网络基础知识回顾

最近发现有些基础知识点很模糊，抽空回顾了一下：

1.802.1 Q vs ISL:

IEEE 802.1Q所附加的VLAN识别信息，位于数据帧中“发送源MAC地址”与“类别域（Type Field）”之间。具体内容为2字节的TPID和2字节的TCI，共计4字节。在数据帧中添加了4字节的内容，那么CRC值自然也会有所变化。这时数据帧上的CRC是插入TPID、TCI后，对包括它们在内的整个数据帧重新计算后所得的值。802.1q只在帧前添加4个字节内容，然后重新计算CRC：

而当数据帧离开汇聚链路时，TPID和TCI会被去除，这时还会进行一次CRC的重新计算。

TPID的值，固定为0x8100。交换机通过TPID，来确定数据帧内附加了基于IEEE802.1Q的VLAN信息。而实质上的VLAN ID，是TCI中的12位元。由于总共有12位，因此最多可供识别4096个VLAN。

基于IEEE802.1Q附加的VLAN信息，就像在传递物品时附加的标签。因此，它也被称作 “ 标签型VLAN（Tagging VLAN） ” 。

使用ISL后，每个数据帧头部都会被附加26字节的“ISL包头（ISL Header）”，并且在帧尾带上通过对包括ISL包头在内的整个数据帧进行计算后得到的4字节CRC值。换而言之，就是总共增加了30字节的信息。

在使用ISL的环境下，当数据帧离开汇聚链路时，只要简单地去除ISL包头和新CRC就可以了。由于原先的数据帧及其CRC都被完整保留，因此无需重新计算CRC。

ISL 有如用ISL包头和新CRC将原数据帧整个包裹起来，因此也被称为 “ 封装型VLAN（Encapsulated

VLAN） ” 。

2. ARP vs MAC

在LAN内的通信，必须在数据帧头中指定通信目标的MAC地址。 而为了获取MAC地址，TCP/IP协议下使用的是ARP。ARP解析MAC地址的方法，则是通过广播。 也就是说，如果广播报文无法到达，那么就无从解析MAC地址，亦即无法直接通信。

二层交换机与纯三层设备（如路由器或防火墙接口-无法设为switchport口模式）相连时，需要把二层设备上的口设为trunk模式，然后用一根网线连接到三层设备，这样也形成了trunk链路，然后把三层设备上的口用子接口上配置IP（PC的网关）来实现三层交换。

在网络通讯时，源主机的应用程序知道目的主机的IP地址和端口号，却不知道目的主机的硬件地址，而数据包首先是被网卡接收到再去处理上层协议的，如果接收到的数据包的硬件地址与本机不符，则直接丢弃。因此在通讯前必须获得目的主机的硬件地址。ARP协议就起到这个作用。源主机发出ARP请求，询问“IP地址是192.168.0.1的主机的硬件地址是多少”，并将这个请求广播到本地网段（以太网帧首部的硬件地址填FF:FF:FF:FF:FF:FF表示广播），目的主机接收到广播的ARP请求，发现其中的IP地址与本机相符，则发送一个ARP应答数据包给源主机，将自己的硬件地址填写在应答包中。

ARP数据帧格式如下：

3.三层交换 VS 路由器

三层交换简图：

在一台本体内，分别设置了交换机模块和路由器模块； 而内置的路由模块与交换模块相同，使用ASIC硬件处理路由。因此，与传统的路由器相比，可以实现高速路由。并且，路由与交换模块是汇聚链接的，由于是内部连接，可以确保相当大的带宽。

4.TCP/IP数据包的封装：

虽然IP、ARP和RARP数据报都需要以太网驱动程序来封装成帧，但是从功能上划分，ARP和RARP属于链路层，IP属于网络层。虽然ICMP、IGMP、TCP、UDP的数据都需要IP协议来封装成数据报，但是从功能上划分，ICMP、IGMP与IP同属于网络层，TCP和UDP属于传输层。

以太网帧的上层协议可能是 IP 、 ARP 、 RARP 三种，如上图所示，后两者由于长度不够46字节（以太网帧数据长度为46-1500），因此有 PAD 字段作为填充；

最大值1500称为以太网的最大传输单元（MTU），不同的网络类型有不同的MTU，如果一个数据包从以太网路由到拨号链路上，数据包长度大于拨号链路的MTU了，则需要对数据包进行分片（fragmentation）。ifconfig命令的输出中也有 “ MTU:1500 ” 。注意，MTU这个概念指数据帧中有效载荷的最大长度，不包括帧首部的长度。

 

6.关于上下层通信的问题：

 

  相邻层之间要交换信息，对接口必须有一致同意的原则，比如：n+1层实体通过SAP（service access point）把一个接口数据单元（IDU，interface data unit）传递给n层实体。IDU由服务数据单元SDU（servie data unit）和一些控制信息组成，其中SDU是将要跨过网络传递给对等实体然后上交给n+1层的信息（可以理解为数据信息），而控制信息则是用于帮助下一层完成任务（比如SDU中的字节数），它本身并不是数据的一部分。