交换机的报文转发机制方科星关键词：IVL SVL摘 要：由一个奇怪的故障现象说起，通过这个现象介绍了交换机的转发机制，解释了这种 现象的产生的原因并提供了解决方案1.1 一个奇怪的故障现象1.1.1 组网情况服务器组网说明：1.S3026上配置PVLAN, primary vlan 是vlan 100,包含端口e0/3； second vian是vlan 101 和vlan 102，分别包含e0/1和e0/2端口；服务器接在e0/3端口下。2.S2403H上，端口e0/1 和e0/3属于vlan 101，端口e0/2和e0/4属于vlan 102； PC1 接在e0/3下，PC2接在e0/4下。3.PC1、PC2和服务器在同一网段。该组网的要求是：PC1和PC2能正常访问服务器，同时PC1和PC2之间的访问隔离。1.1.2 故障现象理论上上面的组网及配置就可以满足需求。因为在S3026上做的PVLAN可以保证e0/3下的服 务器和e0/1和e0/2下的机器互访，同时e0/1和e0/2下的机器被相互隔离，而S2403H上PC 1和 PC2接的端口由于属于不同的V LAN，所以无法互访。但是实际的问题是：当PC1能PING通 服务器的时候，PC2无法PING通服务器，这时如果 把左边的这根网线拔掉，则PC2能PING通服务器。同样，当PC2能PING通服务器的时候， PC1却又无法PING通服务器，将右边的网线拔掉则PC1能PING通服务器了。换句话说，同 一时刻只能有一台PC可以PING通服务器。用S2403F取代S2403H，贝JPC1和PC2都能同时PING通服务器。在解释这个奇怪的故障现象之前，先要介绍一个重要的概念：交换机的报文转发机制。第2章 交换机的报文转发机制2.1 概述交换机的报文转发机制分两种：SVL和IVL。SVL： Shared vlan learning，共享式vlan学习。在这种方式下，MAC地址在整张表中是唯一 的，一个MAC地址在地址表中只能有一条记录，一个MAC只能被学习到一个端口上。IVL： Independent vlan learning，独立式vlan学习。在这种方式下，MAC地址表在逻辑上可 以被看成根据V LAN信息分成了很多张表，一个MAC地址可学习到不同VLAN寸应的“地址 表”上。MAC地址在不同方式的地址表中的存在可以形象的表示为：VL AM二:VAC2YLAN2 PC73VLAK3PC KT 3VAClYALNlP0RT1VAC 2FORT 2VAC3VLAN 3PORTSSVLIVL在IVL方式下，MAC2可以学习在VLAN1的“地址表”上，也可以学习在VLAN2的“地址表”上。而在SVL方式下，MAC2只能有一条记录，只能对应某个VLAN和端口。2.2 两种转发机制的转发报文的流程对于SVL方式而言：交换机先根据目的MAC地址查MAC地址表，找到端口之后，然后判断 这个端口所属的V LAN是否和报文携带的VLAN信息对应的VLAN相等，如果相等就转发， 否则就丢弃。如果根据目的MAC没有找到对应的端口，贝I在报文所属的VLAN内进行广播。 而对于IVL而言：交换机根据MAC地址和VLAN信息一起查MAC地址表，如果找到对应的端 口则转发，否则在报文所属的VLAN内进行广播。第3章 故障分析和解决3.1 故障分析在进行故障分析前，先说明一点：S2403H是基于SVL转发机制的，S2403F是基于IVL转发机 制的。假设服务器的MAC地址是MACA，PC1的MAC地址是MAC1，PC2的MAC地址是MAC2。在使用S2403H的情况下刚开始PC1的发ARP广播报文，进入到S2403H后, S2403H根据源地址学习规则学习到PC1 的记录：MACVLAN端口MAC11013然后该报文从V LAN101的端口广播出去。服务器收到这个ARP报文后回一个单播报文，这个报文从S2403H的端口 eO/1进来，于是S2403H又把服务器的MAC地址学习在端口 eO/1上：MACVLAN端口MAC11013MACA1011这时PC1和服务器通信正常。 现在PC2开始PING服务器，ARP广播报文进入S2403H, S2403H先学习PC2的MAC地址，然 后将报文从VLAN 102广播出去。服务器响应PC2的ARP青求，回应的报文从eO/2进来，由于 S2403H只能把一个MAC地址学习到一个端口上，所以它会把原来学习到的MACA的记录清 除，而把MACA学习到端口 eO/2上：MACVLAN端口MAC11013MAC21024MACA1022这时PC2和服务器通信正常。但是PC 1的数据报进入到S2403H后,根据MAC找到对应的端口 是eO/2,而端口 eO/2对应的V LAN是 102，与该报文所属的VLAN 101不符，所以被丢弃，不 转发。这就是为什么PC2能PING通服务器而PC1却PING不通服务器的原因。如果这时把对应的网线拔掉，交换机会把与这个端口相关的记录删除，即把MACA1022这条记录删除，那么PC1进来的数据报由于在MAC地址表里找不到对应的记录而进行广播， 报文从e0/1出去，最后服务器回应的报文又从e0/1进来，对应的MAC地址表项也学习在e0/1 上，所以PC1又能和服务器正常通信了。在使用S2403F的情况下再看一下为什么在使用S2403F的情况下通信正常。由于S2403F是基于IVL的，我们可以抽象的认为MAC地址是学习到每个VLAN属于的地址表 上的。开始的时候PC1 PING服务器，服务器的响应报文从1端口进来，这时在VLAN101的“地址表” 上有两条记录：MACVLAN端口MAC11013MACA1011这两条记录保证了 PC1和服务器之间的正常通信。现在PC2开始PING服务器，服务器的响应报文从2端口进来，这时在V LAN 102的“地址表” 上也有两条记录：MACVLAN端口MAC21024MACA1022这两条记录也同样保证了 PC2和服务器之间的正常通信。而在实际的MAC地址表里一共是有四条记录：MACVLAN端口MAC11013MACA101IMAC21024MACA10223.2 故障解决这种故障是由于交换机本身的转发机制导致的，所以无法从软件上加以改善进行规避，唯一 可以做的就是进行设备的更换或是组网的重新规划。如果采用更换设备的方法，那么可以采取更换为S2403F这样的基于IVL转发机制的设备。如果是进行组网的改造，那么可以让S3026和S2403H只用一根网线互连，然后把互连的两个 端口设成trunk端 口，把VLAN 101、102透传过去。这样服务器的MAC就只会学习在这一个端口上，也可以保证组网的需求。第4章 总结表面上这只是一个普通的应用，只用到了交换机的最基本的功能，同时也规避了广播风暴的 问题，理论上不会有任何问题。结果却是交换机的转发机制这一个最最基本的东西给我们的 组网造成了麻烦。随着各种系列的交换机大规模的应用，各式各样的组网也越来越多，越来越复杂。在实际组 网的时候我们可能经常被许多表面现象所迷惑，只考虑到了交换机是否支持某种功能，可以 采用什么样的方式规避某些问题，而忽略了交换机自身特别是底层的一些东西。这也就要求 我们不仅仅是了解交换机能实现哪些功能，哪些参数是多少，还要更深入的了解交换机本身 的工作原理等东西，这样我们在进行组网规划的时候才会更少犯错误。