MAC地址表

說到MAC地址表，就不得不說一下交換機(jī)的工作原理了，因?yàn)榻粨Q機(jī)是根據(jù)MAC地址表轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀的。在交換機(jī)中有一張記錄著局域網(wǎng)主機(jī)MAC地址與交換機(jī)接口的對(duì)應(yīng)關(guān)系的表，交換機(jī)就是根據(jù)這張表負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)幀傳輸?shù)街付ǖ闹鳈C(jī)上的。

交換機(jī)的工作原理

交換機(jī)在接收到數(shù)據(jù)幀以后，首先、會(huì)記錄數(shù)據(jù)幀中的源MAC地址和對(duì)應(yīng)的接口到MAC表中，接著、會(huì)檢查自己的MAC表中是否有數(shù)據(jù)幀中目標(biāo)MAC地址的信息，如果有則會(huì)根據(jù)MAC表中記錄的對(duì)應(yīng)接口將數(shù)據(jù)幀發(fā)送出去(也就是單播)，如果沒有，則會(huì)將該數(shù)據(jù)幀從非接受接口發(fā)送出去(也就是廣播)。

如下圖：詳細(xì)講解交換機(jī)傳輸數(shù)據(jù)幀的過程

1) 主機(jī)A會(huì)將一個(gè)源MAC地址為自己，目標(biāo)MAC地址為主機(jī)B的數(shù)據(jù)幀發(fā)送給交換機(jī)。

2) 交換機(jī)收到此數(shù)據(jù)幀后，首先將數(shù)據(jù)幀中的源MAC地址和對(duì)應(yīng)的接口(接口為f 0/1) 記錄到MAC地址表中。

3) 然后交換機(jī)會(huì)檢查自己的MAC地址表中是否有數(shù)據(jù)幀中的目標(biāo)MAC地址的信息，如果有，則從MAC地址表中記錄的接口發(fā)送出去，如果沒有，則會(huì)將此數(shù)據(jù)幀從非接收接口的所有接口發(fā)送出去(也就是除了f 0/1接口)。

4) 這時(shí)，局域網(wǎng)的所有主機(jī)都會(huì)收到此數(shù)據(jù)幀，但是只有主機(jī)B收到此數(shù)據(jù)幀時(shí)會(huì)響應(yīng)這個(gè)廣播，并回應(yīng)一個(gè)數(shù)據(jù)幀，此數(shù)據(jù)幀中包括主機(jī)B的MAC地址。

5) 當(dāng)交換機(jī)收到主機(jī)B回應(yīng)的數(shù)據(jù)幀后，也會(huì)記錄數(shù)據(jù)幀中的源MAC地址(也就是主機(jī)B的MAC地址)，這時(shí)，再當(dāng)主機(jī)A和主機(jī)B通信時(shí)，交換機(jī)根據(jù)MAC地址表中的記錄，實(shí)現(xiàn)單播了。

如下圖：當(dāng)局域網(wǎng)存在多個(gè)交換機(jī)互聯(lián)的時(shí)候，交換機(jī)的MAC地址表是怎么記錄的呢?

1) 主機(jī)A將一個(gè)源MAC地址為自己，目標(biāo)MAC地址主機(jī)C的數(shù)據(jù)幀發(fā)送給交換機(jī)

2) 交換機(jī)1收到此數(shù)據(jù)幀后，會(huì)學(xué)習(xí)源MAC地址，并檢查MAC地址表，發(fā)現(xiàn)沒有目標(biāo)MAC地址的記錄，則會(huì)將數(shù)據(jù)幀廣播出去，主機(jī)B和交換機(jī)2都會(huì)收到此數(shù)據(jù)幀。

3) 交換機(jī)2收到此數(shù)據(jù)幀后也會(huì)將數(shù)據(jù)幀中的源MAC地址和對(duì)應(yīng)的接口記錄到MAC地址表中，并檢查自己的MAC地址表，發(fā)現(xiàn)沒有目標(biāo)MAC地址的記錄，則會(huì)廣播此數(shù)據(jù)幀。

