1.网络通信流程
- 你的电脑打开浏览器,访问www.baidu.com。
- 先将请求信息发给了交换机,然后交给了路由器,路由发给DNS服务器,通过DNS协议去找我们要访问的百度的IP地址:
- 查到的百度服务器对应的IP地址之后,路由器通过路由协议找到一个路由转发的最优路径,将你的请求信息传送给这个IP地址的百度的路由器。
- 百度的路由器转发给了百度网站的服务器上。 百度网站服务器按照来的时候的路径,在返回给你他自己的网站。
- 你的电脑通过端口号找到你的浏览器,你的浏览器拿到了百度的网站信息,然后将网站呈现在了自己的浏览器上。
2.DNS查询方式
2.1 DNS的记录类型
dig www.baidu.com
$ dig +trace www.baidu.com
dig ns .
3.网络互联
- 将网络互相连接起来要使用一些中间设备(或中间系统),ISO的术语称之为中继(relay)系统。根据中继系统所在的层次,可以有以下五种中继系统:
1.物理层(即常说的第一层、层L1)中继系统,即转发器(repeater)。
2.数据链路层(即第二层,层L2),即网桥或桥接器(bridge)。交换机
3.网络层(第三层,层L3)中继系统,即路由器(router)。
4.网桥和路由器的混合物桥路器(brouter)兼有网桥和路由器的功能。
5.在网络层以上的中继系统,即网关(gateway)。
4. 交换机
4.1 二层交换技术
二层交换机是数据链路层的设备,它能够读取数据包中的MAC地址信息并根据MAC地址来进行交换。
交换机内部有一个address地址表,这个地址表标明了MAC地址和交换机端口的对应关系。那么,交换机如何建立和维护它自己的地址表:
1.当交换机从某个端口收到一个数据包,它首先读取包头中的源MAC地址,这样它就知道源MAC地址的机器是连在哪个端口上的;
2. 再去读取包头中的目的MAC地址,并在地址表中查找相应的端口,如果表中有与这目的MAC地址对应的端口,则把数据包直接复制到这端口上;
3. 如果在表中找不到相应的端口则把数据包广播到所有端口上,当目的机器对源机器回应时,交换机又可以学习一目的MAC地址与哪个端口对应,在下次传送数据时就不再需要对所有端口进行广播了。
由于二层交换机一般具有很宽的交换总线带宽,所以可以同时为很多端口进行数据交换。如果二层交换机有N个端口,每个端口的带宽是M,而它的交换机总线带宽超过N×M,那么这交换机就可以实现线速交换。二层交换机对广播包是不做限制的,把广播包复制到所有端口上。
mac地址表:
mac地址 |
交换机端口 |
21:e4:d4:e5:0c:43 |
eth0 |
4.2 三层交换技术
一个具有第三层交换功能的设备是一个带有第三层路由功能的第二层交换机,但它是二者的有机结合,并不是简单的把路由器设备的硬件及软件简单地叠加在局域网交换机上。
从硬件上看,第二层交换机的接口模块都是通过高速背板/总线(速率可高达几十Gbit/s)交换数据的,在第三层交换机中,与路由器有关的第三层路由硬件模块也插接在高速背板/总线上,这种方式使得路由模块可以与需要路由的其他模块间高速的交换数据,从而突破了传统的外接路由器接口速率的限制。在软件方面,第三层交换机也有重大的举措,它将传统的基于软件的路由器软件进行了界定。
其做法是:
对于数据包的转发:如IP/IPX包的转发,这些规律的过程通过硬件得以高速实现。
对于第三层路由软件:如路由信息的更新、路由表维护、路由计算、路由的确定等功能,用优化、高效的软件实现。
假设两个使用IP协议的机器通过第三层交换机进行通信的过程,机器A在开始发送时,已知目的IP地址,但尚不知道在局域网上发送所需要的MAC地址。
解决方案:要采用地址解析(ARP)来确定目的MAC地址。
- 机器A把自己的IP地址与目的IP地址比较,从其软件中配置的子网掩码提取出网络地址来确定目的机器是否与自己在同一子网内。
- 若目的机器B与机器A在同一子网内,A广播一个ARP请求,B返回其MAC地址,A得到目的机器B的MAC地址后将这一地址缓存起来,并用此MAC地址封包转发数据,第二层交换模块查找MAC地址表确定将数据包发向目的端口。
- 若两个机器不在同一子网内,如发送机器A要与目的机器C通信,发送机器A要向“缺省网关”发出ARP包,而“缺省网关”的IP地址已经在系统软件中设置。
- 这个IP地址实际上对应第三层交换机的第三层交换模块。所以当发送机器A对“缺省网关”的IP地址广播出一个ARP请求时,若第三层交换模块在以往的通信过程中已得到目的机器C的MAC地址,则向发送机器A回复C的MAC地址;
- 否则第三层交换模块根据路由信息向目的机器广播一个ARP请求,目的机器C得到此ARP请示后向第三层交换模块回复其MAC地址,第三层交换模块保存此地址并回复给发送机器A。以后,当再进行A与C之间数据包转发进,将用最终的目的机器的MAC地址封装,数据转发过程全部交给第二层交换处理,信息得以高速交换。既所谓的“一次选路,多次交换“。
4.3 交换机的工作原理
