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
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
但现在已被交换机(链路层)替代
以太网帧结构
- 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)
交换机转发分组基于MAC地址而不是IP地址
自学习(self-learning)
交换机的表自动、动态、自治地建立:自学习
- 交换机表初始为空
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
- 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