4) 主機(jī)C收到數(shù)據(jù)幀后，會(huì)響應(yīng)這個(gè)數(shù)據(jù)幀，并回復(fù)一個(gè)源MAC地址為自己的數(shù)據(jù)幀，這時(shí)交換機(jī)1和交換機(jī)1都會(huì)將主機(jī)C的MAC地址記錄到自己的MAC地址表中，并且以單播的形式將此數(shù)據(jù)幀發(fā)送給主機(jī)A。

5) 這時(shí)，主機(jī)A和主機(jī)C通信就是一單播的形式傳輸數(shù)據(jù)幀了，主機(jī)B和主機(jī)C通信如上述過程一樣，因此交換機(jī)2的MAC地址表中記錄著主機(jī)A和主機(jī)B的MAC地址都對(duì)應(yīng)接口f 0/1。

總結(jié)：從上面的兩幅圖可以看出，交換機(jī)具有動(dòng)態(tài)學(xué)習(xí)源MAC地址的功能，并且交換機(jī)的一個(gè)接口可以對(duì)應(yīng)多個(gè)MAC地址，但是一個(gè)MAC地址只能對(duì)應(yīng)一個(gè)接口。

注意：交換機(jī)動(dòng)態(tài)學(xué)習(xí)的MAC地址默認(rèn)只有300S的有效期，如果300S內(nèi)記錄的MAC地址沒有通信，則會(huì)刪除此記錄。

ARP緩存表

上面我們講解了交換機(jī)的工作原理，知道交換機(jī)是通過MAC地址通信的，但是我們是如何獲得目標(biāo)主機(jī)的MAC地址呢?這時(shí)我們就需要使用ARP協(xié)議了，在每臺(tái)主機(jī)中都有一張ARP表，它記錄著主機(jī)的IP地址和MAC地址的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

ARP協(xié)議：ARP協(xié)議是工作在網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)議，它負(fù)責(zé)將IP地址解析為MAC地址。

如下圖：詳細(xì)講解ARP的工作原理。

1) 如果主機(jī)A想發(fā)送數(shù)據(jù)給主機(jī)B，主機(jī)A首先會(huì)檢查自己的ARP緩存表，查看是否有主機(jī)B的IP地址和MAC地址的對(duì)應(yīng)關(guān)系，如果有，則會(huì)將主機(jī)B的MAC地址作為源MAC地址封裝到數(shù)據(jù)幀中。如果沒有，主機(jī)A則會(huì)發(fā)送一個(gè)ARP請(qǐng)求信息，請(qǐng)求的目標(biāo)IP地址是主機(jī)B的IP地址，目標(biāo)MAC地址是MAC地址的廣播幀(即FF-FF-FF-FF-FF-FF)，源IP地址和MAC地址是主機(jī)A的IP地址和MAC地址。

2) 當(dāng)交換機(jī)接受到此數(shù)據(jù)幀之后，發(fā)現(xiàn)此數(shù)據(jù)幀是廣播幀，因此，會(huì)將此數(shù)據(jù)幀從非接收的所有接口發(fā)送出去。

3) 當(dāng)主機(jī)B接受到此數(shù)據(jù)幀后，會(huì)校對(duì)IP地址是否是自己的，并將主機(jī)A的IP地址和MAC地址的對(duì)應(yīng)關(guān)系記錄到自己的ARP緩存表中，同時(shí)會(huì)發(fā)送一個(gè)ARP應(yīng)答，其中包括自己的MAC地址。

4) 主機(jī)A在收到這個(gè)回應(yīng)的數(shù)據(jù)幀之后，在自己的ARP緩存表中記錄主機(jī)B的IP地址和MAC地址的對(duì)應(yīng)關(guān)系。而此時(shí)交換機(jī)已經(jīng)學(xué)習(xí)到了主機(jī)A和主機(jī)B的MAC地址了。

windows/linux下可以通過命令行中輸入"arp -a"查看本機(jī)的ARP緩存表。

路由表

路由器負(fù)責(zé)不同網(wǎng)絡(luò)之間的通信，它是當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)中的重要設(shè)備，可以說沒有路由器就沒有當(dāng)今的互聯(lián)網(wǎng)。在路由器中也有一張表，這張表叫路由表，記錄著到不同網(wǎng)段的信息。路由表中的信息分為直連路由和非直連路由。

