计算机网络 - 数据链路层-交换机的工作原理-虚拟局域网VLAN

目录

1.0  交换机的基本原理

2.0  数据链路层

2.1 数据链路层的功能

2.2 Ethernet 以太网

2.3 以太网 MAC地址：

2.4 mac地址表

2.5  mac地址表会更新吗？

2.6  Ethernet II 以太网帧格式

3.1 交换机工作原理：

3.2  交换机工作过程描述

3.2.1  交换机什么时候进行广播？

3.2.2  交换机什么时候进行单播？

3.3 arp缓存表：

3.4  局域网扫描脚本：

4.0 思科网络模拟器的使用

4.1 构建拓扑图：

4.2 测试机器之间是否通信

4.3 Cisco 交换机的命令行

4.4 查看mac地址表

4.5 windows 和 linux里面查看ip地址

5.0 虚拟局域网VLAN

5.1 vlan的作用

5.2 VLAN的优势

5.3 静态VLAN

5.4 VLAN的范围

5.5 创建VLAN 

5.5.1 将某个接口放到某个VLAN里面

5.5.2 查看所有VLAN的摘要信息

5.6 VLAN配置实验

6.0 Trunk的原理和使用

6.1 Trunk的配置

6.2 实现跨交换机之间相同vlan的通信实验

7.0 EthernetChannel -- 以太通道

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1.0  交换机的基本原理

switch 交换机

二层交换机 --》数据链路层

三层交换机 --》数据链路层，网络层 --》具有路由功能 LAN WAN 无限路由器

config 配置

Ethernet 以太网

ethereum 以太坊 类似比特币

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2.0  数据链路层

位于网络层和物理层之间

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2.1 数据链路层的功能

数据链路的建立，维护与拆除

帧包装，帧传输，帧同步

帧的差错恢复

流量控制

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2.1.1   数据链路层的协议

ppp协议：点到点协议（Point-to-Point Protocol）

PPPOE协议：是以太网上的点到点协议( Point-to-Point Protocol Over Ethernet )，是将点到点协议ppp封装在以太网框架中的一种网络隧道协议，

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2.2 Ethernet 以太网

2.3 以太网 MAC地址：

以太网地址用来识别一个以太网上的某个单独的设备或一组设备，以16进制显示

每个设备的硬件都有，只有是支持TCP/IP协议的 --》数据链路层

mac地址是由厂商固定到设备的芯片里面的 --》造网卡的厂商

mac地址是唯一的

mac地址 --》物理地址

16进制数

有哪些厂商制造网卡？

realtek 瑞昱

intel 英特尔

qualcomm 高通

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2.4 mac地址表

记录那台电脑地那个接口，会读取帧里面的源mac地址写到mac地址表里面去

：mac地址（源） + 接口

mac地址表存放在内存里，

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2.5  mac地址表会更新吗？

会更新的，

mac地址表里面的条目有老化时间的，有自动刷新行为。

mac地址只在局域网里面使用，广域网是使用ip地址的。

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2.6  Ethernet II 以太网帧格式

MTU ： 最大传输单元：一个数据帧里面的数据，最大只能1500字节，即上层数据+TCP头部+IP头部

帧的大小 ： 18+46~1500 = 64字节 ~ 1518字节  

 帧效验序列：产生一个md5序列，可以确认数据有没有被修改或丢失情况

 

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3.1 交换机工作原理：

交换机只做两件事情：学习和转发

学习：

学习帧里面的源mac地址，将源mac地址和对应接口号记录到mac地址表里面

转发;

1.不知道目的mac地址，会广播 --》给每一个接口都复制一份数据，转发过去·，这样可以保证其他的所有机器都可以接受到一份相同的数据

2.知道目的mac地址，会单播

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3.2  交换机工作过程描述

当数据包第一次封装好的时候，此时源mac地址是自己的，目的mac地址是对方的，封装好了就会发送到交换机来，交换机收到数据包以后的第一件事就是学习，学习源mac地址和对应接口号，然后写到mac地址表里面，如果mac地址表里面有目的mac地址的话，就会直接进行单播。如果mac表里面没有这个目的mac地址，就会给每一个接口（除了这个源mac的机器）进行广播，收到的机器就会进行解封装，看这个目的mac地址是不是自己，如果是自己就回复，如果不是自己就会丢弃，不会响应。回复的数据包到了交换机，交换机也会先进行学习，然后再转发，转发的过程中如果mac地址表里面有对应目的mac地址的话就进行单播，如果mac地址表里面没有的话，就进行广播，通信过后如果再来的话，就可以直接进行单播。

