DJ5-4 交换局域网(第一节课)

news/2024/4/19 0:44:43

目录

一、局域网概述

1、LAN 的特点和分类

2、常见的网络拓扑结构

二、计算机与局域网的连接

三、局域网体系结构

四、链路层寻址地址

1、MAC 地址分配

2、MAC 地址识别

五、ARP 地址解析协议

1、ARP 地址解析协议

2、ARP:两个主机位于同一个局域网

3、ARP:发送数据报到子网以外

4、ARP 自举

5、ARP 攻击


一、局域网概述

局域网 LAN(Local Area Network)

DJ5-3 中讨论的多路访问协议广泛应用于局域网中:

  • 基于随机访问的 CSMA/CD 广泛应用于局域网
  • 基于令牌传递技术的令牌环和 FDDI 在局域网技术中变得次要或被淘汰

随着链路层技术的发展,局域网、城域网、广域网之间的概念变得越来越模糊和不重要。

校园网属于局域网,覆盖整个国家的网络属于广域网。

1、LAN 的特点和分类

局域网主要特点:局域网为一个组织所拥有,且地理范围和站点数目均有限。

局域网按拓扑结构进行分类:星形网、总线网、环形网、树形网和网状网。

2、常见的网络拓扑结构

简单来说,拓扑结构就是指只有节点和连线的一种图。

① 星形结构

单个节点是指 PC,如果中间连接器故障了,那么一定会导致全网瘫痪!

② 总线结构

通常采用同轴电缆和 T 型头。

③ 环形结构

④ 树形结构

⑤ 网状结构

冗余的连接使得带宽倍增,从而提高了传输速度。

二、计算机与局域网的连接

计算机与局域网通过网络接口板进行连接,网络接口板又称通信适配器(Adapter)或网络接口卡NIC(Network Interface Card),通常我们称为网卡。

计算机网络接口卡再连接到局域网使用的就是水晶头了。

三、局域网体系结构

IEEE 802 局域网参考模型是针对局域网的网络体系结构特点而制定的,它遵循 ISO/OSI 参考模型的原则,解决物理层和数据链路层的功能以及与网络层的接口服务、网际互连的高层功能。

四、链路层寻址地址

每个节点有网络层地址和链路层地址。

① 网络层地址:节点在网络中分配到的一个唯一地址,即 IP地址。用于把分组送到目的 IP 网络,在 IPv4 中 IP 地址的长度为 32 比特。

② 链路层地址:又称 MAC 地址、物理地址和局域网地址。用于在同一个网络中把数据帧从一个节点传送到另一个节点。

  • MAC 地址的长度通常为 6 字节
  • MAC 地址的每个字节用 16 进制表示
  • MAC 地址是节点的网卡本身所带的唯一地址
  • 网卡的 MAC 地址是永久的,生产时固化在其 ROM 里

局域网中的每个网卡都有唯一的局域网地址。

1、MAC 地址分配

由专门的机构 IEEE 管理物理地址空间,IEEE 负责分配六个字节中的前三个字节。

MAC 地址是平面结构:带有同一网卡的节点,在任何网络中都具有同样的 MAC 地址。

IP 地址具有层次结构:当节点移动到不同网络时,节点的 IP 地址发生改变。

类比你分别处于成都和北京,你所在地的邮编发生了变化,但你的身份证号始终不变。

2、MAC 地址识别

在广播信道的局域网中,一个节点发送的帧,在信道上广播传输,其它节点都会收到该帧。而大多数情况下,一个节点只向某个特定的节点发送,因此需要有网卡负责 MAC 地址的封装和识别。

① 发送适配器:将目的 MAC 地址封装到帧中并发送,所有其它适配器都会收到该帧。

② 接收适配器:检查帧的目的 MAC 地址是否与自己的 MAC 地址相匹配:

  • 匹配:接收该帧,取出数据报,并传递给上层。
  • 不匹配:直接丢弃该帧。

接收适配器会接收的 MAC 地址有:

  • 单播:目的 MAC 地址与自己的 MAC 地址匹配
  • 组播:目的 MAC 地址与自己所在组的 MAC 地址匹配
  • 广播:目的 MAC 地址为全 1 地址

广播帧:发送给所有节点的帧,其目的 MAC 地址为全 1 地址,即 FF-FF-FF-FF-FF-FF 。

五、ARP 地址解析协议

回顾一:节点的 3 种不同地址表示。

应用层的主机名、网络层的 IP 地址、链路层的 MAC 地址

实际在链路上传输时,根据 MAC 地址确定相应的节点。

回顾二:地址之间的转换

通信时需要进行地址转换:主机名 => IP 地址 => MAC 地址

  • DNS 域名系统:将主机名解析为 IP 地址。
  • ARP 地址解析协议:将 IP 地址解析为 MAC 地址。

DNS 为整个因特网中的主机解析主机名;ARP 只为一个 LAN 中的节点解析 IP 地址。

1、ARP 地址解析协议

ARP表:局域网中的每个节点(主机、路由器)都有这个表。

网卡保存 IP 地址和 MAC 地址之间的临时映射关系。

2、ARP:两个主机位于同一个局域网

主机 A 希望发送数据报给主机 B,但 B 的 MAC 地址不在 A 的 ARP 映射表中。

① 主机 A 广播 ARP 查询分组:

局域网中的所有节点都会收到 ARP 查询分组。

② 主机 B 收到 ARP 查询分组,发现目的 IP 地址是自己的 IP 地址,于是返回自己的 MAC 地址给主机 A,即包含有 B 的 MAC 地址的帧发送给主机 A 。这个过程是单播,因为 B 已经在 A 的 ARP 查询分组中获得了 A 的 MAC 地址。

③ 主机 A 在它的 ARP 表中缓存 IP-to-MAC 地址对,直到信息超时被删除,除非有更新信息。

现在主机 A 可以向主机 B 愉快地发送消息了!注意:在同一子网中,目的 MAC 地址就是你最终想要到达的目的地,不要想着路由器的 MAC 地址了,那是不同子网中的情况!

3、ARP:发送数据报到子网以外

主机 A 的网络层接收到数据报,使用子网掩码与 IPB 相与,发现与 IPA 的子网号不同,立即知道主机 B 在不同的子网中。因此在链路层封装帧的时候,目的 MAC 地址填入网关路由器 R1 的左端口的 MAC 地址。

从上图可以看出,MAC 地址永远指示的是当前链路源和目的的 MAC 地址。对于 IP 地址,当不使用 NAT 地址转换时,源和目的的 IP 地址始终不变;当使用 NAT 地址转换时,源的 IP 地址将会改变。

初始时,主机 A 也不知道 R 左端口的 MAC 地址,所以发送目的 IP 为 IPRL 的 ARP 查询分组,最终获得 RL 的 MAC 地址。此外,R 也不知道主机 B 的 MAC 地址,因此也会发送目的 IP 为 IPB 的 ARP 查询分组,最终获得 B 的 MAC 地址。

4、ARP 自举

ARP 自举:主机在上电时自发广播自己的 IP 地址和 MAC 地址。

虽然有 ARP 自举,但是由于主机 C 上电时主机 A 和 B 还未上电,因此 A 和 B 没有办法保存 C 的 IP 地址和 MAC 地址,所以在日后还是需要进行 ARP 请求。

5、ARP 攻击

攻击:主机 B 持续向 R 广播 “我的 IP 地址是 IPA,我的 MAC 地址是 MB”,从而使发给主机 A 的帧全部发给了 B,虽然并不会影响主机 A 向外发送帧。

解决:将 IP 地址和 MAC 地址进行绑定。


http://www.ppmy.cn/news/73356.html

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