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  • 交换机转发原理及计算机命令

    千次阅读 2021-12-01 16:39:20
    一、交换机的转换原理 初始状态 MAC地址学习 广播未知数据 接受方回应 ...B收到2端口发来的信息后,进行拆包,发现是给自己的信息,则会给交换机回应,把自己的mac地址和数据传输给交换机交换机...

    一、交换机的转换原理

    1. 初始状态
    2. MAC地址学习
    3. 广播未知数据
    4. 接受方回应
    5. 交换机实现单播通信

    ABC三台主机对应交换机的123端口。A想把数据传送给B,先把源MAC和目标MAC地址打包成数据帧发送到1端口,交换机收到A的信息后,会把A的MAC地址和绑定到1接口端,然后像2和3端口进行广播。c接收到信息后,解封A发来的数据,发现找的不是自己,则直接丢弃数据。B收到2端口发来的信息后,进行拆包,发现是给自己的信息,则会给交换机回应,把自己的mac地址和数据传输给交换机,交换机会把2端口和B的mac地址进行绑定,最后把数据传送给A。A和B实现单播传输。

    二、以太网的帧格式

    以太网帧格式

    前导码(Preamble)包含 8 字节。前 7 字节的值为 0xAA,而最后 1 字节的值为 0xAB。在 DIX 以太网中,前导码被认为是物理层封装的一部分,而不是数据链路层的封装。

    目的地址(DA)包含 6 字节。DA 标识了帧的目的站点的 MAC 地址。DA 可以是单播地址(单个目的地)、组播地址目的地DA或广播地址。

    源地址∶(SA)包含 6 字节。SA 标识了发送帧的站点的 MAC 地址。SA 一定是单播地址(即第 8 位是 0)。类型域包含 2 字节,用来标识上层协议的类型,如!    0800H 表示 IP 协议。

    数据域包含 46~1500 字节。数据域封装了通过以太网传输的高层协议信息。由于 CSMA/CD算法的限制,以太网帧不能小于某个最小长度。高层协议要确保这个域至少包含 46 字节。如果实际数据不足 46 字节,则高层协议必须执行某些(未指定)填充算法。数据域长度的上限是任意的,但已经被设置为 1500 字节。

    帧校验序列(FCS)包含 4 字节。FCS 是从 DA 开始到数据域结束这部分的校验和。 校验和的算法是 32 位的 CRC(Cyclic Redundancy Check,循环冗余校验法)。

    三、计算机的基础命令


    用户视图模式<Huawei>切换至系统视图模式【Huawei <Huawei>system-view

    1、历史命令查询

    [Huawei] display history-command

    2、配置主机名<Huawei> system-View [Huawei ] sysname Router1

    3、状态信息查询

    查看VRP版本

    <Huawei>display version <Huawei>display users   ####查看用户终端信息

    4、进入接口模式并查看信息<Huawei>syS

    [Huawei]int e0/0/1

    【Huawei-GigabitEthernet0/0/1】dis this####查看当前视图下的配置信息

    5、配置文件管理命令

    非#查看设备保存的信息

    [Huawei]display saved-confiquration

    ###查看设备当前配置的信息

    [Huawei]display current-configuration ##擦除存储设备中的配置文件(初始化)<Huawei>reset saved-configuration

    非比较当前配置信息与存储设备中的保存文件是否一致

    <Huawei>compare confiquration

    6、关闭华为的信息提示中心[Hluawei]undo info-center enable 或者

    <Huawei>undo terminal monitor

    7、永不超时

    [Huawei]user-interface console 0 [Huawei-ui-console0]idle-timeout 0 0

    8、配置双工及速率命令<Huawei>sys [Huawei]int g0/0/1 4关闭自动协商

    [SW1-Ethernet0/0/1]undo negotiation auto

    若##调至速率100M

    [SWl-Ethernet0/0/1]speed 100 [SW1-Ethernet0/0/1]duplex full

    ###调至全双工模式, 解释∶full∶Full-Duplex(全双工模式)

    half∶Half-Duplex(半双工模式)

    9、保存配置<Huawel>save

    10、设置远程登录密码

    #0是初始值,4是结束值。表示可同时打开5个会话进入交换机去配置命令

    [Huawei]user-interface vty 0 4

    [Huawei-ui-vty0-4]authentication-mode password

    [Huawei-ui-vty0-4]set authentication password simple 222 [Huawei-ui-vty0-4]user privilege level 3 [Huawei-ui-vty0-4]dis this

     

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  • 交换机有多个网络端口,它通过识别数据帧的目标 MAC 地址,根据 MAC 地址表决定从哪个端口发送数据。MAC 地址表不需要在交换机上手工设置,而是可以自动生成的。 交换机是如何添加、更新、删除 MAC 地址表条...

