一文读懂网络集线器和交换机.doc
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1、一文读懂网络集线器和交换机从网络实现 实现层面 网络可以划分为以太网、令牌环、FDDI、ATM,它们都规定了各自的物理介质、网络适配器(网卡)、数据传输协议。从网络 覆盖范围 可以划分为局域网、城域网、广域网。但是 这只是意味着网络的覆盖范围变大了而不是说网络的实现发生了变化。以现在的网络为例,无论是局域网、广域网、还是整个互联网基本上都是以太网 。网卡网络适配器即网卡,它是一个插在计算机主板上的(或者集成在主板上)硬件设备。在以太网中每个网卡都有一个全球唯一的48位标识就是我们常说的MAC地址(一般用每16进制每字节一组表示,比如:0a:00:27:00:00:06)。 当计算机通讯的时候网
2、卡负责实现带冲突检测的载波监听多路访问技术(CSMA/CD) ,网卡属于OSI参考模型中的物理层和数据链路层。网络层以上的部分则由操作系统中的协议栈实现,所以 TCP/IP协议栈其实只包含了网络层(IP)和传输层(TCP、UDP) 。集线器如果仅仅是两台计算机通讯那么通过网络传输介质(比如双绞线)把二者的网卡连接起来,在操作系统中配置网络层信息(配置IP地址)就可以了。如果三台或者多台计算机通讯则必须借助一些额外的设备,其中集线器就是其中一种。 集线器也叫Hub,它本质上是多端口的网卡,为了理解它的工作原理通过GNS3搭建一个网络拓扑:上面的拓扑中有三个终端,我们要做的实验是当PC1和PC2通
3、讯的时候,在Hub1-PC3这条链路上是否能收到数据包。先配置PC1、PC2、PC3的IP地址然后开启Hub1到PC3之间的抓包,通过PC1 ping PC2。ping一共产生了两种数据包:ARP数据包是广播包(目标地址是ff:ff:ff:ff:ff:ff:ff)只有广播域内的终端可以收到;ICMP则是单播(有明确目标地址)包只有处于冲突域中才可能收到数据包。集线器互联起来的机器都属于同一个广播域也属于同一个冲突域,所以无论是什么样的数据包,网络中的每个节点都会收到(即便数据包和自己无关)。集线器和每个终端都有一个物理链路,当PC1发送数据到PC2的时候首先到达集线器,而集线器则把数据 从自己
4、的每个端口发送出去 。所以 即便这次通讯和PC3没有任何关系但是Hub1到PC3之间的链路还是被占用了 ,如果此时PC3也有数据包要发送那么就会产生冲突(还记得以太网的原理吗?共享介质中会有碰撞),而这种冲突对于PC3来说是非常无辜的(PC1和PC2通讯和PC3根本没有任何关系)。交换机有些交换机的样子和集线器长的很像,但是二者有本质的区别。 交换机转发数据的时候有一定的策略,它是依据mac地址表执行的转发 。打开SwTIch和PC3之间开启抓包,在SwTIch和PC2之间开启抓包,然后从PC1 ping PC2(Wireshark会抓到交换机上的STP数据包,这是交换机产生的数据包,可以忽略
5、)。SW1-PC3 SW1-PC2交换机非常智能,它知道PC1和PC2通讯不涉及到PC3所以只有广播包转发到PC3,而后续的单播数据包是直接发送到PC2所处的端口的。 区别于集线器,分割了冲突域,把一个大冲突域分割成了3个小冲突域(分别是SwTIch和PC1、SwTIch和PC2、Swtich和PC3),每个冲突域通讯的时候都不会影响另一个冲突域的终端(Swtich和PC1之间的数据包在PC2、PC3上都接收不到);而广播域没有变化三个终端还是属于同一个广播域。 通过描述PC1和PC2的通讯过程来揭示交换机的工作原理:PC1根据PC2的IP地址查询去本地的ARP表中查询对应的MAC地址;PC1
6、没有找到MAC地址,则发送一条广播包;广播包达到交换机,交换机把PC1的Mac地址和对应端口放入到MAC地址表;交换机判断是广播包,则发起一次泛洪(从所有和PC1相同VLAN的端口发送出去);广播数据包分别送到PC2和PC3。PC3发现和自己没关系直接丢弃;PC2发现是发送给自己的数据包则接收数据包,进一步判断是ARP数据包则返回一个ARP回复。PC2的ARP回复是一个单播数据包,目标地址是PC1的MAC地址,源地址是PC2的MAC地址。PC2的ARP回复数据包达到交换机,交换机把PC2的MAC地址放入到MAC地址表;交换机发现是单播包,目标地址是00:50:79:66:68:01,查询得到对
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