链路层（二）

博主： Xherlock
发布时间：2022 年 06 月 10 日
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2397字数
分类：计算机网络

# 链路层（二）

## LANs

### 链路层寻址和ARP

#### 链路层地址

链路层地址/LAN地址/物理地址/MAC地址：主机、路由器、交换机的适配器（网络接口）具有链路层地址，用来传输帧

48比特（6字节），通常十六进制标记法表示，适配器MAC地址固定唯一（但可以软件修改），由IEEE分发，具有扁平（flat）结构，便于携带，而IP地址不可携带，地址取决于IP子网

#### ARP：address resolution（地址解析协议）

子网中结点要发送数据报，源要给出IP数据报，还要给出MAC地址

**ARP表**：每个IP结点都有对应的IP到MAC映射以及TTL（20min）

*在子网内：*

A想给B发送数据报，但是A的ARP表中无B的MAC地址：A广播ARP查询分组（包含了B的IP地址，目标MAC地址为FF-FF-FF-FF-FF-FF），询问子网上其他所有主机和路由器，确定请求IP对应的MAC地址

B收到ARP查询分组后，回复A并带有B自己的MAC地址（单播unicast），A收到后更新自己的ARP表，并发送它的IP数据报

ARP属于即插即用（plug-and-play）：创建自己的ARP表，不需要管理员来配置

#### 到其他子网

![image-20220610091115867.png](http://xherlock.top/usr/uploads/2022/06/3322850836.png)

A想发给C数据报

* A知道C的IP地址
* A知道第一跳路由器的IP地址：DHCP告诉它
* A知道R的MAC地址：ARP协议获取

传输过程中源和目标IP地址始终不变

A到R：MAC src=74-29-9C-E8-FF-55，MAC dest=E6-E9-00-17-BB-4B

R到C：MAC src=1A-23-F9-CD-06-9B，MAC dest=49-BD-D2-C7-56-2A。IP src=222.222.222.220

### 以太网

**成功原因**

* 第一个广泛部署的高速局域网
* 更便宜、简单（相比令牌环token ring、FDDI光线分布式数据接口、ATM）
* 以太网速度不断提升

总线型拓扑结构：一种使用CSMA/CD的广播LAN，会出现碰撞

星型拓扑结构：基于集线器（hub，一种物理层设备，作用于各个比特而不是帧，放大能量强度，并将该比特向其他所有接口传输出去）的广播局域网，会发生碰撞

![image-20220610101701478.png](http://xherlock.top/usr/uploads/2022/06/3751563622.png)

但现在已被交换机（链路层）替代

![image-20220610101752978.png](http://xherlock.top/usr/uploads/2022/06/3622111644.png)

#### 以太网帧结构

![image-20220610102041624.png](http://xherlock.top/usr/uploads/2022/06/3285817259.png)

* 前同步码（preamble）：8字节，7个10101010字节，最后1个10101011字节，用来同步适配器时钟
* 目的地址和源地址：各6字节，目的地址为接收方的MAC地址或ARP广播地址时，向上传输给网络层，否则丢弃
* 类型：2字节，指明上层协议
* 数据：46~1500字节，超过1500字节分片，小于46字节填充（fill it out）
* CRC：4字节，检测差错

**特点**

* 不可靠服务：接收方不发送确认帧，发送方不能确定接收方是否收到
* 无连接：发送接收方适配器之间无握手

### 交换机

转发器（repeater）：输入端接收信号，在输出端重新生成信号（物理层）

交换机对子网内的主机和路由器来说是透明的：它们意识不到交换机的存在

**功能**

* 存储转发以太网帧
* 检查传来的帧的MAC地址，选择性分发帧到一个或多个输出链路
* 输出接口有缓存

> hub：不能隔离冲突域和广播域
>
> switch：可隔离冲突域，不能隔离广播域
>
> router：可隔离冲突域和广播域

没有冲突、全双工

#### 交换机转发和过滤

过滤（决定一个帧是转发还是丢弃）和转发（决定帧向哪个接口转发）

![image-20220610104326623.png](http://xherlock.top/usr/uploads/2022/06/719792876.png)

