以太网链路详情

1、交换机

1、常见的概念

1、冲突域

• 冲突域就是连接同一个共享介质的所有节点的集合，冲突域内所有节点竞争同一个带宽，一个节点发出的报文(无论是单播，组播，广播)，其他节点都可以收到

• 交换机上面的接口都是互相连接的，因此每一个接口相当于一个冲突域，不同的接口发送和数据独立，各个接口属于不同的冲突域，互联的主机不需要担心流量对数据发送冲突的影响了

• 就是以前是一个主机发送数据，其他的主机不能发送数据，只能接收，但是交换机的话，每个接口都是互相连接的，因此可以不同主机可以同时发送数据，和接收数据

• 一个节点发送的是广播的话，就会泛洪，如果接收的是单播的话，就只会发送给一个节点，因此交换机组成的局域网是广播域，但是隔离了冲突域

2、广播域

• 就是广播报文会访问所有的主机，同一个广播域内的主机都能收到广播报文

• 有一个主机发送了广播的话，交换机会发送给所有的接口都会转发，但是路由器的话，不会进行泛洪，不会转换广播，起到了一个隔离广播的作用

3、以太网卡

• 路由器和PC的连接在一起的话，可以配置ip地址的，路由器接口上配置一个ip,然后pc上面也配置了一个ip地址，如果在同一个网段的话，就可以实现互访，所以的话，PC网卡和路由器网卡本质上没有区别，基于数据包来进行处理

• 交换机上面的接口如果配置不了ip的话，就是一个二层设备，只具备二层的功能，以帧为单位进行数据转发，没有对包进行分析的能力，是一个传统的二层设备

1、以太网卡帧

• 在以太网中，数据通信是基本单位是以太帧，有2个标准

• 一个是Ethernet_ll格式和另外一个是IEEE802.3格式

• 客户端发送的是Ethernet_ll数据的帧格式，维护网络正常工作协议的是IEE 802.3帧格式

• Ethernet_ll类型，是0800上层就是ipv4的协议,是0806的话，上层就是arp协议的

• IEEE802.3类型LLC

4、mac地址

• 网络中唯一标识一个网卡，唯一的名字

• mac地址6个字节，48bit，16进制

• 为什么有了mac地址，在接入设备的时候还是需要配置ip地址，因为路由器是通过ip地址来进行寻址的，交换机是根据在mac地址在链路上面进行通信

• 不要ip地址，在链路上面通过mac地址进行实现通信，在链路上面只有mac地址可以通信

• 因此的话，ip地址和mac地址结合使用，非常的强大，在链路上面根据mac地址，在不同的网段上面，路由表根据ip地址进行转发

• ip地址是唯一标识网络中一个节点，可以通过ip地址进行不同网段的数据访问，可以改变的，在同一个网段上面是唯一的

• ip地址和mac地址，mac地址在同一个链路上面通信，ip地址可以跨链路访问

1、mac地址表示

• mac地址采用十六进制表示

• ox表示这个数据是16进制的

• 00 1E 10 DD DD 02 6个字节

• 转换成二进制的话， 0000 0000 0001 1110 一个数字转换成4bite来进行表示

2、mac地址分类

• 单播地址,第8个bite等于0的就是单播，前面是24位，就是oui就是厂商代码

• 组播地址，第8个bite等于1的话就是组播，发送给一堆接口

• 广播地址，bite全是1的位广播

• 6C就是单播地址，A是10，B是11，C是12，所以的话，这个就是一个单播

• 交换机根据目标MAC地址的第8个比特位查找

3、mac地址转换为二进制

# 一个十六进制的数等于4个二进制的数
步骤 1：把 6 转成二进制
十六进制 6 对应十进制 6。
将十进制 6 转换为二进制：
6 ÷ 2 = 3，余数 0
3 ÷ 2 = 1，余数 1
1 ÷ 2 = 0，余数 1
从下到上排列余数：110
补齐 4 位：0110
步骤 2：把 C 转成二进制
十六进制 C 对应十进制 12（A=10, B=11, C=12）。
将十进制 12 转换为二进制：
12 ÷ 2 = 6，余数 0
6 ÷ 2 = 3，余数 0
3 ÷ 2 = 1，余数 1
1 ÷ 2 = 0，余数 1
从下到上排列余数：1100

