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交换机工作原理

MAC自学习过程

1. 初始状态：

   • 刚启动的交换机的MAC地址表是空的。

2. 学习过程：

   • 当交换机收到一个数据帧时，会检查该帧的源MAC地址和接收端口。
   • 如果该源MAC地址不在MAC地址表中，交换机会将该地址与接收端口的对应关系添加到MAC地址表中。
   • 如果该源MAC地址已经在MAC地址表中，但记录的端口与当前接收端口不同，交换机会更新该MAC地址的端口信息。

3. 转发过程：

   • 交换机会检查数据帧的目的MAC地址。
   • 如果目的MAC地址在MAC地址表中有对应的端口，交换机会将数据帧转发到该端口。
   • 如果目的MAC地址不在MAC地址表中，交换机会将数据帧广播到除接收端口以外的所有端口。

   总结：学习其实就是记录源mac地址和转发端口的映射关系，以便于转发时直接使用这个映射，而不需要广播。

路由器工作原理

路由信息表组成部分

目标网络地址	子网掩码	下一跳地址	出接口	跃点数/距离	路由类型	有效时间/更新时间
192.168.1.0	255.255.255.0	0.0.0.0	eth0	0	静态路由	-
10.0.0.0	255.255.255.0	10.0.0.1	eth1	1	静态路由	-
0.0.0.0	0.0.0.0	10.0.0.254	eth2	0	默认路由	-
172.16.0.0	255.255.0.0	172.16.1.1	eth3	2	动态路由（OSPF）	10:00:00

路由选择：先找网络号相同的，若有多个，则找最长网络前缀匹配长度的，若匹配长度相同，则再找距离最近的。

路由器发决策

• 步骤1：检查目标IP地址与路由表匹配

  查找路由表中记录的ip（网络号）和目标ip对应的网络号相同的记录（和子网掩码进行**【与运算】），如有多个表项满足，则在这些记录里面找到最长前最匹配的表项，如果一个都没有，则找到配置的默认路由**表项。

• 步骤2：确定下一跳和端口

  找到匹配的路由表条目后，路由器确定下一跳路由器的IP地址和和对应的出口接口

注意：如果路由表中没有配置默认路由，而且目标 IP 地址也没有与任何路由表中的条目完全匹配（即网络号完全相同），那么路由器将无法确定如何转发该数据包，可能会向发送端返回 ICMP 错误消息，例如“目标网络不可达”或“目标主机不可达”。

ARP工作原理

ARP（Address Resolution Protocol，地址解析协议）是一种网络协议，用于将IP地址解析为对应的MAC地址。ARP在IPv4网络中非常重要，因为网络设备需要知道目标设备的MAC地址才能在以太网上发送数据帧。

工作流程：

1. 获取目标IP地址：应用层或网络层协议（如DNS、DHCP等）提供了目标设备的IP地址。

2. 检查ARP缓存：设备A首先会检查其ARP缓存表，看看是否已有目标IP地址对应的MAC地址。如果没有找到对应条目，设备A需要发出ARP请求。

3. 发送ARP请求：设备A广播一个ARP请求帧，其中包含发送者的IP地址和MAC地址，以及目标设备的IP地址，目标MAC地址为：FF:FF:FF:FF:FF:FF

   Ethernet Header
   Destination MAC: FF:FF:FF:FF:FF:FF (Broadcast)
   Source MAC: 00:11:22:33:44:55 (Device A's MAC)
   Type: 0x0806 (ARP)ARP Header
   Hardware type: 1 (Ethernet)
   Protocol type: 0x0800 (IP)
   Hardware size: 6
   Protocol size: 4
   Opcode: 1 (ARP Request)
   Sender MAC: 00:11:22:33:44:55 (Device A's MAC)
   Sender IP: 192.168.1.1 (Device A's IP)
   Target MAC: 00:00:00:00:00:00 (Unknown)
   Target IP: 192.168.1.2 (Device B's IP)
   

4. 接收ARP请求并发送ARP响应：根据ip匹配到最终的设备B，设备B收到ARP请求帧后会创建一个ARP响应帧，其中包含目标设备的IP地址和MAC地址。然后设备B将ARP响应以单播方式发送回设备A。

   Ethernet Header
   Destination MAC: 00:11:22:33:44:55 (Device A's MAC)
   Source MAC: 66:77:88:99:AA:BB (Device B's MAC)
   Type: 0x0806 (ARP)ARP Header
   Hardware type: 1 (Ethernet)
   Protocol type: 0x0800 (IP)
   Hardware size: 6
   Protocol size: 4
   Opcode: 2 (ARP Reply)
   Sender MAC: 66:77:88:99:AA:BB (Device B's MAC)
   Sender IP: 192.168.1.2 (Device B's IP)
   Target MAC: 00:11:22:33:44:55 (Device A's MAC)
   Target IP: 192.168.1.1 (Device A's IP)
   

5. 更新ARP缓存：设备A接收到ARP响应后，将设备B的IP地址和MAC地址对应关系添加到其ARP缓存表中。ARP缓存表条目有一个过期时间，通常为几分钟，过期后会被删除。

6. 数据传输：设备A现在知道了设备B的MAC地址，可以在以太网上发送数据帧，帧中包含目标设备B的MAC地址。

配置双机三层互联（静态路由方式）

网络拓扑

配置IP地址

在 RouterA配置

enable
config t#配置端口1
interface fastethernet 0/0
ip address 192.168.1.254 255.255.255.0
no shutdown#配置端口2
interface fastethernet 0/1
ip address 10.0.1.1 255.0.0.0
no shutdown

在 RouterB 上配置

enable
config t#配置端口1
interface fastethernet 0/0
ip address 192.168.2.254 255.255.255.0
no shutdown#配置端口2
interface fastethernet 0/1
ip address 10.0.2.1 255.0.0.0
no shutdown

配置静态路由

在 RouterA 上配置静态路由到 RouterB：目的ip是192.168.2.0子网内的数据包经过路由器A后会转发到10.0.2.1设备（路由器B）上

#			目的ip	目的ip掩码	下一跳ip
ip route 192.168.2.0 255.255.255.0 10.0.2.1

在 RouterB 上配置静态路由到 RouterA：目的ip是192.168.1.0子网内的数据包经过路由器B后会转发到10.0.1.1设备（路由器A）上

#			目的ip	目的ip掩码	下一跳ip
ip route 192.168.1.0 255.255.255.0 10.0.1.1

测试结果：

踩坑：

• 注意路由信息的设置，下一跳指的是下一个设备入接口的ip地址，而不是当前路由器的出接口ip地址。
• 执行添加路由信息ip route的指令后，查看show ip route发现没有生效，有可能当前路由器ip和配置的目标ip处于同一个网段的原因，这种情况要么是路由器ip配置错了，要么是目标ip配置错了。
• 直通线用于连接不同设备，老式的路由器之间不能用直通线（实线）连接，否则会出现爆红无法连接，正确方法是用交叉线（虚线）连接。