB：BB：BB：BB也就是说，它会将帧泛洪到每个端口除了最初听到这个声音的地方（端口 1）。
  3. 交换机 2 在其端口 2。同样，由于其桥接表最初是空的，因此它遵循相同的过程：
    1. 新条目：AA：AA：AA：AA：AA：AA存在于端口 2（回想一下，这是在交换机 2 上，它有一个独立于交换机 1 的桥接表）
    2. 除了接收该帧的端口之外，其他所有端口都会将该帧泛洪出去。

在此刻，主机B接收帧。当主机B发送响应，则会发生以下情况。

  1. 主机B发送帧到主机 A. 该帧的源 MAC 是BB：BB：BB：BB：BB：BB，目标 MAC 为AA：AA：AA：AA：AA：AA。
  2. 交换机 2 的桥接表中当前有一个条目（AA：AA：AA：AA：AA：AA->端口 2）。收到帧后，它会做两件事：
    1. 它在桥接表中创建一个条目，BB：BB：BB：BB：BB：BB存在于端口 1。
    2. 由于它具有针对目标 MAC 地址的特定桥接表条目（AA：AA：AA：AA：AA：AA），它将帧转发出去端口 2而不会像以前那样被洪水淹没。
  3. 交换机 1 在其端口 2。同样，它遵循相同的过程：
    1. 新条目：BB：BB：BB：BB：BB：BB存在于端口 2
    2. 有一个特定的桥接表条目（AA：AA：AA：AA：AA：AA->端口 1)，因此帧仅从该端口转发出去。

在学习 MAC 地址方面，无论交换机数量和连接到交换机的设备数量如何，都会遵循相同的过程。随着您为交换网络（VLAN、生成树）增加更多复杂性，需要更多细微差别，但基本算法保持不变。

关于你的第二和第三个问题：

2) 我个人的倾向是尽可能减少切换。生成树是许多专业人士的祸根；此外，以太网没有环路保护；一个小小的配置错误可能会导致广播风暴，需要您手动干预并关闭链接才能平息。即使您的网络很小，也要至少有一个路由器，所有第 2 层子网都挂在上面；在我看来，这更容易。

3) 这在很大程度上取决于您的网络规模，以及您预计内部网与互联网流量的比重。如果部门之间有大量通信，则可能需要设置路由器层次结构，以便纯内部流量不会影响其他所有人的互联网访问。另一方面，如果您希望每个人都只访问一组通用服务（AD、电子邮件）和互联网，那么单个核心路由器（或一对，用于冗余）可能就足够了。

就为每个部门配备一个路由器并将它们连接起来而言，这个网络该如何管理？如果只有一个 IT 管理机构，那么只需构建一个分层网络；让用户使用共享路由器服务不会有问题。如果每个部门都要保留自己的 IT 人员，那么可能需要每个部门配备一个路由器并进行内部对等连接，但这很可能会使您的网络设计复杂化。

答案2

我将尽可能清楚地回答您的所有问题。

  1. 据我所知，没有共享 Mac 地址表，因为实际上没有必要。交换机将留意来自其他交换机的网络活动，并在其 Mac 地址表中记录条目。它还将留意 ARP 请求。它的 MAC 地址表只需很短的时间就能填满。

对于您关于它们不直接控制的 mac 的问题，我认为您指的是未直接连接到其端口的 PC 的 mac。好吧，让我们以我的交换机上的 PC A 和您的交换机上的 PC B 为例。两个交换机都通过标准上行链路连接。当我出现并连接我的交换机时，您的 PC 和交换机在网络世界中都是孤独的。我交换机上的 PC 将需要您 PC 的 MAC 地址，并且要做到这一点，它需要发出广播 ARP 消息（2 级广播但 3 级单播，因为它有您 PC 的 IP 地址）。我的交换机将在其每个端口上广播它。然后它到达您的交换机，您的交换机将执行相同操作。然后您的 PC 将应答我的 PC，并且它们都知道彼此的 mac 地址。在此过程中，两个交换机都会记下它们不知道的 mac 地址。

  1. 请记住，仅交换机网络在第 2 级上运行，因此它们（理论上）独立于第 3 级。假设超出 /8（255.0.0.0）不是很合理，并且会让您超出私有 IP 空间。

  2. 我肯定会说路由器的层次结构，因为它允许您拥有更清晰的配置并在每个部门的基础上实施策略。思科在 CCNA 方面同意我的观点 :-)

答案3

您的问题很长，我将回答这一部分。

哪一个在架构上更合理：一个核心路由器将许多子网连接到互联网，还是一个路由器层级（每个部门一个路由器，上行连接到核心）？或者，最好为每个部门配备一个路由器，然后将它们连接在一起形成一个微型互联网？

大多数路由器都可以实现某种防火墙。由于交换机是第 2 层设备，因此您通常不会在那里进行任何类型的过滤。如果您需要将部门分开以实现某种安全性，或者如果您需要为该部门实施不同的防火墙策略，那么如果它们位于单独的子网上，则更容易实施。

仅使用交换网络可以有效处理的最大 IP 地址空间是多少？在什么时候应该考虑将网络分成由路由器连接的多个段？

在集线器网络中，冲突域中的设备数量限制为 1024 个。尽管这在技术上不再适用于交换网络，但我通常会尝试将其作为单个子网上设备数量的上限。

如果您使用的协议进行大量广播，您可能还需要使用路由器来划分网络。路由器通常不会传递广播。

引用 1024 设备限制。

以太网：权威指南3.6 冲突域（谷歌图书链接）

在由多个通过中继器连接的段组成的给定以太网上，所有站点都涉及同一个冲突域。冲突算法限制为 1024 个不同的退避时间。因此，标准中允许的通过中继器连接的多段 LAN 的最大站点数量为 1024 个。但是，这并不会将您的站点限制为 1024 个站点，因为以太网可以通过分组交换设备（例如交换集线器或路由器）连接在一起。

答案4

当您将一台交换机上行连接到另一台交换机时，它们会共享 MAC 地址表吗？或者这是供应商特定的功能？如果它们不共享，它们如何处理发往它们不直接控制的 MAC 的数据包？

通常，堆栈在成员之间共享一个表（例如，Juniper 的“虚拟机箱”），因为它们通常具有冗余路径，并且标准表无法工作。

否则，每个交换机都需要自己的表，尽管通过 CDP 和 LLDP 等协议，它们可以从邻居那里获取更多信息。

仅使用交换网络可以有效处理的最大 IP 地址空间是多少？在什么时候应该考虑将网络分成由路由器连接的多个段？

如果安全不是问题，那么问题就在于广播。台式机（和笔记本电脑）往往很嘈杂，因此只有几百台机器会产生明显的广播流量。管理良好的服务器（例如，arp 到期时间延长到几个小时）几乎不会增加广播负载，因此边缘路由器吞吐量的限制可能是限制因素。对于低流量服务器（或特殊网络），数千台服务器很容易位于同一个广播域中。

哪一个在架构上更合理：一个核心路由器将许多子网连接到互联网，还是一个路由器层级（每个部门一个路由器，上行连接到核心）？或者，最好为每个部门配备一个路由器，然后将它们连接在一起形成一个微型互联网？

这两种观点都是正确的，但是在现在运行 OSPF 的三层交换机中，我倾向于第二种观点。

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