局域网通信原理 --- IP与MAC与ARP与交换机（更新）-拓冰建站

在这部分能学到，今天学的比较多
网络参考模型复习
OSI七层
TCP/IP模型
每层负责什么
IP与MAC的角色区别
IP：网络层逻辑地址，负责定位主机
MAC：数据链路层物理地址，负责局域网传输
ARP协议
为什么知道IP还需要MAC
ARP如何连接网络层和数据链路层
二层交换机原理
根据MAC地址表转发
学习MAC地址
不关心IP
三层交换机引入
MAC转发 vs IP路由
同网段通信 vs 跨网段通信
Ping实验分析
ICMP
ARP
Ethernet帧
抓包分析

复习

首先，通过前面的网络参考模型知道

数据传输经过各种层

osi应用层，表示层，会话层，传输层，网络层，数据链路层，还有物理层

tcp/ip的传输层网络层网络层网络接口层

引入

ip与mac与交换机

然后ip这块的话主要是用到

osi或者 tcp/ip 的网络层给数据包打上ip封装，然后传输等

在实验中我发现还需要用到

osi 数据链路层或者 tcp/的网络接口层的mac地址

实验这里用的是二层交换机（工作在数据链路层，根据MAC地址转发数据的交换机，他并不关心ip是多少）所以这里查询mac是很有必要的

拓展一下三层交换机是什么（后面不同网段的时候要用到）

三层交换机：
简单理解：
二层交换机 + 路由功能
也就是说：
它同时会：
看MAC：
二层：
MAC → 端口
也会：
看IP：
三层：
IP → 下一跳
例如：
普通二层交换机：
PC1 | SW | PC2
只能：
同网段通信。
例如：
192.168.1.10 ↓ 192.168.1.20
可以。
但是：
192.168.1.10 ↓ 192.168.2.20
不行。
因为需要路由。
三层交换机：
可以：
VLAN10 192.168.1.0 三层交换机 VLAN20 192.168.2.0
它内部有：
路由接口。
所以：
可以实现：
不同网络通信。

二层交换机和三层交换机区别
二层交换机
三层交换机
工作层
二层
二层+三层
依据
MAC
MAC+IP
主要功能
局域网交换
交换+路由
能否跨网段
不能
可以
是否有路由表
没有
有
典型用途
接入层
核心/汇聚层

	二层交换机	三层交换机
工作层	二层	二层+三层
依据	MAC	MAC+IP
主要功能	局域网交换	交换+路由
能否跨网段	不能	可以
是否有路由表	没有	有
典型用途	接入层	核心/汇聚层

实验开始

根据chatgpt给我的实验，来体验一下发送数据

1.拓扑（就是弄成图上这样）

使用的是s5700二层交换机

2.配置

pc1 为 192.168.1.10
pc2 为 192.168.1.20
掩码都是255.255.255.0

3. ping 然后查询mac地址

使用 ping 和arp -a 命令
现在成功找到 192.168.1.20这个目标了（网络层）
然后也能查到他的mac地址（数据链路层、网络接口层）
由此看出 arp 是连接网络层和数据链路层的协议太牛逼了
交换机后台
system-view 系统视图
然后 display mac-address 来查询
可以看到这个交换机这里
他只有对应接口的mac地址根本没有ip地址
ge0/0/1 对应 pc1 对应了 5489-98ea-4120
pc2同理
抓包看看
ping
你抓包看到：
Ethernet II 第二行 IPv4 第三行 ICMP 第四行
对应：
二层： Ethernet + MAC 三层： IP + ICMP

形成一个非常重要的网络工程思维（ai说的以后再说，嘻嘻）
以后看到问题：
二层问题：
看：
MAC ARP VLAN 交换机
例如：
MAC表有没有
VLAN是否正确
端口是否UP
三层问题：
看：
IP 路由 网关
例如：
IP是否正确
掩码是否正确
路由表有没有

