第六讲：工业网络——交换原理

Posted 2021-05-17 軒邈

交换原理

• 1. ARP地址解析协议
• 2. ICMP协议（通讯检测两台设备是否联通）
• 3. 交换过程

1. ARP地址解析协议

  a) 地址解析协议（ARP）：通过广查询IP对应的MAC。
  b) 查看电脑ARP表：ARP表显示MAC地址与IP地址对应关系，命令行输入ARP -A即可查看本机的ARP表。

（1） Windows + R 打开命令行配置
               
（2） 输入cmd
               
（3） 输入arp -a(“arp”+“空格”+“-”+“a”)，打开ARP表
               
  第二个框框：本电脑接口IP地址192.168.186.1。
  第三个框框：第一行中是本电脑网关192.168.186.254，电脑的MAC地址192.168.186.255 ；第二行中 ff-ff-ff-ff-ff-ff 是广播MAC地址，这个地址是所有的设备都能接收到的。

2. ICMP协议（通讯检测两台设备是否联通）

  （1） 网际控制报文协议。
  （2） 作用：检测网络层的连通性；面向连接。
  （3） 原理：发送echo request；目标收到后，发送echo reply。（也就是说，本机发送一个请求到另一台设备，另一台设备也会发送一个请求到本机）
  （4） 常用命令：
     ping
     traceroute（路由跟踪）
     ipconfig（查看IP表）
     回环地址：ping 127.0.0.1（直接ping自己的电脑，查看自己电脑的本机网卡是否良好）
  （5） ping 127.0.0.1操作：
     前面有些步骤提到，此处直接ping：
               
  通过界面可以看出，有回复，那么说明网卡良好；红色框框的部分TTL代表的是生存时间，64是我现在电脑的起始生存时间，每个人电脑的起始生存时间是不一样的，一般是32、64、128，他会每经过一个路由设备（跨越一个网段），TTL就会减1，当TTL减为0时（传输路径过长），这个数据就会在网段中自动丢弃。

  （6） ipconfig操作：
               
  界面中红框框中可以查看IP地址、默认网关、子网掩码。

  （7） ping操作：
               
  在ping百度的时，界面显示TTL是54，那说明经过了经过了10台路由设备。

  （8） traceroute（tracert）操作：
               
  在使用ping操作时输入的是百度的一个域名（第一个框框），一个域名和IP是有对应关系的，一个域名可以对应多个IP，那么可以使用百度其中一个IP（第二个框框）找到百度。
               
  那么此时用tracert 指令跟踪百度的路由情况：
               
  可以从界面中看到，除开超时的一共经过了10个路由设备。中间超时的也是需要算在其中的，超时的原因可能是防火墙或者网络设备没有回应等情况，但是确实他也是算作一个路由设备的，最后一个你可以发现就是百度其中的一个IP地址，没有经过不算在其中。

3. 交换过程

  如下图，A发送一个数据给C，如果A去访问C的话，那么A一定知道C的IP地址，但是不一定知道C的MAC地址，这里就假设不知道，A的MAC地址就是源MAC地址，C的MAC地址就是目的MAC地址，那么在不知道MAC地址的情况下，可以用ARP地址协议，他是建立IP地址和MAC地址之间关系的一个协议，在A和C发送数据之前，也就是A和C在发生第一次数据交换之前，A先给C发送一个ARP协议的数据包，来找到C的MAC地址，这个过程是这样的，首先在一开始A不知道C的MAC地址，会在数据链路层中，目的MAC地址那一栏封装成广播MAC地址全f，这个MAC地址B、C、D三台设备都可以接收，但是在网络层会封装A的源IP地址和C的目的IP地址，因此在A第一次给C发送的时候，A发送数据经过E0端口，E0端口经过学习到A是跟E0端口所连接的，E0端口会学习到A的MAC地址表，将A的MAC存储在他的MAC表中，同时通过E1、E2、E3进行数据发送，E1、E2、E3端口首先解封装数据链路层，数据链路层因为目的MAC地址是全f的，所以他们都可以接收，但是当他们继续解封时，到网路层时，B、D发现目的IP不是给他的，因此B、D就会把这个数据给丢弃，C发现这个目的IP就是自己，因此他会接收到这个数据，并且给A一个回复，因此就会发送一个数据，因为在这个之前E1和E3端口有给B、D发送过数据，那么E1端口就会学习到B的MAC地址，E3端口就会学习到D的MAC地址，同理E2端口会学习到C的MAC地址，通过学习之后了，E0、E1、E2、E3的MAC地址都会在交换机中的MAC表中显示出来，因此当C返回数据给A的时候，数据通过交换机，交换机发现他是找A的，那么只通过E0端口，将数据发送给A，那么这样A就得到了C的MAC地址，接下来数据的发送就是从A到E0直接到E2再到C。