传统的交换机本质上是具有流量控制能力的多端口网桥,即传统的(二层) 交换机。把路由技术引入交换机,可以完成网络层路由选择,故称为三层交换,这是交换机的新进展。交换机(二层交换)的工作原理交换机和网桥一样,是工作在链路层的联网设备,它的各个端口都具有桥接功能,每个端口可以连接一个LAN或一台高性能网站或服务器,能够通过自学习来了解每个端口的设备连接情况。所有端口由专用处理器进行控制,并经过控制管理总线转发信息。
同时可以用专门的网管软件进行集中管理。 除此之外,交换机为了提高数据交换的速度和效率,一般支持多种方式。
(1)存储转发
所有常规网桥都使用这种方法。它们在将数据帧发柱其他端口之前,要把收到的帧完全存储在内部的存储器中,对其检验后再发往其他端口,这样其延时等于接收一个完整的数据帧的时间及处理时间的总和。如果级联很长时,会导致严重的性能问题,但这种方法可以过滤掉错误的数据帧。
(2)切入法:
这种方法只检验数据帧的目标地址,这使得数据帧几乎马上就 可以传出去,从而大大降低延时。
其缺点是:错误帧也会被传出去。错误帧的概率较小的情况下,可以采用切入法以提高传输速度。而错误帧的概率较大的情况下,可以采用存储转发法/以减少错误帧的重传。
4.4 查看交换机端口信息
lldpcli show interfaces
lldpcli show neighbors
4.5 查看arp信息
ARP全称 地址解析协议在局域网内信息是以帧传输的。要记住地址就要有一个ARP缓存表,大概是几分钟刷新一次我忘记了。保存的就是当前局域网内与你连接的机器的IP和MAC的地址。
arp -a
ip地址 |
mac地址 |
交换机端口 |
192.168.100.112 |
26:15:8b:45:56:af |
wlp4s0 |
5. 路由器
5.1 路由技术
路由器是在OSI七层网络模型中的第三层——网络层操作的。
路由器内部有一个路由表,这表标明了如果要去某个地方,下一步应该往哪走。
1. 路由器从某个端口收到一个数据包,它首先把链路层的
包头去掉(拆包),读取目的IP地址,然后查找路由表,
若能确定下一步往哪送,则再加上链路层的包头(打包),
把该数据包转发出去;
2.如果不能确定下一步的地址,则向源地址返回一个信息,
并把这个数据包丢掉。
路由技术其实是由两项最基本的活动组成,即决定最优路径和传输数据包。其中,数据包的传输相对较为简单和直接,而路由的确定则更加复杂一些。
路由算法在路由表中写入各种不同的信息,路由器会根据数据包所要到达的目的地选择最佳路径把数据包发送到可以到达该目的地的下一台路由器处。当下一台路由器接收到该数据包时,也会查看其目标地址,并使用合适的路径继续传送给后面的路由器。依次类推,直到数据包到达最终目的地。
路由器之间可以进行相互通讯,而且可以通过传送不同类型的信息维护各自的路由表。路由更新信息主是这样一种信息,一般是由部分或全部路由表组成。通过分析其它路由器发出的路由更新信息,路由器可以掌握整个网络的拓扑结构。
链路状态广播是另外一种在路由器之间传递的信息,它可以把信息发送方的链路状态及进的通知给其它路由器。
路由表:
5.2 路由器工作原理
每个路由器的基本功能都是按照一定的规则来动态地更新它所保持的路由表,以便保持路由信息的有效性。
路由器的分层寻址功能是路由器的重要功能之一,该功能可以帮助具有很多节点站的网络来存储寻址信息,同时还能在网络间截获发送到远地网段的报文,起转发作用;为了便于在网络间传送报文,路由器总是先按照预定的规则把较大的数据分解成适当大小的数据包,再将这些数据包分别通过相同或不同路径发送出去。当这些数据包按先后秩序到达目的地后,再把分解的数据包按照一定顺序包装成原有的报文形式。
选择最合理的路由,引导通信也是路由器基本功能;
多协议路由器还可以连接使用不同通信协议的网络段,成为不同通信协议网络段之间的通信平台。
一般来说,路由器的主要工作是对数据包进行存储转发,具体过程如下:
第一步:当数据包到达路由器,根据网络物理接口的类型,路由器调用相应的链路层功能模块,以解释处理此数据包的链路层协议报头。这一步处理比较简单,主要是对数据的完整性进行验证,如CRC校验、帧长度检查等。
第二步:在链路层完成对数据帧的完整性验证后,路由器开始处理此数据帧的IP层。这一过程是路由器功能的核心。根据数据帧中IP包头的目的IP地址,路由器在路由表中查找下一跳的IP地址;同时,IP数据包头的TTL(Time To Live)域开始减数,并重新计算校验和(Checksum)。
第三步:根据路由表中所查到的下一跳IP地址,将IP数据包送往相应的输出链路层,被封装上相应的链路层包头,最后经输出网络物理接口发送出去。
简单地说,路由器的主要工作就是为经过路由器的每个数据包寻找一条最佳传输路径,并将该数据包有效地传送到目的站点。由此可见,选择最佳路径策略或叫选择最佳路由算法是路由器的关键所在。为了完成这项工作,在路由器中保存着各种传输路径的相关数据——路由表(Routing Table),供路由选择时使用。上述过程描述了路由器的主要而且关键的工作过程,但没有说明其它附加性能,例如访问控制、网络地址转换、排队优先级等。