MAC子层协议

MAC子层为三层提供服务，常见的有两种格式：802.3、802.11（无线网卡）。

802命名来源于IEEE组织，IEEE 802致力于研究局域网和城域网的物理层和MAC层中定义的服务和协议，对应OSI网络参考模型的最低两层（即物理层和数据链路层）。

数据帧

数据帧由帧头、上三层数据和帧尾组成

帧头和帧尾只能在二层传输，对上三层来说只是运输的工具而已，而且帧头在不同环境下会变动，目标在接受数据时判断目标MAC是否和自己一致，个人PC和服务器工作在五层，具备交换机的功能。

帧头

帧头由目标MAC（长度6字节）、源MAC（6字节）和类型（2字节）组成，类型字段的作用：识别上层协议、为上层提供服务，有2个值：0x0800（IP协议）、0x0806（ARP协议）。

一个数据帧最大为1518字节，数据内容最大为1500，也称为MTU

帧尾

帧尾就是一个帧检验序列，通过循环冗余算法校验数据帧的完整性，在我的 另一篇笔记 中有详解。

交换机

交换机的接口

名称 速率
Ethernet 10Mb/s
FastEthernet 100Mb/s
GigabitEthernet 1000Mb/s
TenGigabitEthernet 10000Mb/s

以上简称E、F、G、Te口，如F0/1表示第一个模块的第一个100Mb/s接口，在企业级交换机中支持模块化
接口速率自适应：1000/100/10M自适应，速率工作模式可以为10，100，1000任何一种状态。

端口状态：up/down

  • down的三种可能

    • 手动down掉

    • 速率不匹配

    • 双工模式不匹配（双工duplex）

  • 双工模式

    • 单工（在交换机上已经淘汰）

    • 半双工（交换机上的半双工是为了兼容老旧的设备）

    • 全双工

交换机的工作原理

  • 收到一个数据帧后，首先学习帧中的源MAC地址来形成MAC地址表。

  • 检查帧中的目标MAC地址，并匹配MAC地址表

    • 如表中有匹配项，则单播转发

    • 如表中无匹配项，则除接受端口外广播转发

  • 动态学习的MAC地址表在拔掉网线之后300秒（在管理型交换机上可以修改老化时间）没有再接受到数据帧就会删除这条记录。如果在其他接口上收到同一MAC地址的数据帧则会立即更新条目。

  • 在现实环境中交换机动态学习MAC地址表的速度很快，所有主机在发送DHCP广播包的时候就已经被记录了。当所有主机都被记录后，交换机不再发送广播包

MAC地址表

交换机只会从源MAC地址中动态学习MAC地址表

上图中，sw1和sw2的MAC地址表初始为空，10.1.1.1向10.1.1.4发送信息。交换机工作在二层，只能通过MAC地址转发，无法读取上三层数据。

sw1通过源MAC地址学习到10.1.1.1的MAC地址，并发送广播包。sw2收到数据帧后记录10.1.1.1的MAC地址在F0/2接口上，同时sw2也发送广播包。10.1.1.4收到数据帧后将数据依次解封装。

每个交换机都是独立的，无法读取对方的MAC地址表，在此例中，sw2不会记录10.1.1.1的MAC，而是记录自己的F0/2接口，以后所有10.1.1.1的数据帧都往这里转发