    转自知乎:

    作者:网工Fox
    链接:https://www.zhihu.com/question/20099434/answer/1861866418
    来源:知乎
    著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权,非商业转载请注明出处。
     

    二层转发原理

    交换机有多个网络端口,它通过识别数据帧的目标 MAC 地址,根据 MAC 地址表决定从哪个端口发送数据。MAC 地址表不需要在交换机上手工设置,而是可以自动生成的。

    交换机是如何添加、更新、删除 MAC 地址表条目的?

    在初始状态下,交换机的 MAC 地址表是空的,不包含任何条目。当交换机的某个端口接收到一个数据帧时,它就会将这个数据帧的源 MAC 地址、接收数据帧的端口号作为一个条目保存在自己的 MAC 地址表中,同时在接收到这个数据帧时重置这个条目的老化计时器时间。这就是交换机自动添加 MAC 地址表条目的方式。

    在新增这一条 MAC 地址条目后,如果交换机再次从同一个端口收到相同 MAC 地址为源 MAC 地址的数据帧时,交换机就会更新这个条目的老化计时器,确保活跃的的条目不会老化。但是如果在老化时间内都没收到匹配这个条目的数据帧,交换机就会将这个老化的条目从自己的 MAC 地址表中删除

    还可以手动在交换机的 MAC 地址表中添加静态条目。静态添加的 MAC 地址条目优先动态学习的条目进行转发,而且静态条目没有老化时间,会一直保存在交换机的 MAC 地址表中。

    如何使用 MAC 地址表条目进行转发?

    当交换机的某个端口收到一个单播数据帧时,它会查看这个数据帧的二层头部信息,并进行两个操作。一个操作是根据源 MAC 地址和端口信息添加或更新 MAC 地址表。另一个操作是查看数据帧的目的 MAC 地址,并根据数据帧的目的 MAC 地址查找自己的 MAC 地址表。在查找 MAC 地址表后,交换机会根据查找结果对数据帧进行处理,这里有 3 中情况:

    1. 交换机没有在 MAC 地址表中找到这个数据帧的目的 MAC 地址,因此交换机不知道自己的端口是否有连接这个 MAC 地址的设备。于是,交换机将这个数据帧从除了接收端口之外的所有端口泛洪出去。

    1. 交换机的 MAC 地址表中有这个数据帧的目的 MAC 地址,且对应端口不是接收到这个数据帧的端口,交换机知道目的设备连接在哪个端口上,因此交换机会根据 MAC 地址表中的条目将数据帧从对应端口单播转发出去,而其它与交换机相连的设备则不会收到这个数据帧。

    1. 交换机的 MAC 地址表中有这个数据帧的目的 MAC 地址,且对应端口就是接收到这个数据帧的端口。这种情况下,交换机会认为数据帧的目的地址就在这个端口所连接的范围内,因此目的设备应该已经收到数据帧。这个数据帧与其它端口的设备无关,不会将数据帧从其它端口转发出去。于是,交换机会丢弃数据帧。

    单播:主机一对一的发送数据。单播地址是主机的 MAC 地址。 广播:向局域网内所有设备发送数据。只有全 1 的 MAC 地址为广播 MAC 地址,即 FF-FF-FF-FF-FF-FF泛洪:将某个端口收到的数据从除该端口之外的所有端口发送出去。泛洪操作广播的是普通数据帧而不是广播帧。

    三层转发原理

    路由器有多个端口,分别连接不同的数据链路。它通过识别目的 IP 地址的网络号,再根据路由表进行转发,路由表中有匹配的路由条目才会转发,无匹配的路由条目则直接丢弃。路由条目既可以手动设置静态路由,也可以通过路由协议自动生成动态路由。

    路由器如何进行三层转发?

