计算机网络 - 交换机

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以太网

冲突域

以太网又称为局域网，而每个局域网就是一个冲突域，

为了限制冲突域的影响，特别是隔离广播，以太网做了如下的限制，

  1. 只允许同一个网段的主机进行内部通讯
    两点原因

    • 为了有效的限制子网的规模，以太网内部只允许 IP 在同一个网段的主机进行通讯。
    • 网络通讯设计上的需要，因为当路由进行转发的时候，通常直接将目的地址指明为一个网段(比如，192.168.32.0)，从简化设置，提高通讯效率。
      所以，记着，凡是由交换机所连接的主机，其 IP 地址必须在同一个网段，否则，彼此之间不能通讯。

  2. 路由隔断
    子网由路由隔断；路由是衔接两个不同以太网(局域网/子网)的衔接工具；补充，三层交换机带路由和交换的功能，所以，可以使用三层交换机

交换机

什么是交换机

如冲突域所描述的那样，交换机是连接子网内部若干计算机的桥梁；备注，本章主要讲解的是二层交换机。

重要补充，在最开始的时候，子网内部的主机通讯其实是没有交换机的，是通过基带(可认为是一条主干线)连接所有的主机，任何一台主机要与另外一台主机进行通讯都必须经过该基带，其实，基带可以理解为一条带宽高一点的网线，这样，就导致了子网内的所有主机都会去争用该基带，导致网络间通讯非常容易发生拥堵；-> 这也是冲突域名称的由来；正是为了解决这个问题，才有了交换机，通过交换机使得子网内的每台主机两两之间都有了物理上的“基带”（通道），这样有效的解决了以前只有一条基带所导致的网络争用冲突的问题；那么既然已经解决了，但为什么现在还要将以太网称作冲突域呢？这是因为局域网内部的 ARP 广播寻址方式所导致的，如果局域网规模过大，很容易产生广播风暴而影响子网内部的通讯性能，所以，需要有效的将局域网内部的主机数量限定在一个范围内，所以，正是因为这个问题，仍然将以太网称作冲突域。
TODO: 差一张图

交换机的端口

  1. TRUNK口
    用来连接上级网络，比如路由器或者三层交换机；有且只有一个
  2. 普通接口
    用来连接子网主机

链路层

链路层位于七层网络中的第二层，在链路层，各个主机是以 MAC 地址进行通讯的；链路层又分为 MAC 层（媒体访问层）和 LLC 层（逻辑控制层）；

MAC 层

主要解决底层编址以及如何进行通讯的问题，如下所述。

MAC 地址

12 位 16 进制数。

通讯

首先解决信道占用的问题，然后通过以太网/令牌环的方式进行通讯，通讯方式依赖 MAC 地址；

ARP 寻址

以太网内部的寻址方式是通过广播；举个例子，如果以太网交换机收到一个 IP 数据包，目的地址是 192.168.32.105，此时，如果交换机没有缓存该 IP 所对应的 MAC 地址；那么，此时，交换机将会以广播的方式给子网内的每一台主机发送 ARP 请求，该 ARP 请求中所包含的内容大致为所请求的 IP 地址既 192.168.32.105，以及你的 MAC 地址是多少？主机收到 ARP 请求包以后，首先判断自己的 IP 地址是否与 ARP 请求中的 IP 地址吻合，如果吻合，则返回自己的 MAC 地址；然后，交换机就将 IP 数据包封装为 MAC 数据包投递给相应的主机。命令ARP -a可以在本机显示出当前所有的“IP 地址 <--> MAC 地址”的映射关系.

LLC 逻辑链路层

主要有两个方面的作用，

  1. 封装
    将第三层 IP 地址的数据包封装为以太网（局域网）内部通讯所使用的数据包格式，便于在局域网内部通过 MAC 地址进行通讯。
  2. 控制
    差错控制和流量控制；TODO：展开

扩展

级联

交换机可以通过级联的方式进行子网的扩展，比如原子网有 50 台设备，通过交换机级联再扩充 50 台设备，使得扩展的设备同在一个子网当中。

汇聚

指三层交换机汇聚更多的二层交换机，三层交换机具有路由功能，所以通过三层交换机可以连接更多的二层交换机，组成更大的物理网络；

关于汇聚交换机的释意

802.1.q 交换机

VLAN( Virtual Local Area Network )，既是虚拟局域网；VLAN 是交换机的功能，意思是，在同一个 LAN 子网中，通过 VLAN 技术，可以在该 LAN 子网中 划分出更多的逻辑子网。举例，比如之前二层交换机连接了 12 台主机，构成了一个 LAN，IP 地址从 192.168.32.1 ~ 192.168.32.12；通过支持 VLAN 技术的交换机，可以将该子网继续划分出更多的逻辑子网，比如逻辑子网 1: 192.168.32.1 ~ 192.168.32.4；逻辑子网 2: 192.168.33.5 ~ 192.168.33.8; 逻辑子网 3: 10.10.1.9 ~ 10.10.1.12 三个子网段；自然也就形成了三个不同广播域，减少了局域网内的广播，提高了局域网信息传播的效率。

具体如何实现？其实，VLAN 通过交换机只是多定义了一个逻辑子网的标识符 VLANID，用于标识属于同一个广播域的逻辑子网；具体实现，参看 802.1q原理

常用的 VLAN 的划分方式

  1. 基于交换机端口划分的VLAN
  2. 基于MAC地址划分VLAN
  3. 基于IP地址划分VLAN

VLAN技术白皮书
VLAN技术入门

我曾经的一个疑问

既然以太网是通过 MAC 地址通讯的，那么为什么，当我在局域网内部与其它主机通讯，比如 Ping 其它主机，仍然是首先通过 IP 地址来进行通讯的？原因是因为 Ping 命令本身发送的是 ICMP 协议包，而 ICMP 包其实是三层网络层通讯协议的东西了，所以，它需要 IP，也因此其命令的格式为 ping ip，所以数据包从主机发出后，数据包所包含的格式就是“源IP”，“目的IP”，以及“报文内容”；如果只是在内网通讯，那么 ARP 广播经由交换机得到目的主机的 MAC 地址，然后通过 MAC 地址进行通讯；如果是发送到外网，那么久直接通过交换机将数据包发送给路由器，再由路由器转发到外网。
而大多数用户应用，都是基于 TCP/IP 协议来与其它主机进行通讯的，无论是以太网内部的还是英特网外部的主机，都是通过这样的而一个规则；所以，只是在以太网内部的通讯使用 IP 协议，也没什么好奇怪的了。
以太网通讯第 9 页清楚的描绘了 ICMP 所在的通讯层。