【原创】局域网某视频总结《二》

       大家好，我是你们的龙少一郎，还是那个不变的我。自从看过某师视频以来，就对它迷恋如相好，膜拜如山倒。现在我就对看过的内容写出系列体会之如下：《网络基础之二层介绍》
        我首先说明的是我对写的内容是对看到的自我体会写下来的，没有前后顺序之分，也没有十分严谨的语言逻辑，说白了就是想到哪写到哪，但肯定是对无基础的同学们是一个不错的积累，希望对这些人有所参考，有所帮助。
      今天我会着重讲一下二层交换机和三层交换机(带路由功能的交换机)的转发原理、以及二层数据帧结构、物理和逻辑拓扑的区分。

       交换机和路由器现在区分有点模糊化。我们一般将有些路由器说成是带有交换机功能的三层交换机，比如3845、比如3560等。但总而言之，交换机要想进行数据转化必须要借助其创建的MAC地址表；而路由器必须要借助其自身的FIB表(路由表)、arp表。区分的根本就是根据其转发原理来决定的，说到这，大家肯定会想到个人PC，服务器等。对，它们就一个三层设备。接下来，我先谈下二层数据帧结构，如下图所示：     

       这两个数据帧封装方式不同，根本是由应用场景决定的。怎么讲？ethernet主要用于用户终端和用户终端、用户终端和服务器之间的数据封装方式。打个比方：终端A和终端B进行数据通讯，传输文件也好、QQ聊天也罢等，都是以这种格式进行封装的。还有一种方式，就是终端A或终端B进行服务器的访问，比如页面访问、视频的浏览等，都是某种用户终端间的协议沟通、数据的可达。而802.3主要是设备间的通讯，共同维持设备间的某种状态，比如生成树中根桥的选举。说白了，就是设备间为了达成某种共识，共同维护其传输的可靠性，而在设备间进行的数据传输，用户无需关心，它就已经存在了。说了数据封装的结构，我们接下来再来谈谈交换机的转发原理。

        转发是二层中的重中之重，也是必须要搞清楚的理论依据，才能对各种二层故障有深入的了解和认识。

       我对大家解释并简单深入的描述下这其中的转发过程，希望对用心的你有所帮助。你觉得有用，它就有用；你觉得无用，它就真的没有用。它的过程其实很简单，整个过程都是在广播域中完成的。当终端A发送一个数据包去访问终端B，无论是通过什么样的方式去访问，telnet也好、ping也行或者是http的形式，都会有一个数据请求去访问B，但是此时的数据包过程是这样的：终端A的源MAC为AAAA，目标B的目标MAC为X.X.X.X，然后就是源IP为1.1.1.1，目标IP为1.1.1.2，进行封装准备发送时，交换机SW1，拿到传送过来的数据帧时，拆开查阅一下，根本没有目标MAC，于是直接丢包！为什么这里的目标MAC为X.X.X.X呢？因为当终端A初次发送数据时，它不可能知道终端B的MAC，既然不知道为什么不一次封装目标MAC为全FFFFFFFF呢？这个问题问得好！因为终端A初次发给一个广播域内的其他IP时，它首先查看自己的arp表，根本没有这样的IP：BBBB所对应的MAC地址，所以第一次封装失败！丢包！第二次，才会以全FFFFFFFF，换成二进制时为48个1的目标MAC地址形式进行封装发送。也就是此时，第二次的数据帧结构为：源MAC为AAAA，目标MAC为FFFFFFFF，源IP为1.1.1.1，目标IP为1.1.1.2，交换机只接受广播MAC地址和指定目标的单播MAC地址，此时拆开帧头一看，有目标全为FFFFFFFF的MAC地址，赶紧转发。转发到除去本身的端口2进来的端口之外的其他端口，这里是第4端口。同时，它自身会创建一个MAC地址表，如上图片，将端口编号、进来的源MAC地址和进入的物理端口进行关联。从交换机SW1的第4个端口转发出去之后，交换机SW2收到来自交换机SW1的数据帧，立即查阅一看，发现来自源MAC地址为终端A的MAC：AAAA，目标MAC地址为全FFFFFFFF，所以赶紧转发，同SW1那样，然后从交换机SW2的第8端口转发出去。此时，终端B收到后，立即拆开一看，目标MAC为全FFFFFFFF，因为这个广播MAC，只要在同一个广播域内的所有设备都要接受查看，它代表着所有设备在同一个广播域内必须接受，既然终端 B接受了，它再往下一看，目标IP为1.1.1.2，是给自己的，于是立即创建了ARP表，表中含有自己和终端A的IP和MAC关联信息，并封装好自己的返回数据帧为源MAC为BBBB，目标MAC为AAAA，源IP为1.1.1.2，目标IP为1.1.1.1，进行单播发送给A，此时整个过程分为了两个过程：从终端A到终端 B为arp request过程；从终端B到终端 A为arp reply过程。完成了这两个过程，同时当返回数据包到达终端 A后，终端 A也需要创建arp表，将终端B的IP和MAC关联起来，这样下次再进行数据传输时就是单播传输，从而减少了带宽浪费，优化了网络的性能。整个过程示意图如下：

       也许，大家对这个简单的二层数据过程就有点晕晕沉沉了。别急，接下来还有三层转发过程。希望大家细心体会并最终达到心领神会。如下：  

       以上就是二层交换和三层交换机的数据转发原理和区别了，希望你引起足够的重视！另外，我说下MAC地址的构成方式。

       MAC地址作为交换机一个重要的转发依据。也是交换机的心脏，所以有必要对其中的MAC地址的地址结构进行说明一下。
        

       第一个1字节位为广播位，表示：当为广播数据帧时，为1；当为0示，表示传输的是非广播数据帧。

       第二个1字节位为本地使用MAC，表示：这些位表示保留MAC用于网络实验室研究技术型协议的。

       第三个22字节的表示厂商唯一标识符。每个厂商单独向IEEE标准委员会进行申请注册使用的，每个标识符可以生产2的24次方个MAC地址的网卡。

       第四个24字节表示用户自定义标识符，表示用户可以生产的MAC地址数目。每个MAC地址都是独一无二的。

       今天，先暂时写到这里，下次想到其他的我会继续接着写，只要大家愿意学，愿意看，愿意思考，我就愿意分享，即使写的不对，也请大家予以指正。