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  • 二层转发实例讲解

    千次阅读 2019-04-10 21:21:24
    图1、二层转发连接图 一、二层转发的描述(PC2 ping PC3、只通过了交换机) 1、PC2生成一个源IP地址为192.168.1.2/24,目的IP地址为192.168.1.3/24的ICMP请求报文。 (注:/24指的是Netma...

                                                                                 图1、二层转发连接图

    一、二层转发的描述(PC2 ping PC3、只通过了交换机)

    1、PC2生成一个源IP地址为192.168.1.2/24,目的IP地址为192.168.1.3/24的ICMP请求报文。
    (注:/24指的是Netmask或Subnet mask (子网掩码)的1的位数)
    2、PC2的IP地址为192.168.1.2/24,PC3的IP地址为192.168.1.3/24,通过IP地址与掩码相与可以知道两台PC的网段均为192.168.1.0/24。在同一个网段,那么进行二层转发。
    3、PC2在广播域中发出ARP请求报文,请求PC3的MAC地址。
      (注:地址解析协议,即ARP(Address Resolution Protocol),是根据IP地址获取MAC物理地址的一个TCP/IP协议。
    主机发送信息时将包含目标IP地址的ARP请求广播到网络上的所有主机,并接收返回消息,以此确定目标的物理地址;)
    4、交换机收到来自PC2的ARP请求,首先将端口和对应的MAC地址记录,然后向各个端口转发ARP请求。
    5、对于到R4的ARP请求,R4接收到后发现请求的并不是自己的MAC地址,丢弃收到的ARP报文。
    (注:R1、R2、R3、R4为路由器)
    6、对于发送到PC3的ARP请求,PC3收到后发现请求的是自己的MAC地址,则回复自己的MAC地址。
    7、交换机收到来自PC3的ARP回复,首先将端口和对应的MAC地址记录,然后将回复报文转发给PC2。
    8、PC2知道了PC3的MAC地址,则将PC2的MAC地址和PC3的MAC地址加入新的以太帧,然后将报文发出。
    9、交换机收到报文查表后将ICMP请求报文发给PC3。
    (注:ICMP是(Internet Control Message Protocol)Internet控制报文协议。控制消息是指网络通不通、主机是否可达、路由是否可用等网络本身的消息。这些控制消息虽然并不传输用户数据,但是对于用户数据的传递起着重要的作用。)
    10、PC3收到报文后生成一个源IP地址为192.168.1.3/24,目的IP地址为192.168.1.2/24的ICMP回显报文。
    11、PC3的IP地址为192.168.1.3/24,PC2的IP地址为192.168.1.2/24,通过IP地址与掩码相与可以知道两台PC的网段均为192.168.1.0/24。由于在同一个网段,那么进行二层转发。
    12、PC3向广播域中发送ARP请求,请求PC2的MAC地址。
    13、交换机收到ARP请求后将ARP请求报文转发给PC2。
    14、PC2收到请求自己MAC地址的ARP报文后则途经交换机到达PC3。
    15、PC3知道了PC2的MAC地址,则将PC3的MAC地址和PC2的MAC地址加入新的以太网帧,然后将报文发出。
    16、交换机收到报文查表后将ICMP回显报文发给PC2。
    17、PC2收到了来自PC3的ICMP回显报文,则ping通。

    二、二层转发的抓包(工具wireshark)

                                                                              图2、抓取的报文

                                                                              图3、MAC与IP信息   

    1、为什么ARP在ICMP后面?

           因为ARP有缓存功能,可以通过arp -a命令查看arp表

                                                                         图4、arp -a执行结果

    2、ARP报文格式

                                                                       图5、ARP请求或回答报文格式

                                                                    图6、抓取的ARP请求报文内容

    3、ICMP报文格式

           ICMP报文格式=以太网首部+IPv4首部+ICMP

                                                                       图7、IPv4首部

                                                                      图8、抓取的IPv4首部

     

                                                                   图9、抓取的ICMP

    4、交换机工作流程

           提取数据报的源MAC地址,查询MAC转发表(也就是L2FDB),如果找到就直接发送到对应端口。对于表中不包含的地址,通过广播发送,也就是发送到所有端口。使用地址自动学习(根据源MAC地址学习)和老化机制(定时机制)来维护MAC转发表的信息,二层转发一般不会更改数据包内容。