    当一台路由器收到一个数据包时,会执行如下步骤:

    1. 对数据包进行解封装

    通过解封装,查看网络层头部信息的目的 IP 地址

    1. 在路由表中查找匹配的路由条目

    查找匹配的路由条目,就需要将数据包的目的 IP 地址与各个路由条目的网段地址先进行二进制与( AND )运算,再将运算结果与路由条目的网段地址进行比较,若一致则该条目与目的 IP 地址相匹配。最后,与所有路由条目完成运算和比较,可得到一条或多条相匹配的路由条目。也可能没有匹配的路由条目,那么丢弃数据包。

    1. 从多个匹配项中选择掩码最长的路由条目。

    如果路由表中有多条路由条目都匹配数据包的目的 IP 地址,则路由器会选择掩码长度最长的路由条目,这种匹配方式称为最长匹配原则

    例如:10.1.3.10 的网络地址与 10.1.3.0/16 和 10.1.3.0/24 两项都匹配,这时应该选择匹配度最长的 10.1.3.0/24 。

    1. 将数据包按照相应路由条目进行转发

    路由条目中包含下一跳出接口。当路由器找到相应的路由条目后,它就会根据对应的下一跳和出接口,将数据包从出接口发送数据给下一跳设备。

    ARP

    只要确定了 IP 地址,就可以向这个目标地址发送 IP 数据报文。但是在进行实际通信时,还要知道每个 IP 地址所对应的 MAC 地址。

    地址解析协议,简称 ARP 协议。是根据目的设备的 IP 地址来查询对应 MAC 地址的协议。

    ARP 的工作原理

    当主机 A 向同一个网段内的主机 C 发送数据,但是不知道主机 C 的 MAC 地址。

    1. ARP 请求:主机 A 以主机 C 的 IP 地址为目的 IP 地址,以广播 MAC 地址为目的 MAC 地址,在同网段内发送这个广播报文,这个报文就叫 ARP 请求报文

    二层交换机不查看 IP 地址,根据目的 MAC 地址将报文除接收端口外的所有端口发送。

    1. ARP 响应:主机 C 发现目的 IP 地址是自己的 IP 地址,于是主机 C 以自己 MAC 地址和 IP 地址作为源 MAC 地址和源 IP 地址,以主机 A 的 MAC 地址和 IP 地址作为目的 MAC 地址和目的 IP 地址,发送响应报文给主机 A ,这个报文就叫 ARP 响应报文。其它主机收到主机 A 的 ARP 请求报文,因为目的 IP 地址不是自己的 IP 地址,因此不会进行响应。

    当主机 A 在发送 ARP 广播请求报文时,二层交换机已经有主机 A 的 MAC 地址表条目。当收到主机 C 发送的单播 ARP 响应报文时,二层交换机将报文从相应端口发送出去。并将主机 C 的 MAC 地址和对应端口记录到 MAC 地址表中。

    1. 更新 ARP 缓存表:主机 A 收到 ARP 响应报文后,将主机 C 的 IP 地址和 MAC 地址记录到 ARP 缓存表中。下次再向主机 C 发送数据时,直接将缓存的目的 MAC 地址进行封装。

    当主机 A 向不同网段的主机 C 发送数据,但是不知道主机 C 的 MAC 地址。

    1. 主机 A 使用主机 C 的 IP 地址查询 ARP ,ARP 发现主机 C 不在同一个网段,需要通过默认网关(即默认路由的下一跳地址),但是没有网关 MAC 地址;

    1. 主机 A 先将发送给主机 C 的数据放入缓存中,然后发送 ARP 请求报文,主机 A 以网关 IP 地址为目的 IP 地址发送 ARP 广播请求报文

    1. 路由器收到 ARP 广播请求报文后,将主机 A 的 MAC 地址和对应端口添加到自己的 MAC 表中,然后查看目的 IP 地址发现是请求自己的 MAC 地址,于是单播发送 ARP 响应报文

    1. 主机 A 收到 ARP 响应报文后,将发送给主机 C 的数据封装网关 MAC 地址为目的 MAC 地址进行发送;

