【计算机网络】第五章 数据链路层（3）

四．ARP协议

1. MAC地址（LAN地址、物理地址、以太网地址）

（1）做用：用于局域网内标识一个帧从哪一个接口发出，到达哪一个物理相连的其余接口

（2）固化在网卡的ROM中（惟一的），有时能够软件设置

（3）表示：十六进制、六个字节，如1A-2F-BB-76-09-AD

（4）管理：IEEE统一管理与分配前24个比特给网卡生产商，生产商分配后24个比特

（5）MAC地址 vs IP地址

　　·MAC地址：平面地址，可携带，可从一个LAN移到另外一个LAN，至关于身份证号

　　·IP地址：层次地址，不可携带，依赖于结点链接到哪一个子网，至关于邮政地址

2. ARP：地址解析协议

（1）问题：在同一个LAN内，如何在一直目的接口的IP地址的前提下肯定其MAC地址

（2）ARP表：即插即用

　　·LAN中的每一个IP结点维护一个表，储存<IP地址; MAC地址; TTL>

　　·TTL一般为20min，通过这个时间后，映射关系会被遗弃

（3）过程

　　·A想发送数据报给B，B的MAC地址不在A的ARP表中

　　·A广播ARP查询分组，其中包含B的IP地址，目的MAC地址为全1，LAN中全部结点都接收查询

　　·B接收ARP查询分组，IP地址匹配成功，向A应答B的MAC地址（单播）

　　·A在其ARP 表中缓存B的IP-MAC地址对，直至超时

 

3. 寻址：从一个LAN路由到另外一个LAN

（1）A构造IP数据报，其中源IP地址是A的，目的地址是B的

（2）A构造链路层帧，其中源MAC地址是A的，目的MAC地址是R左端的，封装A到B的IP数据报

（3）帧从A发送至R，R接收帧，提取IP数据报，传递给上层IP协议

（4）R转发IP数据报（源和目的IP地址不变）

（5）R建立链路层帧，其中源MAC地址是R右端的，目的MAC地址是B的，封装A到B的IP数据报

 

 

五．以太网

1. 优点：造价低廉、应用普遍、简单偏移、知足网络速率需求

2. 物理拓扑

（1）总线（同轴电缆）：全部节结点在同一冲突域

（2）星形（中心交换机）：目前主流网络拓扑，每一个结点一个单独冲突域

3. 不可靠、无链接服务

（1）无链接：发送帧的网卡与接收帧的网卡间没有握手过程

（2）不可靠：接收王可不向发送网卡确认，差错帧直接丢弃，数据恢复依靠高层协议

（3）以太网的MAC协议：采用二进制指数退避算法的CSMD/CD

4. 以太网CSMD/CD算法

（1）NIC从网络层接收数据报，建立数据帧

（2）监听信道，若空闲则开始发送帧，不然一直监听直到信道空闲

（3）NIC发送完整个帧，而没有检测到其余结点的数据发送，NIC确认帧发送成功

（4）若NIC检测到其余结点的数据发送，停止发送，发送堵塞信号

（5）停止发送后，NIC进入二进制指数退避

　　·第m次连续冲突后

　　　　- 取n = Min(m, 10)

　　　　- NIC从{0, 1, 2, ..., 2^n - 1}中随机选择一个数K

　　　　- NIC等待512K比特的传输延迟时间，返回第二步

　　·连续冲突次数越多，平均等待时间越长

5. 以太网帧结构

 

（1）前导码：8B，7个字节的10101010，第8个字节为10101011

（2）目的/源MAC地址：6B，全1表示广播地址

（3）类型：2B，指示帧中封装的是哪一种高层协议的分组

（4）数据：46-1500B，上层协议载荷

 

（5）CRC：4B，循环冗余校验码，丢弃差错帧

6. 不一样以太网标准：相同的MAC协议和帧格式，不一样的速率和物理介质

7. 交换机

（1）链路层设备

　　·存储-转发以太网帧

　　·检验到达帧的目的MAC地址，选择性地向一个或多个输出链路转发帧

　　·利用CSMA/CD访问链路，发送帧

　　·透明：主机没法感知交换机的存在

　　·即插即用

（2）多端口间同时传输

　　·主机利用独享链路直接链接交换机

　　·交换机缓存帧

　　·全双工发送帧，每段链路一个独立的冲突域，即AA’和BB’可同时传输

 

（3）交换机转发表：交换表

　　·交换表项：主机MAC地址，到达主机的接口，时间戳

　　·自学习：收到帧时，学习源MAC地址，将信息记录到交换表中

　　·帧过滤/转发

 

（4）组织机构网络：IP子网 = 广播域

（5）交换机 vs 路由器

　　·均为存储-转发设备：路由器是网络层设备，交换机是链路层设备

　　·均使用转发表：路由器利用路由算法和IP地址，交换机利用自学习和MAC地址

 

8. 虚拟局域网（VLAN）

（1）动机：不使用路由器便可划分广播域

（2）支持VLAN划分的交换机能够在一个物理LAN架构上配置、定义多个VLAN

（3）基于端口的VLAN

　　·经过划分端口将单一的物理交换机视为两个独立虚拟交换机，进行流量隔离

　　·端口能够动态地分配给不一样VLAN

　　·两个VLAN间经过路由进行转发

（4）跨越多交换机地VLAN

　　·多线缆链接：每一个线缆链接一个VLAN

　　·中继端口：在跨域多个物理交换机定义地VLAN承载帧，为避免歧义，必须携带VLAN ID信息，802.1Q协议为通过中继端口转发的帧增长/去除额外的首部域

　　·802.1Q VLAN帧格式