网络技术:以太网交换基础

因为局域网交换机是必不可少的设备,交换机组建的网络称为是以太交换网络------局域网(Local Area Network, LAN),是以传输数据帧为主要进行的数据交换

 

image.png


数据帧是数据链路层的封装,因此交换机按封装数据的不同分为二层交换和三层交换。


以太网是建立在CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection,载波监听多路访问/冲突检测)机制上的广播型网络。


  CSMA/CD的工作原理可简单总结为:先听后发,边发边听,冲突停发,随机延迟后重发。


冲突域:是指连接在同一共享介质上的所有节点的集合,冲突域内所有节点竞争同一带宽,一个节点发出的报文(无论是单播、组播、广播),其余节点都可以收到。


广播域:广播报文所能到达的整个访问范围称为二层广播域,简称广播域,同一广播域内的主机都能收到广播报文。

 

image.png


HUB 傻瓜式交换机或叫集线器    共享同一介质,不隔离冲突,采用CSMA/CD解决冲突


交换机不同的接口发送和接收数据独立,各接口属于不同的冲突域,因此有效地隔离了网络中物理层冲突域,使得通过它互连的主机(或网络)之间不必再担心流量大小对于数据发送冲突的影响。


广播报文所能到达的整个访问范围称为二层广播域,简称广播域,同一广播域内的主机都能收到广播报文。


网络接口卡 (Network Interface Card, NIC)也称为“网卡”,是计算机、交换机、路由器等网络设备与外部网络世界相连的关键部件。

 

image.png


Realtek PCIe GBEFamily Controller    GBE:1Gbps


网络接口    简称“网口”或“接口”或“端口”。


以太网帧格式


以太网技术所使用的帧称为以太网帧或简称以太帧,以太帧的格式有两个标准:Ethernet_II格式和IEEE 802.3格式。

 

image.png


MAC地址:也叫网卡地址、物理地址、实际地址


 MAC (Media Access Control)地址在网络中唯一标识一个网卡,每个网卡都需要并拥有唯一的一个MAC地址。

 

image.png


一块网卡的MAC地址是具有全球唯一性的。


MAC地址由两部分组成:前24位用于标识生产厂商,后24位由厂商自定义,


一个MAC地址有48 bit,6 Byte,用十六进制表示,各字节之间用冒号“-”分隔,如本机MAC地址为:70-B5-E8-3F-E7-E8(使用命令:ipconfig /all)

 

image.png


MAC地址分类:


OUI (Organizationally Unique Identifier):厂商代码,由IEEE分配,3 Byte,24 bit

 

image.png


单播MAC地址:也称物理MAC地址,这就是终端的MAC地址,第1个字节的第8位为0


用于一对一的数据传输


单播MAC地址可以作为源或目的地址。


注意:单播MAC地址具有全球唯一性,当一个二层网络中接入了两台具有相同MAC地址的终端时,将会引发通信故障。


广播MAC地址:全1的MAC地址(FF-FF-FF-FF-FF-FF),用来表示局域网上的所有终端设备。


用于一对全部广播MAC地址可以理解为一种特殊的组播MAC地址。


其具体格式为:FFFF-FFFF-FFFF。


目的MAC地址为广播MAC地址的帧发往链路上的所有节点。


组播MAC地址:除广播地址外,第8bit为1的MAC地址为组播MAC地址(例如01-00-00-00-00-00),用来代表局域网上的一组终端。


组播MAC地址用于标识链路上的一组节点。


目的MAC地址为组播MAC地址的帧发往一组节点。


组播MAC地址不能作为源地址,只能作为目的地址。


交换机的工作原理:

 

image.png


当交换机第一次收到一个去往目的地的数据帧时,先把这个帧的MAC地址和对应的接口记录到自己MAC地址表中,然后再查询MAC地址表中的目的地址是否有去往目的的MAC地址,如果有则根据MAC地址对应的接口将数据帧直接转发出去,否则使用ARP以广播方式向全网进行询问,如果得到回应则记录MAC地址对应的接口并转发数据帧,否则直接丢弃数据帧,回复“目标主机不可达  Destination host unreachable”


查看MAC地址表的老化时间:


[Huawei]dis mac-address aging-time    


默认:Aging time: 300 seconds


在PC端当访问成功后可以使用命令  arp  -a 查看IP 地址和MAC地址的对应关系 ------ARP表


交换机对帧的处理行为一共有三种:泛洪(Flooding),转发(Forwarding),丢弃(Discarding)。


泛洪:交换机把从某一端口进来的帧通过所有其它所有的端口转发出去(除接收端口以外的所有端口)。

 

image.png


转发:交换机把从某一端口进来的帧通过另一个端口转发出去(进入交换机的那个端口)。

 

image.png


丢弃:交换机把从某一端口进来的帧直接丢弃。

 

image.png


交换机泛洪的两种情况:


如果接收的是单播帧:交换机在MAC地址表中查不到这个帧的目的MAC地址,则交换机对该单播帧执行泛洪操作。


如果接收的是广播帧:交换机不会去查MAC地址表,直接对该广播帧执行泛洪操作。