    5、参考博客

    二三层转发实例讲解

    协议与报文格式

     

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  • 交换机的二层转发和三层转发

    千次阅读 2019-12-02 14:19:42
    二层交换设备工作在OSI模型的第二层,即数据链路层,它对数据包的转发是建立在MAC(Media Access Control )地址基础之上的。二层交换设备不同的接口发送和接收数据独立,各接口属于不同的冲突域,因此有效地隔离了...

    二层交换原理


    二层交换设备工作在OSI模型的第二层,即数据链路层,它对数据包的转发是建立在MAC(Media Access Control )地址基础之上的。二层交换设备不同的接口发送和接收数据独立,各接口属于不同的冲突域,因此有效地隔离了网络中物理层冲突域,使得
    通过它互连的主机(或网络)之间不必再担心流量大小对于数据发送冲突的影响。二层交换设备通过解析和学习以太网帧的源MAC来维护MAC地址与接口的对应关系(保存MAC与接口对应关系的表称为MAC表),通过其目的MAC来查找MAC表决定向哪个接口转发,基本流程如下:


    1. 二层交换设备收到以太网帧,将其源MAC与接收接口的对应关系写入MAC表,作为以后的二层转发依据。如果MAC表中已有相同表项,那么就刷新该表项的老化时间。MAC表表项采取一定的老化更新机制,老化时间内未得到刷新的表项将被删除掉。


    2. 根据以太网帧的目的MAC去查找MAC表,如果没有找到匹配表项,那么向所有接口转发(报文的入接口除外);如果目的MAC是广播地址,那么向所有接口转发(报文的入接口除外);如果能够找到匹配表项,则向表项所示的对应接口转发。

    二层交换设备虽然能够隔离冲突域,但是它并不能有效的划分广播域。因为从前面介绍的二层交换设备转发流程可以看出,广播报文以及目的MAC查找失败的报文会向除报文的入接口之外的其它所有接口转发,当网络中的主机数量增多时,这种情况会消耗大量的网络带宽,并且在安全性方面也带来一系列问题。当然,通过路由器来隔离广播域是一个办法,但是由于路由器的高成本以及转发性能低的特点使得这一方法应用有限。基于这些情况,二层交换中出现了VLAN技术。


    三层交换原理

    背景

    早期的网络中一般使用二层交换机来搭建局域网,而不同局域网之间的网络互通由路由器来完成。那时的网络流量,局域网内部的流量占了绝大部分,而网络间的通信访问量比较少,使用少量路由器已经足够应付了。但是,随着数据通信网络范围的不断扩大,网络业务的不断丰富,网络间互访的需求越来越大,而路由器由于自身成本高、转发性能低、接口数量少等特点无法很好的满足网络发展的需求。因此出现了三层交换机这样一种能实现高速三层转发的设备。路由器的三层转发主要依靠CPU进行,而三层交换机的三层转发依靠硬件完成,这就决定了两者在转发性能上的巨大差别。当然,三层交换机并不能完全替代路由器,路由器所具备的丰富的接口类型、良好的流量服务等级控制、强大的路由能力等仍然是三层交换机的薄弱环节。

    三层转发的原理

    目前的三层交换机一般是通过VLAN来划分二层网络并实现二层交换,同时能够实现不同VLAN间的三层IP互访。不同网络的主机之间互访的流程简要如下:
    1. 源主机在发起通信之前,将自己的IP与目的主机的IP进行比较,如果两者位于同一网段(用网络掩码计算后具有相同的网络号),那么源主机直接向目的主机发送ARP请求,在收到目的主机的ARP应答后获得对方的物理层(MAC)地址,然后用对方MAC地址作为报文的目的MAC地址进行报文发送。
    2. 当源主机判断目的主机与自己位于不同网段时,它会通过网关(Gateway)来递交报文,即发送ARP请求来获取网关IP地址对应的MAC,在得到网关的ARP应答后,用网关MAC作为报文的目的MAC发生报文。此时发送报文的源IP是源主机的IP,目的IP仍然是目的主机的IP。

