計算機網絡中的常用表項梳理

核心表項對比

表項

全稱

工作層級

主要功能

涉及設備

典型生命周期

MAC表

媒體訪問控制表

數據鏈路層(二層)

Mac地址和端口關系

交換機、網橋

動態學習

FDB表

轉發數據庫

(Forwarding DataBase)

數據鏈路層(二層)

Mac地址與端口關系,一般還包括vlanId

交換機、網橋

動態學習(默認5分鐘)

ARP表

Address Resolution Protocol

地址解析協議表

網絡層與數據鏈路層之間(二層和三層間)

Ip地址和mac地址的關系

主機、路由器

動態(通常2-20分鐘)

路由表

Routing Table

網絡層(三層)

存儲目標網絡與下一跳的映射關系

路由器、三層交換機、主機

靜態或動態更新

詳細解析

MAC表 & FDB表

事實上mac表和fdb表廣義上可以說是一個東西,大多數情況下都是指代的同一個東西。狹義上的區別是mac表只有mac地址和端口關系,而fdb表則包含了vlanId信息。

因為fdb表包含更多的信息,所以現在業務上一般都使用包含了vlanId的fdb表。

那么這兩個表項用來干嘛的?

主要是二層間數據轉發時候使用,目標地址為mac,通過該表找到對應mac所在的端口,進一步將報文通過該端口轉發發去。

這里需要提一下dot協議:

Dot1d:即 IEEE 802.1D,是 生成樹協議(STP, Spanning Tree Protocol) 的標準,用于防止網絡中的環路,確保冗余鏈路環境下數據幀的無環轉發。

Dot1q:即 IEEE 802.1Q,是 VLAN 標簽(VLAN Tagging) 的標準,用于在以太網幀中插入 VLAN 信息,實現虛擬局域網(VLAN)的劃分。

特性

802.1D (Dot1d)

802.1Q (Dot1q)

用途

防止網絡環路(STP)

VLAN 標簽(Trunking)

工作層次

數據鏈路層(L2)

數據鏈路層(L2)

依賴關系

不依賴 VLAN

依賴 VLAN 環境

幀格式

不修改幀結構

在以太網幀頭插入 4 字節 VLAN Tag

典型應用

交換機防環

跨交換機的 VLAN 通信

  • Dot1d(802.1D)?解決?環路問題(STP)。
  • Dot1q(802.1Q)?解決?VLAN 跨設備通信問題(Trunking)。

我們在讀取mac表(或者說fdb表)信息時,都是讀取以上兩個信息,一般是優先讀取dot1q的表項信息,如果其不存在則讀取dot1d表項的信息。

ARP表

?????? 在設備發送ip包出去的時候,此時傳輸數據只有ip頭部,傳輸到二層需要封裝幀頭和幀尾,這時候需要查詢arp表確定下一跳的mac地址,用于三層ip包封裝成二層幀時的地址填充。

?????? 我們來看下網絡中數據發送和接受流程中的封裝和解封裝情況:

封裝(Encapsulation):發生在發送端,是自上而下(從高層到低層)的過程

應用數據 → TCP/UDP頭部 → IP包頭 → 以太網幀頭幀尾

解封裝(Decapsulation):發生在接收端,是自下而上(從低層到高層)的過程

去掉以太網幀頭幀尾 → 解析IP包頭 → 處理傳輸層頭部 → 交付應用數據

??????

發送端封裝流程:

[IP包] → (查詢ARP表獲得MAC) → [添加幀頭] → [完整以太網幀]

??????????? ↑

??????? 需要ARP表

接收端解封裝流程:

[完整以太網幀] → [檢查MAC] → [去掉幀頭] → [IP包]

??????????????????????? ↓

??????????????????? 不需要ARP表

?????? 即發送前要封裝,封裝需要MAC,MAC來自ARP表。

路由表

?????? 決定數據包在三層中的下一跳地址,包括目標網絡、子網掩碼、下一跳、出接口等信息。

?????? 可以通過靜態配置或通過路由協議動態學習,包含管理距離和度量值等路由選擇參數,存在于三層設備(路由器、三層交換機)和主機上

?????? 這個表項相對來說我們更常見一點,偶爾會遇到在主機上配置路由的情況,羅列一下對應的命令:

環境

命令

Windows

route print

Linux

ip route show

網絡設備(交換機、路由器等)

Show ip route

?????? 另外還有在Windows增加路由的命令,舉例如下:
?????? Windows環境:

?????? route -p ADD 10.10.5.0 MASK 255.255.255.0 10.10.5.254

?????? Linux環境:

?????? route add -net 10.10.5.75 netmask 255.255.255.8 gw 10.10.5.254

ND表

?????? Ipv6中的鄰居發現協議表(neighborhood discovery protocol)

?????? 相當于ipv6協議的ARP表,實現ipv6地址到mac地址的解析。

總結

?????? 數據流轉過程中的表項協作:
?????? 1、應用層:主機名解析(host文件/DNS)

?????? 2、網絡層:路由表決定出口和下一跳

?????? 3、ARP/ND表:將下一跳ip解析為mac地址

?????? 4、數據鏈路層:FDB/MAC表決定具體從哪個物理口轉發出去

路由表:三層,解決“下一跳去哪”的問題,靜態或根據協議更新(如ospf每30分鐘刷新)

ARP表:二層和三層間,解決“目標MAC是誰”的問題,20分鐘老化?

FDB/MAC表:二層,解決“從哪個口出去”的問題,5分鐘老化

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