交换机与路由器、IP 及 ARP 协议知识点整理
一、交换机的作用
- 提供端口接入
- 基于数据识别进行转发，理论上可延长传输距离
- 存储转发机制，解决冲突问题
- 基于 MAC 地址识别、记录、查询，实现单播通讯
注：交换机组建的交换网络规模不能太大，最多容纳 200-300 台设备。 原因：泛洪。设备过多，泛洪范围叠加融合，造成设备卡顿、资源浪费，饱和的交换网络无法直接互联。 解决方法：路由器，三层设备，工作在网络层，开启了全球网络互连时代。
二、路由器的出现带来网络架构变化
（OSI 七层模型简要变化） 应用层 应用层 表示层 表示层 --------> 网络层 介质访问控制层 介质访问控制层 物理层 物理层
路由器的作用
- 隔离泛洪范围（广播域）
- 转发数据，实现两个广播域之间的数据互通
注：两种通信模式
- pc1 与 pc2 通信：同一广播域，依靠交换机转发
- pc1 与 pc3 通信：跨广播域，依靠路由器转发 总结：同一个广播域内通信靠交换机；不同广播域之间通信靠路由器。
三、IP 地址
作用
判断通信对象是否和本机在同一个广播域
IP：逻辑地址，可随网络位置改变；工作在网络层，有路由器才引入 IP 地址体系 IP 协议（互联网协议）两大版本：IPv4、IPv6，目前处于 IPv4 向 IPv6 过渡阶段
- IPv4：32 位二进制，使用点分十进制表示
- IPv6：128 位二进制，使用冒分十六进制表示
查看本机 IP：Win+R → cmd →ipconfig示例： IPv4 地址: 172.23.98.235 IPv4 子网掩码: 255.255.252.0 → 二进制：11111111.11111111.11111100.00000000
IPv4 地址分为两部分：
- 网络位：网络位相同 → 同一广播域；网络位不同 → 不同广播域
- 主机位：区分同一网段内不同设备 判断依据：子网掩码，由连续的 1 和 0 组成；1 代表网络位，0 代表主机位，1 在前 0 在后。
ping：用于检测网络连通性
四、ARP 协议（地址解析协议）
作用：通过一种地址获取另一种地址（IP 查 MAC / MAC 查 IP） 全 F MAC：广播地址（48 位二进制全 1），交换机 MAC 地址表不存在该条目，收到则泛洪 广播：触发交换机泛洪；目标 MAC 为全 F 就是广播帧 广播域 = 泛洪范围
ARP 工作过程
ARP 以广播形式发送请求报文，广播域内所有设备接收报文。
- 收到报文的设备，记录报文中源 IP 与源 MAC 的映射，存入本地 ARP 缓存表
- 判断请求 IP 是否为本机 IP
- 是：单播回复 ARP 应答报文
- 否：保存 ARP 记录后丢弃数据包
- 后续发包先查 ARP 缓存表，有记录直接使用；无记录则重新发送 ARP 请求
ARP 缓存表：记录源 IP 与源 MAC 地址映射关系（PC 端） MAC 地址表：交换机维护，记录源 MAC 和入接口的映射关系
查看 ARP 缓存表：arp -a
ARP 分类
- 正向 ARP：通过 IP 获取 MAC 地址
- 反向 ARP：通过 MAC 获取 IP 地址
- 免费 ARP：使用正向 ARP 机制，请求 IP 是本机 IP
- 作用①：自我介绍
- 作用②：检测 IP 地址冲突
五、IPv4 地址分类（按首字节高位划分）
- A 类：0xxx xxxx 范围 0-127，可用 1-126（单播）
- B 类：10xx xxxx 范围 128-191（单播）
- C 类：110x xxxx 范围 192-223（单播）
- D 类：1110 xxxx 范围 224-239（组播，仅可做目标 IP）
- E 类：1111 xxxx 范围 240-255（保留地址）
A/B/C：单播地址，源 IP、目的 IP 均可使用
六、特殊 IP 地址
- 127.0.0.1~127.255.255.255：环回地址，用于本地测试
- 255.255.255.255：受限广播地址
- 主机位全 1（例 192.168.1.255/24）：直接广播地址
- 主机位全 0（例 192.168.1.0/24）：代表整个网段
- 0.0.0.0：①无地址；②代表任意地址
- 169.254.0.0/16：自动私有地址（本地链路地址）