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  • 层转发原理详解

    2018-05-08 16:05:37
    层转发原理,写的比较详细,网络基础必学,讲述层转发过程中的每个步骤
  • 交换机二层转发过程(Ping过程)

    千次阅读 2020-09-26 15:39:36
    交换机二层转发过程(Ping过程) 1. 前置条件 如下图,交换机端口1和端口2属于同一VLAN 10。PC1接在端口1上,PC2接在端口2上。PC1的MAC地址为0000-0000-0001,IP地址为10.0.0.2/24,PC2的MAC地址为0000-0000-0001,...

    交换机二层转发过程(Ping过程)

    1. 前置条件

    如下图,交换机端口1和端口2属于同一VLAN 10。PC1接在端口1上,PC2接在端口2上。PC1的MAC地址为0000-0000-0001,IP地址为10.0.0.2/24,PC2的MAC地址为0000-0000-0001,IP地址为10.0.0.3/24。

    图1

    2. PC1将目的IP与掩码进行按位与运算,得到目的IP的网络号,与本机网络号进行比较,发现是同一网段

    在这里插入图片描述

    3. PC1查看本机ARP表里面是否有目的IP的ARP表项,发现没有查找到

    在这里插入图片描述

    4. PC1构造一个ARP请求报文,请求10.0.0.3的MAC地址,报文的源MAC为本机MAC,目的MAC为广播MAC

    在这里插入图片描述

    5. PC1将ARP请求报文发送出去

    在这里插入图片描述

    6. 交换机从端口1接收到ARP请求报文,根据报文的源MAC地址创建一个MAC地址表项

    在这里插入图片描述

    7. 交换机检查报文的目的MAC为广播MAC,将报文从除端口1以外的其他端口发送出去

    在这里插入图片描述

    8. PC2接收到ARP请求报文,检查其目的MAC为广播MAC,于是接收该报文

    在这里插入图片描述

    9. PC2根据二层头中的类型字段确认是ARP报文,于是交给ARP模块处理

    在这里插入图片描述

    10. ARP模块根据报文的源MAC和源IP,创建一个ARP表项,便于后续收发报文

    在这里插入图片描述

    11. ARP模块发现请求的是本机IP地址的MAC地址,于是构造一个ARP应答报文,源MAC为本机MAC,目的MAC为PC1的MAC,告诉PC1本机的MAC地址。然后将该ARP应答报文发送出去

    在这里插入图片描述

    12. 交换机从端口2接收到ARP应答报文,根据报文的源MAC学习PC2的MAC地址,并创建一个MAC表项

    在这里插入图片描述

    13. 交换机检查ARP应答报文的目的MAC,发现是一个单播MAC,于是查找本机的MAC地址表,匹配到之前已经创建的MAC地址表项,根据该MAC地址表项,将报文从端口1发送出去

    在这里插入图片描述

    14. PC1接收到ARP应答报文,检查目的MAC为本机MAC,于是接收该报文

    在这里插入图片描述

    15. PC1根据报文中二层头中的类型字段确定是ARP报文,于是交个ARP模块处理

    在这里插入图片描述

    16. ARP模块检查报文的ARP头,发现是对之前请求报文的应答,根据报文信息创建一个ARP表项

    在这里插入图片描述

    17. PC1根据已经创建的ARP表项构造一个ICMP请求报文,源IP为本机IP,目的IP为PC2的IP,源MAC为本机MAC,目的MAC为PC2的MAC,并发送出去

    在这里插入图片描述

    18. 交换机接收到ICMP请求报文,检查报文的源MAC,发现已经有相关MAC表项,于是更新表项的老化时间

    在这里插入图片描述

    19. 交换机检查ICMP请求报文的目的MAC,发现是一个单播MAC,查找本机的MAC地址表,匹配到之前已经创建的MAC地址表项,根据该表项,将报文从端口2发送出去