深入理解数据发送过程

1.pc1 进行 ping

192.168.1.20
他有两个问题： a.已经知道目标 ip 192.168.1.20
b. 不知道目标MAC 因为二层通信必须要目标mac

2.查看是否是同网段（具体怎么判断见前一个帖子）

pc1判断对方是否和自己是一个网段
是，同一个局域网，找mac地址
不是，需要设置网关了

3. 查看arp缓存，寻找mac地址

PC1

pc1 查看自己的arp表（arp -a）
有则数据封装
没有（一次通信都没有）则开始进入arp过程

PC1生成ARPRequest：
内容：
谁是192.168.1.20？ 请告诉192.168.1.10你的MAC地址
但是问题：
PC1不知道PC2 MAC。
所以二层目的MAC写：
FF-FF-FF-FF-FF-FF
也就是：
广播。
完整：
源MAC: AA-AA-AA 目的MAC: FF-FF-FF-FF-FF-FF 源IP: 192.168.1.10 目标IP: 192.168.1.20

交换机

交换机收到这个数据帧。
先学习：
看源MAC：
AA-AA-AA
来自：
GE0/0/1
于是记录：
MAC表：
AA-AA-AA GE0/0/1
然后看目的MAC：
FF-FF-FF-FF-FF-FF
发现：
这是广播。
所以：
除了进入端口以外：
全部发送。
例如：
PC1 --- SW ----PC2 ----pc3 ----pc4

PC2

PC2收到ARP请求
PC2看到：
目标IP：
192.168.1.20
是自己。
于是回复。
生成：
ARPReply：
内容：
192.168.1.20的MAC是BB-BB-BB
这个回复不是广播。
因为：
PC2已经知道PC1 MAC。
所以：
单播回去给pc1：
源MAC: BB-BB-BB 目标MAC: AA-AA-AA

交换机转发ARP Reply
交换机收到：
源MAC：
BB-BB-BB
学习：
BB-BB-BB 对应GE0/0/2
目的：
AA-AA-AA
查MAC表：
发现：
AA-AA-AA GE0/0/1
于是：
直接发送。
PC1更新ARP表
PC1现在知道：
192.168.1.20 对应 BB-BB-BB
保存：
ARP缓存：
192.168.1.20 | | BB-BB-BB
现在终于可以发送ping。

4.真正的开始发送ping了

Ping使用：
ICMP协议
PC1生成：
ICMP Echo Request。
然后开始封装。
加IP头
增加：
源IP: 192.168.1.10 目的IP: 192.168.1.20
变成：
IP数据包
加MAC头
增加：
源MAC: AA-AA-AA 目的MAC: BB-BB-BB
形成：
Ethernet帧
最终：
+----------------+ | 目的MAC BB | | 源MAC AA | +----------------+ | 目的IP .20 | | 源IP .10 | +----------------+ | ICMP Echo | +----------------+
交换机转发Ping
交换机收到。
查看：
目的MAC：
BB-BB-BB
查询MAC表：
BB-BB-BB GE0/0/2
所以：
只发送给PC2。
注意：
这一次：
不是广播。
不是泛洪。
是：
单播。
PC2收到Ping
PC2发现：
目的IP：
192.168.1.20
是自己。
交给操作系统。
ICMP模块处理。
发现：
有人ping我。
于是生成：
ICMP Echo Reply。
回复过程
反方向：
PC2：
IP: 192.168.1.20 MAC: BB-BB-BB
发送：
↓
交换机
↓
PC1
最后：
PC1收到：
Reply from 192.168.1.20

到此已经，理解完一次通信的过程了

中间提到了一个名词泛洪到底是什么？

其实就是中间交换机把目标mac地址发送给全部端口的过程，前面提到过

泛洪又有两种情况：

第一：
pc 给的mac广播地址，（不是ip的广播地址）
目标MAC是：
FF-FF-FF-FF-FF-FF（这个地址算一个特殊的目标为全部人的地址）
叫：
广播泛洪。
例如：
ARP Request。
第二：
目标MAC 不是广播，但是：
MAC表没有。
叫：
未知单播泛洪。
例如：
pc1 这次不发 ffffff这个地址了，他知道并且直接让交换机找 bb-bb-bb-bb，但是交换机里没有pc2 的这个bb记录，所以继续泛洪