    1. 路由器收到报文后,查看目的 IP 地址,是发送给主机 C 的,于是查询路由表从相应端口发送数据。由于没有主机 C 的 MAC 地址,路由器发送 ARP 请求报文,源 MAC 地址和源 IP 地址替换为发送端口的MAC 地址和 IP 地址;

    1. 主机 C 收到 ARP 请求报文后,添加路由器的端口和 MAC 地址到 MAC 地址表,单播发送 ARP 响应报文

    1. 路由器收到主机 C 的 MAC 地址后,将其添加到 MAC 地址表中。将主机 A 发送给主机 C 的报文重新封装,以自己的 MAC 地址为源 MAC 地址,以主机 C 的 MAC 地址为目的 MAC 地址,发送给主机 C ;

    1. 主机 C 收到主机 A 发送的数据,发送过程结束。

    当主机 C 向主机 A 发送回复报文时,同主机 A 向主机 C 发送数据的步骤一致

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  • 交换机转发原理

    千次阅读 2021-01-23 13:44:10
    MAC地址表是交换机的一个核心组成部分,交换机主要是根据MAC地址表来进行帧的转发的。交换机对帧的转发操作行为一共有3种:泛洪( Flooding)转发(Forwarding)和丢弃( Discarding)。关于这3种转发操作行为的具体含义在此...

    原理概述
    MAC地址表是交换机的一个核心组成部分,交换机主要是根据MAC地址表来进行帧的转发的。交换机对帧的转发操作行为一共有3种:泛洪( Flooding)转发(Forwarding)和丢弃( Discarding)。关于这3种转发操作行为的具体含义在此不再赘述。


    在不涉及VLAN的情况下,交换机的转发原理可以概括地描述为:

    (1)如果进入交换机的是一个单播帧,则交换机会去MAC地址表中查找这个帧的目的MAC地址,如果查不到这个MAC地址,则交换机将对该帧执行泛洪操作;如果查到了这个MAC地址,则比较这个MAC地址在MAC地址表中对应的端口是不是这个帧进入交换机的那个端口,如果不是,则交换机将对该帧执行转发操作,如果是,则交换机将对该帧执行丢弃操作。

    (2)如果进入交换机的是一个广播帧,则交换机不会去查MAC地址表,而是直接对该帧执行泛洪操作。

    (3)如果进入交换机的是一个组播帧,则交换机的处理行为比较复杂。

    每当IP模块收到上层应用的加入组播组的请求之后,IP模块就会向数据链路层通告,通告的时候携带了组播组的IP地址,于是数据链路层就会把IP地址进行适当的变换变换的结果就是一个组播MAC地址,于是数据链路层把这个组播MAC地址插入自己的接收列表里面,以后每当有数据帧到来的时候,数据链路层就会把数据帧的目的MAC地址跟接收列表里的每项内容进行比较,遇到任何匹配的一项就接收
    下来,并向IP层传送。
    数据链路层如何区分单播MAC地址跟组播MAC地址?一般情况下单播MAC地址的最高字节的最低比特为0,而组播MAC地址的最高字节的最低比特为1

     

    数据链路层做一个IP地址跟组播MAC地址的影射,这个影射是怎样的?

    比如

    IP模块告诉数据链路层软件,自己加入了一个组播组224.10.10.10,则数据链路层形成一个MAC地址01--00--5E--0A--0A--0A(取组播IP地址低23位,高位为上面介绍的规则)并加入接收地址列表中,

    交换机根据什么创建组播转发项,并对组播转发项的出口集合做出修改?

    回忆单播的情况下,交换机是根据学习来获得单播转发表的,在组播情况下,学习能否奏效?其实在组播情况下,学习是不行的,因为在单播情况下的学习是针对数据帧的源MAC地址进行的,而组播MAC地址不可能出现在数据帧的源MAC地址位置上(组播MAC地址出现的唯一位置就是数据帧的目的MAC地址),所以根本无法学习。这时候我们必须想一些其他办法来解决该问题,这些办法就是二层组播协议(IGMP)。

    交换机分析每个接收到的组播数据帧(IGMP加入消息是以组播方式发送的),看该数据是否是一个IGMP加入消息,如果是,则从消息中就可以知道发出该消息的主机想加入的组播组,根据该组播组的IP地址形成组播MAC地址,并把接收到该消息的端口加入出口列表,这样一个组播转发项就创建完成了。 完成之后,交换机把刚才拦截的IGMP消息在不加改变的转发出去。这样不停的窥探,交换机就可以掌握网络上的组播成员情况,并反映在自己内部转发表里,以后就根据创建的组播转发表来进行数据的转发

