【学习】link layer3


待解决问题

Switched LANs

addressing, ARP

Host 和 routers 都有网络层地址和链路层地址,事实上,并不是它们具有链路层地址,而是他们的适配器(即网络接口)具有链路层地址。(多个网络接口即有多个链路层地址)链路层交换机的任务是在 host 和 router 之间承载数据报,所以其不具有与它们的接口相关联的链路层地址。
这个链路层地址最常见的称呼是MAC地址,它的长度为 48 bits,尽管MAC地址被设计为永久的,但用软件改变一块适配器的地址是可能的。eg: 1A-2F-BB-76-09-AD
由于存在两种地址,它们之间该如何进行转换呢?这里引入了地址解析协议(Address Resolution Protocol, ARP) 在这里插入图片描述
向局域网内部发送数据
假设主机A想要向主机B发送IP数据包,如果主机B的MAC地址不在主机A的ARP table中,主机Abroadcast ARP query packet(包含主机B的IP地址,目标MAC地址为FF-FF-FF-FF-FF),所有在局域网上的结点都会收到这条 ARP query,但只有当主机B接收到这条ARP packet,才返回一个response ARP packet 包含它的 MAC地址给主机A。(这里是单播的,而不是广播)
主机A接收到这个回复后 会将这个 IP-to-MAC address 缓存至它的ARP table,直到TTL失效。soft state: info that times out unless refreshed.
ARP 是即插即用的(plug-and-play),也就是说每个结点创建ARP table无需网络管理员配置,并且如果主机与子网断开连接,它的表项最终会从留在子网中的结点的表中删去。
ARP packet 封装在链路层中,所以体系结构上位于链路层之上,而一个ARP packet 既包含链路层地址,又包含网络层地址,所以既可以说是链路层协议,也算是网络层协议。
向局域网外部发送数据
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Ethernet

拓扑结构

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以太网帧结构

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前7个字节是10101010,最后一个字节是10101011,前七个字节用于唤醒接受适配器,将接收者的时钟与发送方保持一致(由于以太局域网速率不同),后七个字节用于警告适配器B,重要的内容要来了。
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以太网提供不可靠的无连接的服务

  • 当 NIC 接收到或者没接收到,都不会反馈 ack 或者 nack
    • 只有 higher layer 使用了 rdt,丢失的帧才能恢复,否则被丢弃的数据就会丢失。
  • 以太网的MAC协议使用了 unslotted CSMA/CD with binary backoff 前文有讲到
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switches

  • link-layer device: store, forwarding Ethernet frames
    • filtering 决定接收到的帧被转发还是丢弃
    • forwarding 决定一帧应该被导向哪个接口,并把该帧移动到那些接口
    • 以上两个功能借助 switch table 完成 对于任意一个含有非广播地址的MAC地址的帧到达一个接口x,查找该表有三种结果:①不在表中,广播该帧 ②接口x 丢弃该帧 ③接口y≠x 把该帧传递到接口y的缓存中
  • transparent 主机不知道哪些 switches 会接收并转发
  • plug-and-play, self-learning switches 无需管理员配置
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VLANS

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Wireless LANS(了解个大概就行)

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data center networking

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