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极客时间--趣谈网络协议--第二模块 底层网络知识详解:从二层到三层 总结

作者:互联网

数据链路层

以下三个问题需要被解决

这个包是发给谁的?谁应该接收?

大家都在发,会不会产生混乱?有没有谁先发、谁后发的规则?

如果发送的时候出现了错误,怎么办?

 

MAC 的全称是 Medium Access Control,即媒体访问控制。控制什么呢?其实就是控制在往媒体上发数据的时候,谁先发、谁后发的问题。防止发生混乱。这解决的是第二个问题。这个问题中的规则,学名叫多路访问。

有很多算法可以解决这个问题。就像车管所管束马路上跑的车,能想的办法都想过了。比如接下来这三种方式:

方式一:分多个车道。每个车一个车道,你走你的,我走我的。这在计算机网络里叫作信道划分;

方式二:今天单号出行,明天双号出行,轮着来。这在计算机网络里叫作轮流协议;

方式三:不管三七二十一,有事儿先出门,发现特堵,就回去。错过高峰再出。我们叫作随机接入协议。著名的以太网,用的就是这个方式。

接下来要解决第一个问题:发给谁,谁接收?这里用到一个物理地址,叫作链路层地址。但是因为第二层主要解决媒体接入控制的问题,所以它常被称为MAC 地址。

解决第一个问题就牵扯到第二层的网络包格式。对于以太网,第二层的最开始,就是目标的 MAC 地址和源的 MAC 地址。

对于以太网,第二层的最后面是 CRC,也就是循环冗余检测。通过 XOR 异或的算法,来计算整个包是否在发送的过程中出现了错误,主要解决第三个问题。

这里还有一个没有解决的问题,当源机器知道目标机器的时候,可以将目标地址放入包里面,如果不知道呢?一个广播的网络里面接入了 N 台机器,我怎么知道每个 MAC 地址是谁呢?这就是 ARP 协议,也就是已知 IP 地址,求 MAC 地址的协议。

在一个局域网里面,当知道了 IP 地址,不知道 MAC 怎么办呢?靠“吼”。

为了避免每次都用 ARP 请求,机器本地也会进行 ARP 缓存。当然机器会不断地上线下线,IP 也可能会变,所以 ARP 的 MAC 地址缓存过一段时间就会过期。

局域网

谁能知道目标 MAC 地址是否就是连接某个口的电脑的 MAC 地址呢?这就需要一个能把 MAC 头拿下来,检查一下目标 MAC 地址,然后根据策略转发的设备,按第二节课中讲过的,这个设备显然是个二层设备,我们称为交换机

交换机怎么知道每个口的电脑的 MAC 地址呢?这需要交换机会学习。当交换机作为一个关卡一样,过了一段时间之后,就有了整个网络的一个结构了,这个时候,基本上不用广播了,全部可以准确转发。当然,每个机器的 IP 地址会变,所在的口也会变,因而交换机上的学习的结果,我们称为转发表,是有一个过期时间的。

STP 协议

在数据结构中,有一个方法叫做最小生成树。有环的我们常称为图。将图中的环破了,就生成了树。在计算机网络中,生成树的算法叫作 STP,全称 Spanning Tree Protocol。

如何解决广播问题和安全问题?

虚拟隔离,就是用我们常说的 VLAN,或者叫虚拟局域网。使用 VLAN,一个交换机上会连属于多个局域网的机器,那交换机怎么区分哪个机器属于哪个局域网呢?

我们只需要在原来的二层的头上加一个 TAG,里面有一个 VLAN ID,一共 12 位。为什么是 12 位呢?因为 12 位可以划分 4096 个 VLAN。

如果我们买的交换机是支持 VLAN 的,当这个交换机把二层的头取下来的时候,就能够识别这个 VLAN ID。这样只有相同 VLAN 的包,才会互相转发,不同 VLAN 的包,是看不到的。这样广播问题和安全问题就都能够解决了。

有人会问交换机之间怎么连接呢?将两个交换机连接起来的口应该设置成什么 VLAN 呢?对于支持 VLAN 的交换机,有一种口叫作 Trunk 口。它可以转发属于任何 VLAN 的口。交换机之间可以通过这种口相互连接。

标签:趣谈,--,VLAN,地址,局域网,问题,MAC,交换机,极客
来源: https://www.cnblogs.com/xcgShare/p/15903203.html