交換機與路由器的基本工作原理

2021-10-23 07:41:30 字數 2577 閱讀 2511

1.廣播域和衝突域

1.1衝突域:

連線在同一導線上的所有工作站的集合,或者說是同一物理網段上所有節點的集合或乙太網上競爭同一頻寬的節點集合。這個域代表了衝突在其中發生並傳播的區域,這個區域可以被認為是共享段。在osi模型中,衝突域被看作是第一層的概念,連線同一衝突域的裝置有hub,reperter或者其他進行簡單複製訊號的裝置。也就是說,用hub或者repeater連線的所有節點可以被認為是在同乙個衝突域內

1.2廣播域:

接收同樣廣播訊息的節點的集合。如:在該集合中的任何乙個節點傳輸乙個廣播幀,則所有其他能收到這個幀的節點都被認為是該廣播幀的一部分。由於許多裝置都極易產生廣播,所以如果不維護,就會消耗大量的頻寬,降低網路的效率。由於廣播域被認為是osi中的第二層概念,所以像hub,交換機等第一,第二層裝置連線的節點被認為都是在同乙個廣播域。而路由器,第三層交換機則可以劃分廣播域,即可以連線不同的廣播域。

2.二層交換機

2.1交換機的作用

交換機工作於osi參考模型中的二層——資料鏈路層,主要有以下作用:

①提供埠密度,用於更多節點的互聯 集線器(hub)也可以實現

②、對電流資訊進行識別再**;故理論上可以無限延長傳輸距離

③、完全沒有衝突;實現所有節點間同時資料收發

④、二層單播

2.2工作原理

資料幀進入交換機後,交換機先檢視資料幀中的源mac位址,然後基於該mac、進入介面id和vlanid,進行hash運算,記錄到本地的mac位址表—cam 表。如果cam表中記錄了目標mac位址,則通過對應介面進行**;若沒有,則進行洪氾——向除進入介面以外的所有介面**。

洪氾的幾種情形:

①廣播包:

資料幀中目標mac全f,當一台主機知道對方ip位址而不知道對方的mac位址的時候,就傳送乙個這樣的包,目標mac位址全f,mac位址的第一位是廣播位,即當第一位為1時,交換機就洪氾(減少判斷)

②組播(未進行組播部署):

組播是將資料幀**到和源主機同乙個組內的其他成員,根據組播的**規則進行**,但是,網路內沒有進行組播部署的時候,就會進行廣播。

③未知單播:

交換機和pc中都會生成乙份cam表。交換機中,cam表的存在時間是5min。pc中記錄這個表的時間是2h——在cmd命令列視窗使用arp -a 進行檢視。

若交換機連線兩台主機pca和pcb,開始時,pc和交換機cam表齊全,當交換機中cam表重新整理後,可能出現pca中存在pcb的mac位址,交換機的cam表中無pcb的mac,此時pca向pcb傳送乙個報文,出現未知單播。

3.路由器

路由器是乙個三層裝置,具有二層的功能。

3.1路由器的作用

①隔離廣播域

②連線邏輯上分開的網路,進行邏輯定址,對資料進行**

3.2路由器工作原理

當乙個資料報進入路由器時,路由器先解封裝到二層,檢視資料報中的目標mac位址,有三種情形:

①廣播      解封裝到3層

②組播     每乙個組播位址均存在自己的mac位址;基於目標mac就可以判斷本地是否

需要解封裝;若本地加入了該組將解包,否則直接丟棄

③單播      目標mac為路由器接收到該流量的介面mac位址 --解封裝

目標mac不是本地路由器的mac位址 --丟棄

若資料報不丟棄,則解封裝到三層,檢視3層報頭;預設路由器僅檢視目標ip位址;同樣有三種情形:

① 廣播    解封裝

② 組播   若路由器加入了該組,解封;若沒有加入,丟棄

③ 單播     目標ip位址為路由器,繼續解封

目標ip位址為其他裝置,路由器將查詢本地的路由表—tcam

4.三層交換機

3層交換機工作原理:

二層交換機和路由器的功能集合裝置;

當乙個資料報進入3層交換機後;

①先檢視源mac位址,生成cam

②再檢視目標mac位址

1)廣播 洪氾 同時解封裝

2)組播 洪氾或者基於組** 若該裝置處於該組同時解封

3)單播 目標mac為本地,直接解封 目標mac為其他裝置基於cam表**

③解封裝後,檢視目標ip位址;此時行為將和路由器一致

5.資料交換方式②快速交換 :一次路由多次交換 基於資料流的第乙個包進行tcam和arp表查詢;之後將該過程—源目ip位址、進出介面、新的二層封裝記錄到快取中;生成乙個cache列表;該資料流的第二個包將基於快取直接**;

③特快交換 最早由cisco提出;cef技術 無需路由直接交換

路由器將本地的路由表和arp直接轉換為二進位制的列表;之後將兩個**整合形成**規則;

路由表——》fib**資訊資料庫 –解決完了遞迴

arp——》adj 鄰居關係表

6.網路型別

①點到點 – 在一網段內只能存在兩個物理介面

②bma – 廣播型多路訪問網路 在乙個ma網路中,同時存在廣播洪氾機制

③nbma – 非廣播型多路訪問網路 在乙個ma中不支援洪氾機制,只能使用偽廣播來進行廣播或組播行為

ma:多路訪問,在乙個網段內物理節點數量不做限制

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