四．ARP協議

1. MAC地址（LAN地址、實體地址、乙太網地址）

（1）作用：用於區域網內標識一個幀從哪個介面發出，到達哪個物理相連的其他介面

（2）固化在網絡卡的ROM中（唯一的），有時可以軟體設定

（3）表示：十六進位制、六個位元組，如1A-2F-BB-76-09-AD

（4）管理：IEEE統一管理與分配前24個位元給網絡卡生產商，生產商分配後24個位元

（5）MAC地址 vs IP地址

　　·MAC地址：平面地址，可攜帶，可從一個LAN移到另一個LAN，相當於身份證號

　　·IP地址：層次地址，不可攜帶，依賴於結點連線到哪個子網，相當於郵政地址

2. ARP：地址解析協議

（1）問題：在同一個LAN內，如何在一直目的介面的IP地址的前提下確定其MAC地址

（2）ARP表：即插即用

　　·LAN中的每個IP結點維護一個表，儲存<IP地址; MAC地址; TTL>

　　·TTL通常為20min，經過這個時間後，對映關係會被遺棄

（3）過程

　　·A想傳送資料報給B，B的MAC地址不在A的ARP表中

　　·A廣播ARP查詢分組，其中包含B的IP地址，目的MAC地址為全1，LAN中所有結點都接收查詢

　　·B接收ARP查詢分組，IP地址匹配成功，向A應答B的MAC地址（單播）

　　·A在其ARP 表中快取B的IP-MAC地址對，直至超時

3. 定址：從一個LAN路由到另一個LAN

（1）A構造IP資料報，其中源IP地址是A的，目的地址是B的

（2）A構造鏈路層幀，其中源MAC地址是A的，目的MAC地址是R左端的，封裝A到B的IP資料報

（3）幀從A傳送至R，R接收幀，提取IP資料報，傳遞給上層IP協議

（4）R轉發IP資料報（源和目的IP地址不變）

（5）R建立鏈路層幀，其中源MAC地址是R右端的，目的MAC地址是B的，封裝A到B的IP資料報

五．乙太網

1. 優勢：造價低廉、應用廣泛、簡單偏移、滿足網路速率需求

2. 物理拓撲

（1）匯流排（同軸電纜）：所有節結點在同一衝突域

（2）星形（中心交換機）：目前主流網路拓撲，每個結點一個單獨衝突域

3. 不可靠、無連線服務

（1）無連線：傳送幀的網絡卡與接收幀的網絡卡間沒有握手過程

（2）不可靠：接收王可不向傳送網絡卡確認，差錯幀直接丟棄，資料恢復依靠高層協議

（3）乙太網的MAC協議：採用二進位制指數退避演算法的CSMD/CD

4. 乙太網CSMD/CD演算法

（1）NIC從網路層接收資料報，建立資料幀

（2）監聽通道，若空閒則開始傳送幀，否則一直監聽直到通道空閒

（3）NIC傳送完整個幀，而沒有檢測到其他結點的資料傳送，NIC確認幀傳送成功

（4）若NIC檢測到其他結點的資料傳送，中止傳送，傳送堵塞訊號

（5）中止傳送後，NIC進入二進位制指數退避

　　·第m次連續衝突後

　　　　- 取n = Min(m, 10)

　　　　- NIC從{0, 1, 2, ..., 2^n - 1}中隨機選擇一個數K

　　　　- NIC等待512K位元的傳輸延遲時間，返回第二步

　　·連續衝突次數越多，平均等待時間越長

5. 乙太網幀結構

（1）前導碼：8B，7個位元組的10101010，第8個位元組為10101011

（2）目的/源MAC地址：6B，全1表示廣播地址

（3）型別：2B，指示幀中封裝的是哪種高層協議的分組

（4）資料：46-1500B，上層協議載荷

（5）CRC：4B，迴圈冗餘校驗碼，丟棄差錯幀

6. 不同乙太網標準：相同的MAC協議和幀格式，不同的速率和物理介質

7. 交換機

（1）鏈路層裝置

　　·儲存-轉發乙太網幀

　　·檢驗到達幀的目的MAC地址，選擇性地向一個或多個輸出鏈路轉發幀

　　·利用CSMA/CD訪問鏈路，傳送幀

　　·透明：主機無法感知交換機的存在

　　·即插即用

（2）多埠間同時傳輸

　　·主機利用獨享鏈路直接連線交換機

　　·交換機快取幀

　　·全雙工傳送幀，每段鏈路一個獨立的衝突域，即AA’和BB’可同時傳輸

（3）交換機轉發表：交換表

　　·交換表項：主機MAC地址，到達主機的介面，時間戳

　　·自學習：收到幀時，學習源MAC地址，將資訊記錄到交換表中

　　·幀過濾/轉發

（4）組織機構網路：IP子網 = 廣播域

（5）交換機 vs 路由器

　　·均為儲存-轉發裝置：路由器是網路層裝置，交換機是鏈路層裝置

　　·均使用轉發表：路由器利用路由演算法和IP地址，交換機利用自學習和MAC地址

8. 虛擬區域網（VLAN）

（1）動機：不使用路由器即可劃分廣播域

（2）支援VLAN劃分的交換機可以在一個物理LAN架構上配置、定義多個VLAN

（3）基於埠的VLAN

　　·通過劃分埠將單一的物理交換機視為兩個獨立虛擬交換機，進行流量隔離

　　·埠可以動態地分配給不同VLAN

　　·兩個VLAN間通過路由進行轉發

（4）跨越多交換機地VLAN

　　·多線纜連線：每個線纜連線一個VLAN

　　·中繼埠：在跨域多個物理交換機定義地VLAN承載幀，為避免歧義，必須攜帶VLAN ID資訊，802.1Q協議為經過中繼埠轉發的幀增加/去除額外的首部域

　　·802.1Q VLAN幀格式