**交换机转发分组基于MAC地址而不是IP地址**

![image-20220610104512771.png](http://xherlock.top/usr/uploads/2022/06/620192110.png)

#### 自学习（self-learning）

交换机的表自动、动态、自治地建立：**自学习**

1. 交换机表初始为空
2. 对每个接口收到的入帧，交换机在表中存储：
   * 该帧源地址MAC
   * 该帧到达的接口
   * 当前时间
3. 一段时间（老化期，aging time）后，没有接收到以该地址作为源地址的帧，删除地址

因此称交换机为即插即用设备：不需网络管理员或用户的干预

最后修改：2022 年 06 月 10 日

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顶点软件
你写得非常清晰明了，让我很容易理解你的观点。
mars
博主你好，请问怎么知道的alloc函数属于Buffer下的方法...
lj
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Mr.Guan
:@(赞一个)
Typecho
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链路层（二）

Xherlock • 2022 年 06 月 10 日

# 链路层（二）

## LANs

### 链路层寻址和ARP

#### 链路层地址

链路层地址/LAN地址/物理地址/MAC地址：主机、路由器、交换机的适配器（网络接口）具有链路层地址，用来传输帧

#### ARP：address resolution（地址解析协议）

子网中结点要发送数据报，源要给出IP数据报，还要给出MAC地址

**ARP表**：每个IP结点都有对应的IP到MAC映射以及TTL（20min）

*在子网内：*

B收到ARP查询分组后，回复A并带有B自己的MAC地址（单播unicast），A收到后更新自己的ARP表，并发送它的IP数据报

ARP属于即插即用（plug-and-play）：创建自己的ARP表，不需要管理员来配置

#### 到其他子网

![image-20220610091115867.png](http://xherlock.top/usr/uploads/2022/06/3322850836.png)

A想发给C数据报

* A知道C的IP地址
* A知道第一跳路由器的IP地址：DHCP告诉它
* A知道R的MAC地址：ARP协议获取

传输过程中源和目标IP地址始终不变

A到R：MAC src=74-29-9C-E8-FF-55，MAC dest=E6-E9-00-17-BB-4B

R到C：MAC src=1A-23-F9-CD-06-9B，MAC dest=49-BD-D2-C7-56-2A。IP src=222.222.222.220

### 以太网

**成功原因**

* 第一个广泛部署的高速局域网
* 更便宜、简单（相比令牌环token ring、FDDI光线分布式数据接口、ATM）
* 以太网速度不断提升

总线型拓扑结构：一种使用CSMA/CD的广播LAN，会出现碰撞

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但现在已被交换机（链路层）替代

![image-20220610101752978.png](http://xherlock.top/usr/uploads/2022/06/3622111644.png)

#### 以太网帧结构

![image-20220610102041624.png](http://xherlock.top/usr/uploads/2022/06/3285817259.png)

**特点**

* 不可靠服务：接收方不发送确认帧，发送方不能确定接收方是否收到
* 无连接：发送接收方适配器之间无握手

### 交换机

转发器（repeater）：输入端接收信号，在输出端重新生成信号（物理层）

交换机对子网内的主机和路由器来说是透明的：它们意识不到交换机的存在

**功能**

* 存储转发以太网帧
* 检查传来的帧的MAC地址，选择性分发帧到一个或多个输出链路
* 输出接口有缓存

> hub：不能隔离冲突域和广播域
>
> switch：可隔离冲突域，不能隔离广播域
>
> router：可隔离冲突域和广播域

没有冲突、全双工

#### 交换机转发和过滤

过滤（决定一个帧是转发还是丢弃）和转发（决定帧向哪个接口转发）

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**交换机转发分组基于MAC地址而不是IP地址**

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#### 自学习（self-learning）

交换机的表自动、动态、自治地建立：**自学习**

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