交换机专题(二)

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5、交换机与集线器
（1）HUB的工作原理


若pc1:10.0.0.1/8     pcn:10.0.0.n/8
在同一时刻pc1-----pcn只能有一台设备在发送帧信息。Hub和交换机都转发广播帧。
而路由器通过路由表可以隔离广播
若uplink口接路由器的以太口 ip 10.0.0.7
则路由器只会转发路由表中有的网段的信息，其他的会被删除。
（2）


HUB和SWITCH的区别
Hub a排在pb前边，pa先广播，A收到后，PB再广播，B再接收。
SWITCHA PB 两个帧可以同时到达 A B可以同时接收
连接在HUB上的所有设备构成一个冲突域，同时也构成一个广播域。一个冲突域内的不同设备同时发出的以太网帧会相互冲突。PA与PB冲突，并且PA也传到B只不过B丢弃罢了。
（3）连接在一个没有划分VLAN的交换机各个端口的设备属于不同的冲突域（每一个交换机的端口构成一个冲突域），但同属于一个广播域。如果交换机接到一个广播帧，A和B时都可以收到的。不同端口联接的设备同时发出的以太网帧不会相互冲突（根据MAC寻址）
关于交换机中冲突域和广播域的理解 在没有划分vlan的交换机上交换机整体是一个广播域 每个端口是一个冲突域如果交换机中的a端口和b端口分别向c端口发帧，绝对不会影响其他的端口向e和f端口发帧，所以交换机整体不是一个冲突域，但是交换机中的a端口和b端口分别向c端口发帧会在c这个端口发生冲突，所以交换机的每一个端口构成一个冲突域
6、广播、组播、泛洪的概念
（1）在HUB中所有的帧（广播帧 组播帧 单播帧等）都是以广播的方式发送，这是由硬件的特性所决定的。广播帧在数据链路层封装的目的mac地址是ff.ff.ff.ff.ff.ff所以所有的设备都会接收到该帧。
（2）组播帧
组播的地址是保留的D类地址从224.0.0.0—239.255.255.255，而且一些地址有特定的用处如，224.0.0.0—244.0.0.255只能用于局域网中路由器是不会转发的，并且224.0.0.1是所有主机的地址，224.0.0.2所有路由器的地址，224.0.0.5所有ospf路由器的地址，224.0.13事PIMv2路由器的地址；239.0.0.0—239.255.255.255是私有地址（如192.168.x..x）；224.0.1.0—238.255.255.255可以用与Internet上的。
2层的MAC地址是如何与3层的IP地址进行映射的呢？通过将MAC地址的前25位强行规定位0100.5e，而后23位对应IP地址的后23位，而组播IP地址的前4位均相同如：
IP地址：    1110yyyy.yxxxxxxx.xxxxxxx.xxxxxxxx
MAC地址：   00000001.00000000.01011110.0xxxxxxx.xxxxxxx.xxxxxxxx
显然有32个IP地址（有5个y可以不一样）对应一个MAC地址，所以要避免在同一网络中使用的多个组播IP地址对应一个MAC地址
（3）关于组播地址的详细介绍
组播地址（IP和MAC）

　　IP组播地址用于标识一个IP组播组。IANA把D类地址空间分配给IP组播，范围从224.0.0.0到239.255.255.255，IP组播地址前四位均为1110。从224.0.0.0至224.0.0.255被IANA保留为网络协议使用。例如：244.0.0.1 全主机组244.0.0.2 全多播路由器组244.0.0.3 全DVMRP路由器组244.0.0.5 全OSPF路由器组。在这一范围的多播包不会被转发出本地网络，也不会考虑多播包的TTL值。地址从239.0.0.0至239.255.255.255作为管理范围地址，保留为私有内部域使用。
　　如下图所示，以太网和FDDI的MAC地址01:00:5E:00:00:00到01:00:5E:7F:FF:FF用于将三层IP组播地址映射为二层地址，即IP组播地址中的低23位放入IEEE MAC地址的低23位。IP组播地址有28位地址空间，但只有23位被映射到IEEE MAC地址，这样会有32个IP组播地址映射到同一MAC地址上。


组播地址映射
组播的mac是根据各个厂家的情况来定义的
组播的mac是根据各个厂家的情况来定义的其实你根本不用去了解 通常在交换机中自动完成
映射方法　
以太网硬件地址是48位，而IP地址是32位，有效IP组播地址是28位，以太网支持IP组播地址到以太网组播地址的映射，他们之间的映射很巧妙而简单，主要规则如下：　
将IP组播地址的低23位简单地代替特定的以太网地址01.00.5e.00.00.00（16进制）中的低23位。　
例如：IP组播地址224.66.60.89(16进制，其2进制为：1110　0000.0100　0010.0011　1100.0101　1001)映射到以太网的地址为：01.00.5e.66.60.89（16进制）。按此规则，IP组播地址范围为224.0.0.0~239.255.255.255，映射到以太网组播地址为01.00.5E.00.00.00~　01.00.5E.7F.FF.FF　 这样做一是因为映射方法简单，便于计算和实现；二是可以包括绝大部分组播地址了；三是IP组播地址映射后仅使用以太网地址的固定部分，有利于排错和查找，不易与其它使用以太网的协议发生冲突和干扰。3.2.1.2　不同IP组播地址映射到相同以太网地址的讨论。在IP组播地址映射到以太网地址的过程中，有人可能发现一个有趣的现象，多个不同的IP组播地址映射到了相同的以太网地址。例如：IP组播地址225.118.100.100和226.246.100.100映射到以太网的地址均为01.00.94.118.100.100。这是为什么呢，下面从机理上作一分析：由于IP组播地址的有效位为28位，而映射到以太网时仅取低23位（第9~31位），高5位（实际是IP组播地址的第4~8位，下同）的地址信息在映射过程实际上是没有用而被丢掉了，这样如果低23位地址信息一样，则不管高5位地址的值是多少，其映射的以太网地址都是一样的。如下图：　
IP组播地址　:　1110　gggg　gddd　dddd　dddd　dddd　dddd　dddd
　 　　　　　|----|----||--------------------------|　
　组播地址的网络ID　　高5位　　　　　　　　　　　低23位　
高9位映射时信息均被丢掉　映射时直接代替特定以太网地址的低23位　
那么，任意两个IP组播地址映射到以太网地址时，其地址相同的概率为多少呢？　
任意两个IP组播地址如果低23位相同，则不管高5位的值是否相同，二者映射的以太网地址都是一样的，低23位相同的可能性为　，高5位的2进制组合有25种，这样可知：任意两个IP组播地址映射到以太网地址时，其地址相同的概率P=　，很小，约为百万分之3.8，所以这种映射方法还是相当可靠的。　
组播地址

