网络设备原理（二）

目录

一、网络类型

1、点对点类型

2、MA类型

3、网络类型面试题

以太网

PPP

二、数据交换方式（路由方式）

1、原始包交换

2、快速交换

3、特快交换

4、面试题

三、交换机工作原理

1、什么是交换机及交换机的作用？

2、二层交换机工作原理

3、三层交换机工作原理

四、路由器的工作原理

1、路由器概念及功能

2、路由器工作原理

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在【路由交换学习】——网络设备介绍（一）我简单的介绍了下一些网络设备的基础概念，接下详细说明下一些网络设备的工作原理。

一、网络类型

首先说一下我们所常见的网络类型。

1、点对点类型

在一个网段只能连接两个节点（只存在两个物理接口），在二层没有地址。

2、MA类型

多路访问，在一个网段内物理节点数量不做限制；大多数MA网络均存在二层地址

MA分为BMA、NBMA。

（1）BMA——广播型多路访问网络

在一个网络中，同事存在广播洪泛机制。

（2）NBMA——非广播型多路访问网络

在一个MA中不支持洪泛机制，只能使用伪广播进行广播或组播行为

3、网络类型面试题

怎么判断哪些网络是点到点？BMA？NBMA？

可以通过接口的二层封装技术

P2P的二层封装是PPP或者HDLC（高级数据链路控制好）

MA的二层协议就是 比如：以太网

• 以太网

以太网属于BMA类型，存在广播、洪泛机制（将流量转发给多人时只发一个包，交换机复制多份发送），对一个网段的节点数量不限制（因为存在二层地址-MAC地址），以太网交换机可以基于MAC进行单播工作。

特点（核心）

共享性网络（共享带宽）——频分技术——将多个相互不影响的频率用在同意物理介质上传输，来增加带宽，不同频分被分成不同的信道。

工作特点

使用MAC做为二层地址，存在洪泛广播机制；需要ARP来协助获取目标MAC地址。

• PPP

点对点协议。

（1）链路控制协议

用于检测物理链路的封装。双方封装都为PPP（地址协商）封装，可以双向通信。

（2）PPP认证

包含两个协议——（密码认证协议）、CHAP（挑战握手协议）

• PAP是一种简单的一次性认证（认证成功后受到攻击不会断开），发送的认证密码都是明文认证，支持双向认证，认证用户名和密码可以不一致。
• CHAP：三次握手复杂多次认证

1. 主办方需要被认证方提供账户与密码，主证方会给被证方发送一个随机值
2. 被证方发送用户名给认证方，将密码和随机值进行MD5运算发送给主证方
3. 主证方自己进行自己发送的随机值和MD5运算，和被认证方发来的进行比对，比对成功则向被认证方发送一个挑战成功的确认包。

• PAP和CHAP既能单向也能双向

单向认证：主证方需要被认证方提供账户和密码

双向认证：认证双方都需要提供账户和密码进行认证

二、数据交换方式（路由方式）

1、原始包交换

先查询本地的TCAM表，再查看本地的ARP表来确定目标或者下一跳的MAC地址

前提网络环境为以太网

2、快速交换

一次路由多次交换 基于数据流的第一包进行TCAM和ARP表查询；

之后将通过过程-源目IP地址、进出接口、新的二层封装记录到缓存中；

生成一个cache列表；该数据量的第二个包将基于缓存直接转发

3、特快交换

最早是cisco提出；CEF技术 无需路由直接转发

路由器将本地的路由表和ARP直接转换为二进制的列表；之后将两个表整合形成转发规则；

路由器表-FIB转发信息数据库——解决完了递归

ARP-adj 令居关系表

4、面试题

当一个数据包从边界路由器走有两种情况：

流量从外往内：先NAT地址转换成私有地址，再查表。

流量从内往外：先查表再NAT地址转换

 

三、交换机工作原理

1、什么是交换机及交换机的作用？

交换机是一个含有MAC地址表的二层设备

有以下作用：

1. 提供端口密度，用于更多节点的互联（集线器HUB也可以实现）
2. 对点留信息进行识别再转发；故理论上可以无限延长传输距离
3. 完全没有冲突，隔离冲突域；实现所有节点间的同时数据收发
4. 二层单播

2、二层交换机工作原理

当数据帧进入交换机后，交换机先查看数据帧中的源MAC地址，基于该MAC的进入接口记录到本地的MAC地址表（CAM表）

注：

标准CAM表：MAC+接口编号+VALNID哈希运算

支持VLAN基础的CAM表：MAC+接口编号+VLAN ID 哈希运算

哈希运算（散列函数算法）：摘要提取法

最常用的哈希算法：MD5 SHA-1 -128 -256 -512

哈希算法特点

1. 不等长的输入，等长的输出
2. 雪崩效应
3. 不可逆向运算

3、三层交换机工作原理

三层交换机即二层交换机和路由器的功能集合设备

当一个数据包进入三层交换机后：

第一步：先查看源MAC地址，生成CAM表

第二步：再查看目标MAC地址

1、广播：洪泛 同时解封装

2、组播：洪泛或者基于组转发，若该设备处于该组同时解封

3、单播：目标MAC为本地，直接解封

                目标MAC为其他设备，基于cam表转发，解封装后，查看目标IP地址；此时行为将和路由器一致。

四、路由器的工作原理

1、路由器概念及功能

路由器是连接局域网与广域网的设备

作用：

1. 划分广播域，连接不同网络
2. 路径选择
3. 路由转发
4. 跨网段通信
5. NAT地址转换

2、路由器工作原理

当数据包进入路由器时

第一步：路由器先查看数据包中的目标MAC地址；会有三种方式

1、广播：解封装到3层

2、组播：每一个组播地址存在自己的MAC地址；基于目标MAC就可以判断本地是否需要解封装；若本地加入了该组将解包，否则直接丢弃

3、单播：目标MAC为路由器接收到该流量的接口MAC地址（解封装）目标MAC不是本地路由器的MAC地址

第二步：二层解封装完成后，查看三层报头；默认路由器仅查看目标IP地址；目标IP也有三种方式；

1、广播：解封装

2、组播：若路由器加入该组，则解封；若没有加入，丢弃

3、单播：目标IP地址为此路由器，则继续解封；目标ip地址为其他设备，路由器将查询本地的路由表（TCAM表），进行转发

注：交换机的CAM表为二进制表，执行二元运算，路由器的TCAM表是由1、0、x构成x表示主机位，执行三元运算。