IP路由交换技术白皮书..docVIP

IP路由交换技术白皮书 ┝综述 2 1、背景 2 2、目标 2 3、适用范围 2 4、其他 2 ┝详细分析 3 1． 三层交换过程概述 3 1.1 软件转发过程描述 3 1.2 IP报文转发算法： 4 1.3 硬件转发过程描述 8 2． 三层交换软件平台 8 2.1 模块功能描述： 10 2.2 模块接口描述： 11 3． 对路由软件的其他要求 12 3．1 网络接口要求 12 3．2对路由功能的控制要求 13 3．3地址合法性检查 14 3．4对广播多播的要求 15 ┝替代、相似技术对比分析 15 对比技术1 15 对比技术2 16 结论 17 参考文献 17 ┝综述 1、背景 随着 在过去短短几年中，Internet迅猛发展，发生了巨大的变化：网络上的服务器的数量大大增加、共享介质型网络纷纷被交换型网络所替代、“任意到任意”的数据流打破了传统的工作组子网流量模式，所有这一切变化使得子网内部的数据流量与网络间的数据流量的比例发生了质的改变，即从原来的8:2变为2:8。这种变化对原来用于网络分段的传统路由器产生了直接的冲击。由于有如此之多的流量跨越IP子网，使得路由器成为了网络传输的瓶颈。 提高路由器的硬件性能(采用更高速CPU，更大容量的内存)并不足以解决问题的本质。因为路由器对任何数据包都要有一个“拆打”过程，即使是同一源地址向同一目的地址发出的所有数据包，也要重复相同的过程，该过程通过软件来实现，而且路由器提供的“复杂的处理与强大的功能”也主要是通过软件来实现的，这导致路由器不可能具有很高的吞吐量。 三层交换技术的出现，解决了局域网中网段划分之后，网段中子网必须依赖路由器进行管理的局面，解决了传统路由器低速、复杂所造成的网络瓶颈问题。 三层交换技术，也被称做多层交换或是IP路由交换技术，是相对于传统的交换概念而提出的。传统的交换技术是在OSI网络标准模型中的第二层——数据链路层进行操作的，而三层交换技术是在网络模型中的第三层实现了数据包的高速转发。简单地说，多层交换技术就是：第二层交换技术＋第三层转发技术。当然，三层交换技术并不是网络交换机与路由器的简单堆叠，而是二者的有机结合，形成一个集成的、完整的解决方案。目前，市场上最高档路由器的最大处理能力为每秒100万个包，而三层交换机的最大处理能力则在每秒4000万个包以上，二者相差40倍。 2、目标 本文的目的是讨论第三层IP交换机实现的原理、要求和软件平台。 3、适用范围 以以太网为第二层技术，IP为第三层技术的骨干网络设备或作为汇接设备。 4、其他 无 ┝详细分析 三层交换过程概述 三层交换技术的原理是：即对同样目的IP的第一个报文，采用与软件路由器同样的IP寻径转发技术，通过查询转发信息库（FIB，也即通常所说的路由表），来确定IP包的下一跳IP地址和转发的目的网络接口，将报文转发出去。同时，软件将转发到对应目的IP所需的信息设置到硬件上相应的转发CACHE（可以视为硬件路由表）中。这些信息包括：目的IP/MASK、下一跳IP地址、转发时填写的源MAC地址（即输出网络接口的MAC地址）、目的MAC地址和目的端口。此后，当三层交换机接收到同样目的IP的报文，就不再将此报文交给软件转发，而是直接根据硬件CACHE中相应信息进行交换。 软件转发过程描述 假设如下图的网络拓扑： 13.* 假设PC1是子网subnet_1中的一台主机，PC2是subnet_2中的一台主机。 PC1与PC2之间的路由、通讯过程如下： pc1在选路时选中If1作为它发送报文往pc2的下一跳，那么pc1将发送ARP请求报文，以获得If1的硬件地址。 If1在收到这个ARP请求报文后，将它送往CPU的管理软件。管理软件中的ARP模块确认这个ARP报文是从该If1所属的端口上收到的。通过确认后，ARP模块从If1接口往pc1发送ARP应答报文。 Pc1在得到If1接口的硬件地址后，正式发送报文：目的IP=pc2。 Inf1接收到这个报文，被传送到路由单元，路由单元找不到通往pc2的“捷径”便把报文送到CPU上。CPU先确认这个报文是从If1所属的端口上收到的。确认之后，路由模块根据路由表进行选路，决定该报文应发往网络接口if2。If2请求ARP模块朝IF2所有成员端口发送ARP请求报文，以获得PC2的硬件地址及其所在的端口号。 有了足够的路由信息，报文就被正确的转发向pc2 ，同时， 这个路由信息将会被保存在三层交换转发表中，这样，以后到pc2的报文便能通过“捷径”直接被转发到正确的端口上，而不用再通过软件路由。此后对IP包转发的工作就交给硬件去做，硬件负责转发的所有工作，如IP头的校