    在这里插入图片描述

    20. PC2接收到ICMP请求报文,检查其目的MAC为本机MAC,于是接收该报文

    在这里插入图片描述

    21. PC2检查报文二层头中的类型字段,发现是IP报文,交给IP协议栈处理。IP协议栈检查IP头中的协议字段,发现是ICMP报文,交给ICMP模块处理

    在这里插入图片描述

    22. ICMP模块发现是ICMP请求报文,请求的是本机IP,于是构造一个ICMP应答报文,源MAC为本机MAC,源IP为本机IP,目的MAC为PC1的MAC,目的IP为PC1的IP,并将报文发送出去。

    在这里插入图片描述

    23. 交换机从端口2接收到ICMP应答报文,检查该报文的源MAC,发现已经有该MAC地址的表项,于是更新表项的老化时间

    在这里插入图片描述

    24. 交换机检查该报文的目的MAC,发现是一个单播MAC,于是查找本机的MAC地址表,匹配到一个之前已经创建的MAC表项,根据该MAC表项从端口1将报文发送出去

    在这里插入图片描述

    25. PC1接收到ICMP应答报文,检查报文的目的MAC为本机MAC,于是接收该报文

    在这里插入图片描述

    26. PC1根据报文的二层头中的类型字段发现是IP报文,交个IP协议栈处理,IP协议栈检查IP头中的协议字段,发现是ICMP报文,交个ICMP模块处理

    在这里插入图片描述

    27. ICMP模块检查ICMP报文内容,发现该报文时对之前请求报文的应答,处理该报文,流程结束

    在这里插入图片描述

    28. 总结

    Ping的过程隐含了一个ARP请求的过程。
    Ping的第一个报文有可能不通,这是因为ARP请求的时间过长,导致第一个ping报文超时。
    ARP表有老化时间,如果长时间没有跟目的主机通信,再次通信需要重新发起ARP请求。
    两台主机之间处于同一网段的时候,交换机只做二层转发。

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  • 路由器只要进行CPU的软转发,然后性能和速度瓶颈小,很容易受到限制; 交换机是基于芯片的快速转发; 走过路过,点个三连 一起学习,一起进步 技术交流:QQ---1740602259 ...

     

     路由器只要进行CPU的软转发,然后性能和速度瓶颈小,很容易受到限制;

    交换机是基于芯片的快速转发;

     

     

     

     

    走过路过,点个三连

    一起学习,一起进步

    技术交流:QQ---1740602259

     

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  • 二层转发PPT

    2019-01-18 01:14:31
    二层转发的演示文稿初稿,没有什么参考价值。只是一个分享的稿子
  • H3C交换机三层转发和二层转发

    千次阅读 2019-02-26 09:56:19
    否则通过设备的二层接口进行二层转发二层转发根据报文的目的MAC地址查找MAC地址表,得到报文的出接口,然后将报文发送出去。 当三层交换机为终端网关时,那么终端跨网段访问必定会将数据包发送给网关(此三层...
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    千次阅读 2019-12-13 16:52:09
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  • 主机a和主机b在一个网段内部,属于二层交换,假设主机a的ARP中没有b的映射,此时涉及ARP的东西,这个可是三层的报文啊,之后还有icmp的报文
  • Opendaylight二层转发.doc

    2018-09-20 13:20:21
    Opendaylight二层转发,介绍了pica8对接odl,二层转发的过程
  • 交换机层转发原理简单总结

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    首先二层转发是基于MAC地址转发,三层转发基于IP地址转发,但是这并不意味着仅仅依靠IP地址就能转发,三层转发是建立在二层的基础上的,而仅仅依靠MAC地址是能够转发的。另外,由于二三层转发基于MAC地址、IP地址、...
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    下面就开始正式讲解一下二层转发原理:在OSI和TCP/IP模型中,交换机都在二层,转发数据帧。 下图是数据帧的格式 在最开始就说了二层转发原理就是 学习源MAC地址,根据目的MAC地址转发。 当一个数据帧到达交换机后...
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    二层转发具体过程   根据路由表项的掩码和目的IP相与,判断主机A和主机B处于同一网段,采用二层转发。 1. 主机A向全网段的其他主机发送ARP广播报文,其SMAC为主机A 的MAC地址,SIP为主机A的IP地址192.168.1.1...
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