网络基础学习资料交换基础知识_[重点掌握]

SANGFOR_新员工必备知识点__交换基础知识

1 介绍

1.1 总体说明

本文主要讲述网络基本术语、交换基本原理、ARP原理、数据转发封装过程。

1.2 文档目的

掌握网络并理解网络相关术语，掌握二层、三层交换的原理、掌握ARP原理及请求过程，掌握PC之间相互访问数据封装过程。

2 交换相关概念

2.1、交换机的定义

交换机是局域网中的一种重要设备。它可将用户收到的数据包根据目的地址转发到相应的端口。交换机每个端口为固定带宽，有独特的传输方式，传输速率不受计算机台数增加影响。

2.2、交换机的基本功能

A 、MAC地址学习，维护自己的MAC地址表

B、转发、过滤、洪泛数据包

C、避免循环（STP）

2.3、ARP表

ARP协议是“Address Resolution Protocol”（地址解析协议）的缩写，ARP协议的基本功能就是通过目标设备的IP地址，查询目标设备的MAC地址，以保证通信的顺利进行。

2.4、二层交换

二层交换就是基于TCP/IP数据链接层DMAC（目的MAC）进行转发

2.5、三层交换

三层交换（路由器）就是基于TCP/IP数据网络层IP（目的IP）进行转发

2.6、局域网

局域网（Local Area Network）简称LAN，是指在某个区域内由多台计算机互联成的计算机组，如一个校园、楼宇、办公室等区域的网络属于局域网，局域网硬件一般由服务器、PC、传输介质（网线、光纤）、网络设备（交换机、路由器、防火墙等）组成。

2.7、端口双工模式

端口分为全双工（Full）和半双工（Half）模式，传输速率分为10M、100M、1000M，所以目前常的模式有10M-Full、10M-Half、100M-Full、100M-Half、1000M-Full、1000-Half

深信服设备可以通过界面或后台工具调整网口的双工模式

2.8、VLAN

VLAN，是英文Virtual Local Area Network的缩写，中文名为"虚拟局域网"，VLAN是一种将局域网（LAN）设备从逻辑上划分（注意，不是从物理上划分）成一个个网段（或者说是更小的局域网LAN），从而实现虚拟工作组（单元）的数据交换技术。

2.9、TRUNK

VLAN的中继端口叫做trunk。trunk技术用在交换机之间互连，使不同VLAN通过共享链路与其它交换机中的相同VLAN通信。交换机之间互连的端口就称为trunk端口3、ARP基本原理

3.1、ARP表

所有网络设备都会有ARP表，ARP表中会记录具体某个IP对应的MAC地址是多少如Window中的ARP表分记录IP地址，MAC地址，及类型

深信服设备后台的APR表会记录IP地址、MAC地址、Flag Mask（自动获得的为C、手动添加的为CM），对应的接口。

手动在后台添加ARP表

3.2、ARP协议工作原理

以主机A（192.200.121.253）向主机B（192.200.121.235）发送数据为例。当发送数据时，主机A会在自己的ARP缓存表中寻找是否有目标IP地址。如果找到了，也就知道了目标MAC地址，直接把目标MAC地址写入帧里面发送就可以了；如果在ARP缓存表中没有找到相对应的IP地址，主机A就会在网络上发送一个广播，目标MAC地址是

“FF.FF.FF.FF.FF.FF”，这表示向同一网段内的所有主机发出这样的询问：

“192.168.1.1的MAC地址是什么？”网络上其他主机并不响应ARP询问，只有主机B接收到这个帧时，才向主机A做出这样的回应：“192.168.1.1的MAC地址是00-aa-00-62-c6-09”。这样，主机A就知道了主机B的MAC地址，它就可以向主机B发送信息了。同时它还更新了自己的ARP缓存表，下次再向主机B发送信息时，直接从ARP缓存表里查找就可以了。ARP缓存表采用了老化机制，在一段时间内如果表中的某一行没有使用，就会被删除，这样可以大大减少ARP缓存表的长度，加快查询速度。

请求和回应数据包如下：

ARP请求数据包

ARP回应数据包

4、二三层交换基本原理

4.1、二层交换基本原理

如上图所示，PC1通过ICMP的方式访问PC２

1、PC1访问PC2通过IMCP协议，ICMP是基于IP的协议，封装ICMP头

2、封装到IP层，源地址是10.1，目的地址是10.2，进行IP选路，查找路由表发

目的地址是同网段的地址，于是直接从接口发出

3、封装数据链接层，源MAC是00-01，目的MAC未知，于是通过查询或请求ARP表获得上报MAC

最后封装数据链接层的源MAC是00-01，目的MAC是00-02

4、交换机收到这个数据包后，查询ARP表，发现目的MAC是01的端口在Port1，于是将数据从Port1转发出去。

5、PC2收到数据包后再根据相同封装及转发方式将数据包回复给PC1。

4.2、三层交换基本原理

如图所示，A访问B属于二层交换，A访问 C则属于三层交换

A访问C具体过程如下：（假设交换机已有相应的ARP表的情况）

1、A把自己的IP地址和C的Ip地址比较，发现不在同一子网内，由发送给A自己的网关进行处理

2、此时数据包源IP为121.137，目的IP为200.1，源MAC为60-21，目的MAC为b1-2f

3、交换机收到报文后判断出是三层报文，检查报文的目的IP地址，发现是自己的直连网段则根据路由表

中的对应接口发送出去

4、此归数据包源IP为121.137，目的IP为200.1，源MAC为b1-2e，目的MAC为23-c7 3、B收到数据包后同理回复应答数据包给A。