直連路由：是直接連接在路由器接口的網(wǎng)段，由路由器自動(dòng)生成。

非直連路由：就是不是直接連接在路由器接口上的網(wǎng)段，此記錄需要手動(dòng)添加或者是使用動(dòng)態(tài)路由。

路由表中記錄的條目有的需要手動(dòng)添加(稱為靜態(tài)路由)，有的測(cè)試動(dòng)態(tài)獲取的(稱為動(dòng)態(tài)路由)。直連路由屬于靜態(tài)路由。

路由器是工作在網(wǎng)絡(luò)層的，在網(wǎng)絡(luò)層可以識(shí)別邏輯地址。當(dāng)路由器的某個(gè)接口收到一個(gè)包時(shí)，路由器會(huì)讀取包中相應(yīng)的目標(biāo)的邏輯地址的網(wǎng)絡(luò)部分，然后在路由表中進(jìn)行查找。如果在路由表中找到目標(biāo)地址的路由條目，則把包轉(zhuǎn)發(fā)到路由器的相應(yīng)接口，如果在路由表中沒有找到目標(biāo)地址的路由條目，那么，如果路由配置默認(rèn)路由，就科舉默認(rèn)路由的配置轉(zhuǎn)發(fā)到路由器的相應(yīng)接口;如果沒有配置默認(rèn)路由，則將該包丟棄，并返回不可到達(dá)的信息。這就是數(shù)據(jù)路由的過程。

如下圖：詳細(xì)介紹路由器的工作原理

1) HostA在網(wǎng)絡(luò)層將來自上層的報(bào)文封裝成IP數(shù)據(jù)包，其中源IP地址為自己，目標(biāo)IP地址是HostB，HostA會(huì)用本機(jī)配置的24位子網(wǎng)掩碼與目標(biāo)地址進(jìn)行“與”運(yùn)算，得出目標(biāo)地址與本機(jī)不是同一網(wǎng)段，因此發(fā)送HostB的數(shù)據(jù)包需要經(jīng)過網(wǎng)關(guān)路由A的轉(zhuǎn)發(fā)。

2) HostA通過ARP請(qǐng)求獲取網(wǎng)關(guān)路由A的E0口的MAC地址，并在鏈路層將路由器E0接口的MAC地址封裝成目標(biāo)MAC地址，源MAC地址是自己。

3) 路由器A從E0可接收到數(shù)據(jù)幀，把數(shù)據(jù)鏈路層的封裝去掉，并檢查路由表中是否有目標(biāo)IP地址網(wǎng)段(即192.168.2.2的網(wǎng)段)相匹配的的項(xiàng)，根據(jù)路由表中記錄到192.168.2.0網(wǎng)段的數(shù)據(jù)請(qǐng)發(fā)送給下一跳地址10.1.1.2，因此數(shù)據(jù)在路由器A的E1口重新封裝，此時(shí)，源MAC地址是路由器A的E1接口的MAC地址，封裝的目標(biāo)MAC地址則是路由器2的E1接口的MAC地址。

4) 路由B從E1口接收到數(shù)據(jù)幀，同樣會(huì)把數(shù)據(jù)鏈路層的封裝去掉，對(duì)目標(biāo)IP地址進(jìn)行檢測(cè)，并與路由表進(jìn)行匹配，此時(shí)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)地址的網(wǎng)段正好是自己E0口的直連網(wǎng)段，路由器B通過ARP廣播，獲知HostB的MAC地址，此時(shí)數(shù)據(jù)包在路由器B的E0接口再次封裝，源MAC地址是路由器B的E0接口的MAC地址，目標(biāo)MAC地址是HostB的MAC地址。封裝完成后直接從路由器的E0接口發(fā)送給HostB。

5) 此時(shí)HostB才會(huì)收到來自HostA發(fā)送的數(shù)據(jù)。

總結(jié)：路由表負(fù)責(zé)記錄一個(gè)網(wǎng)絡(luò)到另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的路徑，因此路由器是根據(jù)路由表工作的。