网络基础之概念
一、概念
冲突域
- 设备发送数据会产生冲突的网络范围
- 集线器的所有接口在同一个冲突域
- 交换机的每个接口都是一个独立的冲突域
寻址
- IP寻址是寻找目标在某一个范围
- MAC寻址是具体寻找某一个设备
MTU
- 数据包的最大传输单元
- 接口收发数据支持的单个包的最大长度
- 以太网接口默认MTU1500Byte
- PPPoE默认MTU1492Byte
IP的作用
1、标识节点和链路
- 用唯一的IP地址标识每一个节点
- 用唯一的IP网络号标识每一个链路
2、寻址和转发
- 确定节点所在网络的位置，进而确定节点所在的位置(网段)
- IP路由器选择适当的路径将IP包转发到目的节点
3、适应各种数据链路
- 根据链路的MTU对IP包进行分片和重组
- 为了通过实际的数据链路传递信息，须建立IP地址到数据链路层地址的映射
IP的网络结构
- IP网络由多个网段构成，每个网段对应一个链路
- 路由器负责将网段连接起来，适配链路层协议，在网络之间转发数据包
交换机和路由器区别
- 交换机负责将多个设备组成一个网段
- 路由器负责将多个网段连接起来，组成一个更大范围的网络
- 路由器的每个接口必须是不同网段
以太网
1、定义：传输标准Ethernet II类型帧的网络口
2、特征：多路访问，广播式的网络
3、MAC地址：
- 每台网络设备生产时就写入的一个全球唯一的物理地址
- 48位长度，16进制格式地址
- 前24位为厂商标识(OUI)，后24是设备标识
4、以太网帧格式：
- 目的Mac地址
- 源Mac地址
- 服务和类型
- DATA
- 帧校验序列
交换机
1、定义
工作在数据链路层，通过识别Mac地址来进行数据转发的设备
- 内部每两个接口都有一条独立线路，每个接口都是独立的冲突域
- 工作在数据链路层，基于MAC地址寻址，数据可单点转发
- 交换机内存里边维护的一张MAC地址表
2、工作机制
MAC地址表一般由交换机自动学习的，MAC地址表存储在交换机内存（RAM）中。
当交换机端口所连接的设备互相发送数据帧的时候，交换机学到MAC地址对应的端口，形成一条MAC地址表记录。
如果交换机发现目的MAC在MAC地址表中不存在，交换机会直接把帧做广播处理，目的MAC设备收到会回复给交换机，交换机将数据帧给源MAC设备。
交换机学习到A设备连接到1口，如果超过300s没有从1口收到源MAC是A的任何数据帧，就会把这条记录失效。
- 交换机学习数据帧的源MAG地址，来获得端口和设备MAC地址的映射关系，写入MAC地址表
- 交换机检查数据帧的目的MAC地址，从MAC地址表中的映射关系来判断把数据帧从哪个端口发出
- 交换机对于目的MAC地址不存在于MAC地址表中的数据帧进行广播处理
3、数据帧的转发方式
- 对于目的MAC地址已知的单播帧，交换机查询MAC地址表进行转发
- 对于目的MAC地址未知的单播帧，交换机进行广播处理
- 对于广播帧，交换机继续广播处理
路由器
- 连接具有不同介质的链路
- 连接网络或子网，隔离广播
- 对数据报文执行寻路和转发
- 交换和维护路由信息
数据传输模式
单播：接收者是某一个设备
广播：接收者是所有其他设备
组播：接收者是某一部分设备
广播域
- 网络中所有能接收到同样广播消息的设备的集合
- 默认情况下，交换机的所有端口属于同一个广播域
MAC地址表
- 记录交换机每个端口和所连接的设备的MAC地址的映射关系
- 一个接口可以对应多个Mac地址
- 一个Mac地址不能对应多个接口
- 老化时间为300秒
ARP协议
1、定义：地址解析协议，把IP地址解析为Mac地址
2、工作原理
ARP是完成同网段内部设备二层通信的必要协议。
- A主机以广播形式在广播域内发送ARP查询请求，询问B主机的IP对应的MAC地址
- B主机以单播形式回复A主机本机MAC地址
- A主机把B主机的IP地址和MAC地址的映射关系写入ARP缓存表
设备192.168.1.1 ping 192.166.1.2的时候，先封装一个三层源目IP的报文。
封装三层后封装二层源目MAC报文，源MAC是自己，目的MAC不知道，192.168.1.1会向交换机通过广播的方式发送ARP查询请求（请问谁是192.168.1.2，请把你的MAC地址告诉我）。
广播域内所有设备都收到请求，设备收到不是自己不做回应，192.168.1.2把MAC通过单播形式发送给192.168.1.1，完成目的MAC的封装。
交换机处理数据帧将数据帧转发给192.168.1.2。
3、ARP 缓存失效机制
- 动态条目（Dynamic Entries）
由设备自动学习生成，超过失效时间未更新则自动删除。例如：
当主机 A 向主机 B 发送数据时，若主机 B 的 ARP 条目已过期，主机 A 会重新发起 ARP 请求以获取最新 MAC 地址。
如果主机 B 未响应 ARP 请求，条目会被标记为 STALE（Linux）或直接删除（Windows）。
- 静态条目（Static Entries）
手动配置（如 arp -s <IP> <MAC>），永久有效，除非手动删除或设备重启。
风险：若网络拓扑变化后未及时更新静态条目，会导致通信故障。
RARP
- 逆向地址解析协议
- 用于根据本机自己的MAC地址，查询本机自己的IP地址
数据封装和解封装过程
- 数据发送时，从上至下逐层封装
- 数据接收时，从下至上逐层解封装
- 只有拆除外层封装，才能看到内层卦装
IP数据转发原理
- 如果目的IP和本机IP属于同一网段，会直接查询目的IP的Mac地址，并封装成为目的MAC
- 如果目的IP和本机IP不属于同一网段，会查询网关IP地址的Mac地址，并封装成为目的MAC
网关
- Gateway，本网段出口的IP地址
- 位于不同网络间的主机要实现通讯，必须把数据包发送给网关
- 网关通常就是一台三层网络设备(路由器、三层交换机、防火墙、服务器)
- 网关地址就是设备的接口地址
数据包转发原理
192.66.1.1 PING 192.66.2.1
1、网路层 源IP:192.66.1.1 目的IP:192.66.2.1，封装完三层到达数据链路层。
2、数据链路层，在网络层基础上封装一层MAC头部，源MAC:A 目的MAC:C
3、物理层比特流
4、到达交换机的数据链路层，交换机MAC地址表记录从2接口出找网关。
5、交换机将数据帧从1口转交给2口发出去
6、达到路由器的1接口的物理层，交给路由器的数据链路层。
7、路由器数据链路层查看目的MAC是自己，进行二层头部解封装，交给路由器网络层。
8、到达路由器1口网络层，查看目的IP地址不是本机，将数据包从1口转交给2口。
9、发出去之前发现二层头部已经拆了，重新封装一层二层头部，
10、路由器判断目的IP和自己在一个网段，直接发送arp广播请求解析192.66.2.1的地址。
11、封装目的MAC是F，源MAC是D，发送到交换机的1口。1口交给2口发送出去。
12、交换机查询MAC地址表到达PC物理层，PC物理层上报给数据链路层。
13、数据链路层查看目的MAC是自己，进行解封装，交给网络层，目的IP本机。拆IP头部。
浙公网安备 33010602011771号