图1 IP地址和MAC组播地址的映射
从通信层次上讲，IP组播分为两个层面：IP组播和以太网组播。根据IANA（Internet Assigned Number Authority）规定，组播报文的地址使用D类IP地址，其范围从224.0.0.0到239.255.255.255。组播MAC地址的高24bit固定为0x015e，同时需要注意的是组播地址都只能作为目的地址，而不能作为源地址来使用。IP组播地址和MAC地址以一种映射关系相关联，MAC地址的低23位映射为组播MAC的低23位，如图一所示。组播MAC地址和组播IP地址的这种映射关系不是唯一对应的，因为在32位IP组播地址可以变化的28bit中只映射了其中的23bit，还剩下5bit是可以自由变化的，所以每32个IP组播地址映射一个组播MAC地址。
（4）泛洪(flooding)
泛洪(flooding),是在交换机转发数据的时候才涉及到的，我们来看看它的含义,当数据帧在沿着网络介质到达交换机时会将该帧中携带的目的MAC地址与包含在MAC地址表中的MAC地址进行比较,如果交换机发现目的MAC地址与源MAC地址属于同一个网段,那么就将该帧丢弃,这一过程称为过滤(filtering).如果发现目的MAC地址与源MAC地址不在同一个网络内,那么就转发数据帧到目的端口,再如果目的MAC地址在交换机地址表中没有查到,那么他就该数据帧广播到网络中除接收到该帧的端口的其他所有端口上去,这一过程称为泛洪(flooding).
注意:泛洪(flooding)发生的原因是因为交换机收到了一个包含确定目的地的MAC数据帧,是因为不知道这个数据帧该怎么发送出去,所以才广播出去(泛洪),那么就是说泛洪(flooding)的前提是收到的确定的目的MAC地址的帧,而并非一定是广播帧.
Flooding（泛洪）：当交换机的MAC地址表中，没有目的地址的条目时，交换机会把数据转发到除了源地址之外的其他端口（交换机在初始化时进行flooding操作）。交换机在没有学习到某一台设备地址时进行flooding处理。交换机对于广播和多播数据帧，永远作flooding处理
一个泛洪的实例

图a

图b
图a和图b是等价的
pc1向pc3发送一个arp包，所有集联的交换机的任何一个端口（工作中的）都可以接收到这个arp包（从交换机内部接收），泛洪，如果把交换机的a端口和b端口用一根5类线直连，a端口就会把这个arp包通过5类线转发给b端口，b进行洪泛处理（从交换机内部传给a端口），结果又会传给a端口，然后a再传给b端口。同理，b端口收到pc1向pc3发的这个arp包，也会传给a端口，a端口进行洪泛，这样由于这样一个环路，就产生了网络风暴。
（5）综述
Physical Segment
当1 个以太网网段的设备越多,产生冲突的可能性就越大.以太网网段能容纳的设备的数目是根据传输介质所规定的.物理网段,就是连接在传输线缆上的所有的设备的一个范围圈.换句话说就是,在一个物理网段上,所有设备都有产生冲突的可能性.另外1 个用来描述物理网段的术语就是冲突域(collision domain).当然可以用某些设备对物理网段进行划分,比如路由器等等
Broadcasts and Logical Segmentation
TCP/IP 使用广播来解析IP 地址到MAC 地址.一些路由协议也使用广播来对路由进行宣告,比如RIP 和IGRP.广播不仅会消耗网络上的带宽,还会降低端用户比如工作站的处理能力.网桥(bridge)和交换机会转发广播,而路由器就不会.能够接收到别人发来的广播的所有节点组成的一个区域
范围就叫广播域(broadcasting domain)或逻辑网段(logical segment)
Multicasts
多播(multicast)和广播类似,但是和广播的发送给所有节点相比,它是发送给一组特定类型的节点.节点类型通过地址来定义,比如一个帧的目标MAC 地址为0100.0CCC.CCCC 的就是发往所有的Cisco 设备.网桥和交换机也会对多播进行转发


本人匆忙整理 部分从网上借鉴 如有问题 欢迎讨论 qq:65214461 或 http://www.cublog.cn/u/6574/

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是自己总结的吗