    交换机具有转发帧的能力,同时还具有MAC地址学习能力。当一个帧进入交换机后,交换机会检查这个帧的源MAC地址,并将该MAC地址与这个帧进入交换机的那个端口进行映射,然后将这个映射关系作为一个动态地址表项存放进MAC地址表。MAC地址表是一张动态的表,每个表项在创建或刷新时,都会设定并维护一个默认是300s的生存期(也称为老化周期)。一个MAC地址表项如果超过了生存期,则该表项会立即被自动清除。MAC地址表中的表项分为动态表项和静态表项,前者是交换机通过动态学习过程创建的,后者是通过手工配置创建的。静态表项不存在生存期的概念,并且其优先级高于动态表项:对于一个特定的MAC地址,如果手工配置了关于它的静态表项,则MAC地址表中将不会再出现关于它的动态表项。


    如果两台主机之间通过交换机相连,那么其中一台主机在向另一台主机发送数据帧的时候,会首先在自己的ARP缓存表中查找目标主机的MAC地址。如果ARP缓存表中不存在目标主机的MAC地址,则源主机会以广播帧的形式发送ARP请求报文来获取目标主机的MAC地址,目标主机接收到该ARP请求报文后,会以单播帧的形式回应一个ARP回复报文,告知自己的MAC地址。源主机在获取了目标主机的MAC地址后,一方面可利用该MAC地址向目标主机发起通信,另一方面会将目标主机的IP地址和MAC地址建立一个映射关系,并将此映射关系作为一个条目存放在自己的ARP缓存表中。ARP缓存表也是一张动态的表,关于其动态机制这里就不再赘述了。

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  • 交换机数据帧的转发和过滤

    千次阅读 2021-12-14 17:07:55
    交换机根据MAC地址表项进行数据转发。 上图中,PCA发出数据帧,其目的地址是PCD的地址MAC_D。交换机在端口E1/0/1收到数据帧后,检索MAC地址表项,发现目的MAC地址MAC_D所对应的端口是E1/0/4,就把此数据帧从E1/0/...

            大家好呀,我是请假君,今天又来和大家一起学习数通了,今天要分享的知识是交换机对数据帧的转发和过滤。

            一、单播帧的转发:

            交换机根据MAC地址表项进行数据帧转发。

            上图中,PCA发出数据帧,其目的地址是PCD的地址MAC_D。交换机在端口E1/0/1收到数据帧后,检索MAC地址表项,发现目的MAC地址MAC_D所对应的端口是E1/0/4,就把此数据帧从E1/0/4转发,不在端口E1/0/2和E1/0/3转发,PCB和PCC也不会收到目的到PCD的数据帧。

            二、广播、组播和未知单播帧的转发:

            交换机需要把广播、组播帧从所有的端口转发出去(除了源端口)。因为广播和组播的目的就是要让网络中其他的成员收到这些数据帧。

            未知单播帧是指帧的目的MAC地址在交换机MAC地址表中无相应表项的数据帧。由于MAC地址表中无相关表项,所以交换机也要把未知单播帧从其他端口转发出去,以使网络中其他主机能收到。 
            三、数据帧的过滤:

            为了杜绝不必要的帧转发,交换机对符合特定条件的帧进行过滤。无论是单播、组播、广播帧,如果帧目的MAC地址在MAC地址表中有表项存在,且表项所关联的端口与接收到帧的端口相同时,则交换机对此帧进行过滤,即不转发此帧。

            通常,帧过滤发生在一个端口学习到多个MAC地址的情况下。如上图所示,交换机端口E1/0/1连接有一个Hub,所以端口E1/0/1上会同时学习到PCA和PCB的MAC地址。此时,PCA和PCB之间进行数据通信时,尽管这些帧能够到达交换机的E1/0/1端口,交换机也不会转发这些帧到其它端口,而是将其丢弃了。 

             好的,那么今天的分享就到这里,有疑问的欢迎来评论区讨论,我们下次再见。

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