2、交换机的工作原理

• 主机1发送数据到PC2上面，交换机学习帧的地址MAC地址，然后在MAC地址表中查询该帧的目的mac地址，并将这个帧从对应的端口转发出去，arp协议

• 二层转发只用看mac地址即可，不需要看IP地址

1、mac地址表

• 每个交换机都会有一个mac地址表，存放了mac地址与交换机端口编号之间的映射关系

• 通过这个接口就能达到主机上面

2、交换机三种数据帧处理行为

• 泛洪，就是一个接口收到数据帧后，就泛洪到所有的主机

• 转发，就是从一个特定的接口转发到某个接口

• 丢弃，一个接口接收的数据，直接丢弃，不进行转发

3、为什么会泛洪

• 交换机如果接收的是单播帧，交换机查询mac地址表，查询不到，就被称为未知单播帧，交换机对该单播帧执行泛洪的操作

• 如果接收的是广播帧，不需要查询mac地址，直接进行泛洪

• 组播，也是泛洪

4、转发

• 查找到了这个目标mac地址和对应的接口，然后从这个接口进行转发即可

5、丢弃

• 交换机收到了一个帧的话，如果这个出接口和目标接口都是自己的，交换机就会丢弃

3、mac表怎么获得

• 初始情况下，交换机的mac地址表是空的

• PC发送一个数据帧，然后交换机查询源mac地址学习，找到了这个对应端口

• 根据目标mac地址是个单播，查询不到，然后就会泛洪操作，然后主机二会回复一个单播帧，然后交换机继续学习，这个源mac地址和对应的端口，这样交换机就学习到了，并且记录到了mac地址表中

• 然后PC发送数据后，就会实现转发的操作

4、同网段数据通信全过程

1、数据封装过程

• 但是以太网帧的结构里面有源mac，和目标mac地址，但是刚开始不知道目标mac地址，所以的话，需要先发送一个arp请求，获取到目标mac地址

2、泛洪数据帧

• 先发送一个arp广播，交换机直接进行泛洪

3、学习mac地址和主机回复

• 主机二就收到了arp请求，回一个arp应答，里面包含了主机2的mac地址，和主机1的目标mac地址，然后交换机就学习到了这个mac地址和对应的接口

• 然后主机1就获得了目标的mac地址，然后进行帧的封装，不断的进行数据的转发，然后交换机通过查询mac地址表，然后进行转发即可

4、总结

• 这个就是同网段通信的过程

# 发送一个ping 包，会发送一个arp请求，然后交换机就学习
# 查询交换机
<Huawei>display mac-address
MAC address table of slot 0:
-------------------------------------------------------------------------------
MAC Address    VLAN/       PEVLAN CEVLAN Port            Type      LSP/LSR-ID  VSI/SI                                              MAC-Tunnel  
-------------------------------------------------------------------------------
5489-9850-0d09 1           -      -      GE0/0/1         dynamic   0/-         
5489-9880-0d83 1           -      -      GE0/0/2         dynamic   0/-         
-------------------------------------------------------------------------------
Total matching items on slot 0 displayed = 2 # 主机上面也会有mac地址记录
PC>arp -a Internet Address    Physical Address    Type
1.1.1.2             54-89-98-80-0D-83   dynamic

• 交换机的接口，每个接口的目标mac地址都是相同的，接口不是用来通信的，用来交换机之间的通信

• arp是一个广播的报文，发送到交换机上面，会泛洪，所有主机都会接收

• 刚开始都是初始的状态，然后PC1发送一个数据到PC2上面，因为只知道PC2的目标ip，不知道目的mac地址，因此的话，先发送一个arp请求，然后发送过去，交换机就学习PC1的mac地址，并且记录端口信息，PC2收到后，发送一个ARP回答，里面记录的2个mac地址和Ip，然后交换机学习PC2的mac地址，记录端口的关系，这样的话，交换机就学习到了

• 下次发数据的时候，直接进行转发

• mac地址表，有个老化时间，默认是300秒，因此的话，每次发送的数据，交换机都要学习mac地址

• mac地址表为什么会老化

  • mac地址使用的内存空间，如果错误表项，空闲的表项，不老化，导致mac表会占用空间

  • 交换机的mac表有一定的容量限制，不清空无效的表项，导致了MAC地址表容量满了，无法学习最新的MAC地址信息

5、不同网段数据通信过程

# pc1和pc2是同一个网段的,与pc3是不同的网段

• 不同网段的话，就需要去寻找网关，所以的话，就会寻找网关的mac地址，然后网关就会回一个自己的mac地址，需要路由器，网关配置在了路由器，

• 就是网关路由器从交换机接收到后数据后，进行解封装然后查询到里面的目标ip地址不是自己的然后继续封装，转发

• 知道转发到了PC3主机上面即可，然后有mac地址，进行arp回答即可