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

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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

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但现在已被交换机(链路层)替代

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以太网帧结构

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  • 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)

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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

  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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