计算机网络基础 — 网络设备转发原理

比眉伴天荒 2023-10-06 21:04 12阅读 0赞

## 目录 ##

#### 文章目录 ####

*  目录
 *  交换机 or 路由器 or 防火墙
 *   *  框式设备
     *   *  主控板卡
         *  业务板卡
         *  交换板卡
     *  盒式设备
 *  网络设备的逻辑平面
 *   *  控制平面
     *  数据平面
     *  监控平面
 *  网络设备报文处理流程
 *   *  上行、下行
     *  协议报文、业务报文
     *  协议报文转发流程
     *  业务报文转发流程
     *  硬件转发

## 交换机 or 路由器 or 防火墙 ##

### 框式设备 ###

![在这里插入图片描述][79109b85627f49d895de50e2bce16746.png]

这款交换机的硬件满配组成如下：

*  2 个主控板
 *  4 个交换网板
 *  8 个业务板卡
 *  2 个集中监控板
 *  6 个电源模块
 *  4 个风扇模块
 *  等

![在这里插入图片描述][05a713e8a62542b189be30f05bbd89d1.png]

#### 主控板卡 ####

是设备的 “大脑”，对设备进行整体的管理和控制，主控板提供了整个系统的管理平面和控制平面。

![在这里插入图片描述][0d02fc4cfef94e43809d82979a015ccc.png]

#### 业务板卡 ####

是业务板卡，提供丰富的端口类型和端口数量，不同的板卡类型提供的端口数量和端口类型（光口、电口）也不一样，端口的速率也不一样（10G/25G/40G/100G 等）。

![在这里插入图片描述][0a2ad72a3d8e45dc86460949ea098bdc.png]

#### 交换板卡 ####

从字面上理解就是用作数据交换的，可以理解成是整个设备的通信总线，业务板卡之间通信都需要经过交换板卡。

![在这里插入图片描述][02d4563be5fc47e4bf13d741e8152eae.png]

![在这里插入图片描述][dc23d4a78bb44de2a23936b5dfe5e4ce.png]

### 盒式设备 ###

盒式网络设备相对于框式设备而言，不具备扩展性，端口数量固定，将各个模块集成在一起了。但是价格相对框式设备便宜。

![在这里插入图片描述][f558f8184ee546259bade75cd5eaf5e5.png]

## 网络设备的逻辑平面 ##

网络设备从逻辑上可以分为：

1.  控制平面
2.  数据平面
3.  监控平面

### 控制平面 ###

用于控制和管理所有网络协议的运行，控制平面由设备的主控板卡和业务板卡中的管理单元组成。

![在这里插入图片描述][15420659b7744000a969ef9d49cfc08c.png]

例如：交换机是基于 MAC 地址表转发的，那么这个表项就是控制平面干的活；路由器是基于路由表转发的，那么这个表项就是控制平面干的活；

![在这里插入图片描述][2fe577cc8b3944388ae61abbb81b0520.png]

### 数据平面 ###

数据平面由业务板卡和交换网板组成，实现了各个业务板卡之间的数据交换功能。

![在这里插入图片描述][9cba605bfdec4c03b77a669866fd0129.png]

### 监控平面 ###

完成系统的运行状态监控、环境监控、日志和告警信息处理、系统加载、系统升级等功能。TELNET、SSH、SNMP 等方式来登录管理设备，那么这些其实就是和监控管理平面相关的。

监控平面由主控板卡、业务板卡、监控单元组成，框式设备还会有集中监控板。

![在这里插入图片描述][484e3d5d8f854a63a29c6c34930d7287.png]

## 网络设备报文处理流程 ##

### 上行、下行 ###

*  **上行**：设备从 LPU 业务板卡收到报文转发到交换网板的过程；
 *  **下行**：设备从交换网板发给 LPU 业务板卡的过程；

![在这里插入图片描述][9075db62c17046afbded701c821a81a0.png]

### 协议报文、业务报文 ###

*  **协议报文**：设备收到协议报文（如 BGP、OSPF、ARP 等协议报文），会上送给控制平面处理；  
    ![在这里插入图片描述][a40ff15f350343c690c05de478f7f6c1.png]
 *  **业务报文**：服务、应用在交互过程中涉及的报文；  
    ![在这里插入图片描述][4aa50cb5ead54753aa5239440c356d0e.png]

### 协议报文转发流程 ###

![在这里插入图片描述][a9d2e0e3667a4e398681fcadf7bde8ef.png]

1.  设备收到协议报文（e.g. OSPF、BGP、ARP 等）后，需要上送到主控板进行处理。
2.  主控板 CPU 收到协议报文之后进行相应的处理，如果需要回应报文，则主控板会构造协议报文进行回应。

### 业务报文转发流程 ###

![在这里插入图片描述][d906cf258e3d484d835ab928072f1cb4.png]

1.  业务报文从接口板进来后，首先通过 PFE（包转发引擎）对报文进行处理；如果报文送往交换网板之前，需要进行切片处理，就把报文按一定粒度进行切片，切成固定长度。
    
    1.  解封装：对报文进行解封装，获取二层或者三层报文头信息；
    2.  查表转发：如果是二层转发，就查找 MAC 地址表，确认报文的出接口；如果是三层转发，就查找路由表，确认报文的出接口；
2.  入接口板通过数据总线交给交换机网板，交换网板交由下行接口板。
3.  下行接口板对分片后的报文进行重组，并通过 PFE（包转发引擎）对报文进行处理，获取封装信息，对报文进行封装，并通过出接口转发出去。

### 硬件转发 ###

框式设备的业务报文转发一般不经过主控板 CPU，直接由接口板查询表项进行数据转发。这种直接由接口板完成数据转发，没有主控板参与的转发方式就是硬件转发。

![在这里插入图片描述][6f892919df924815b0117d2d8d413f8c.png]

接口板上的转发信息（例如：FIB 表项）是由主控板根据生成的路由表下发到接口板上的。

![在这里插入图片描述][219004b24a104b9e9404ea68a362ecf4.png]

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