知道对方的ip，不知道对方的mac地址，会发arp广播，

arp ： address resolution protocol 地址解析协议 ：将ip地址解析到对应的mac地址

当交换机MAC地址表里面没有这个目的mac地址的时候就会给每个接口进行广播，发送数据帧

交换机发送的mac广播地址：

FF：FF：FF：FF：FF：FF

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3.2.1  交换机什么时候进行广播？

        在交换机mac地址表里面没有对应的目的mac地址的时候，交换机会进行广播，给每一个接口发送数据帧。

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3.2.2  交换机什么时候进行单播？

        在交换机的mac地址表里面有对应目的mac地址的时候，交换机对对应mac地址的机器进行单播

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3.2.3  交换机广播的时候会发送什么内容？

交换机发送的mac广播地址：

FF：FF：FF：FF：FF：FF

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3.3 arp缓存表：

每台电脑，手机，路由器，交换机都有一个arp缓存表

查看arp缓存表：

arp -a

如何知道整个局域网里面正在使用的ip地址对应的mac地址？

只要ping一下这个ip地址就行了

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3.4  局域网扫描脚本：

[root@localhost lianxi]# ls
ip_mac.log  scan_ip.sh  unused_ip.log  used_ip.log
[root@localhost lianxi]# cat scan_ip.sh 
#! /bin/bash

# 初始化日志文件，第一次新建
> used_ip.log
> unused_ip.log
> ip_mac.log

for i in {1..40}
do
	( if ping 192.168.0.$i -c 1 -w 1  &>/dev/null ;then
		echo "192.168.0.$i" >>used_ip.log
	else
		echo "192.168.0.$i" >>unused_ip.log	
	fi )&
done	
wait
# 统计没有使用过的ip地址的个数
num=$(cat unused_ip.log | wc -l)
echo "total ip: $num" >>unused_ip.log

# 得到所有在使用的ip对应的mac地址
arp -a | grep -V "incomplete" | awk '{print $2,$4}' | tr -d '()' >>ip_mac.log

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4.0 思科网络模拟器的使用

4.1 构建拓扑图：

构建如图网络拓扑图

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4.2 测试机器之间是否通信

进入 command prompt

三台机器之间能ping通就代表互相之间能通信

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4.3 Cisco 交换机的命令行

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4.4 查看mac地址表

点击交换机，进入命令行 CLI

进入特权模式

输入 show mac-address-table

可以输入 show mac 然后按tab键自动补齐

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4.5 windows 和 linux里面查看ip地址

windows ： ipconfig /all

linux : ip add

4.6 linux里面查看接口：

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5.0 虚拟局域网VLAN

一个vlan一个网段

不同vlan之间通信必须使用路由器

默认情况下交换机的所有接口都属于vlan1

vlan之间的通信问题：使用三层交换机，交换机里面使用路由功能

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5.1 vlan的作用

分割广播域

能够接收到同一个广播的称为一个广播域

vlan的作用就是分割广播域，形成虚拟局域网

一个vlan就是一个广播域

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5.2 VLAN的优势

控制广播

隔离广播域

提升网络安全性

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5.3 静态VLAN

5.4 VLAN的范围

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5.5 创建VLAN 

在图形界面直接配置

VLAN是需要创建的，然后将相应的接口放到某个VLAN里面

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5.5.1 将某个接口放到某个VLAN里面

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5.5.2 查看所有VLAN的摘要信息

show VLAN

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5.6 VLAN配置实验

使用测试机器来测试

ip地址：192.168.10.3

VLAN：默认vlan 1

不能ping通

ip地址 ： 192.168.10.3

VLAN ： 10

可以ping通，相同网段，相同vlan

实验结果：相同vlan，相同网段可以通信

不同vlan之间不可以通信

192.168.10.1

192.168.10.2

网络部分 + 主机部分

192.168.10 --》 网络部分相同，但是主机部分不同

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6.0 Trunk的原理和使用

只使用一条链路，且通过表示来区分不同vlan的数据

如何实现交换机之间的vlan通信

trunk实现跨交换机的相同vlan之间的通信，

它将数据从一个交换机到类外一个交换机的传输问题

不同vlan都可以在trunk链路上传输

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6.1 Trunk的配置

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6.2 实现跨交换机之间相同vlan的通信实验

网络拓扑图：

使用pc0 ping pc2

相同vlan，相同网段

可以ping通

使用pc1 ping pc3

相同vlan相同网段，

可以ping通

pc0 ping pc3

不同vlan，不同网段

不能ping通

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7.0 EthernetChannel -- 以太通道

多条线路负载均衡，带宽提高

容错，当一条线路失效时候，其他线路通信，不会通道

聚合多条线路，增加带宽，提高高可用性

配置接口为以太通道模式

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