1. IEEE（电子电气工程师学会）

IEEE组织来定义以太网协议标准。例如：

  • IEEE 802：局域网及城域网
  • IEEE 802.11：无线以太网
  • IEEE 802.2：逻 辑链路控制
  • IEEE 802.3：带冲突检测的载波侦听多路访问协议CSMA/CD（半双工以太网）

    2. 数据帧

2层帧中一次能传输的数据大小（上层），由MTU控制（最大传输单元，默认为1500）

1）Ethernet II（业务帧）

一般 Ethernet II 帧都是作为业务帧使用（传输业务报文）

image.png

  • 最小帧64Byte =（DMAC+SMAC+Type+Data+CRC）Byte
  • Length/Type >= 1536
  • 字段解释
    • DMAC（Destination MAC）：目的MAC地址
    • SMAC（Source MAC）：源MAC地址
    • Type：类型（表示上层封装的什么协议）
    • Data：上层数据总和
    • CRC：校验和

      2）IEEE 802.3（控制帧）

      一般 IEEE 802.3 帧都是作为协议使用（传输协议控制报文）

image.png

  • Length/Type <= 1500
  • LLC（Logical-Link Control，逻辑链路控制）字段解释
    • D.SAP（目的服务访问点）：目的是为 “什么协议” 服务，若后面类型为IP帧值设为0x06
    • S.SAP（源服务访问点）：源是为 “什么协议” 服务，若后面类型为IP帧值设为0x06
    • Control（控制）：通常值为0x03，表示无连接服务的IEEE 802.2无编号数据格式
    • OUI（组织机构代码）：通常等于MAC地址前3字节
    • Type（类型）：标识携带的上层数据

      3. CAM 表（MAC 地址表）的形成和转发原理

1）MAC 地址的组成

image.png

MAC地址由48Bit的以太网物理地址组成，其中「OUI」是组织机构代码、「EUI」由厂商内部自定义

2）MAC 地址的三种类型

  • 单播MAC（unicast）：MAC地址的前第8Bit=0
    • 已知单播：CAM表中有对应的映射关系
    • 未知单播：CAM表中没有对应的映射关系，但是是单播报文
  • 广播MAC（broadcast）：MAC地址的所有48Bit=1，全F（特殊的 “组播地址”）
  • 组播MAC（multicast）：MAC地址的前第8Bit=1（目的地址是一个范围）经典组播MAC：0x01005E（组播地址映射为的组播 MAC 前缀）

    3）二层的转发行为

    BUM 帧泛洪，B = 广播、U = 未知单播、M = 组播

交换机依据报文中「目的MAC」来查找CAM表或者收到的以太帧类型做不同的转发行为。其交换机转发行为有三种：

  • 泛洪（Flooding）：CAM地址表中没有目的MAC地址的映射关系时，交换机从一个接口收到数据帧，会泛洪到该交换机的所有接口，除入接口（有确定的源，但目的未知或CAM表中没有对应的映射关系）
    • 收到组播帧
    • 收到广播帧
    • 收到未知单播帧
  • 转发（Forwarding）：形成CAM表后，根据记录的MAC地址映射关系进行数据帧转发（有确定的源和目的，CAM中也有对应的映射关系）
    • 收到已知单播帧

  • 丢弃（Discarding）：如果配置了黑洞MAC并匹配成功（源、目MAC都适用），设备会执行丢弃行为

    • 收到黑洞MAC条目

      4）CAM 表的构建

      image.png
      交换机通过泛洪或报文中的源MAC地址进行学习并构建CAM表，并通过报文中的目的MAC地址查找CAM表项进行转发。所以说「CMA表是数据帧的转发决策表，决定二层的转发行为」。「CAM表」用来记录相连设备的MAC地址、接口号和所属VLAN ID的映射关系，一个MAC地址同一时间只能从一个接口学习到，后学习到该MAC地址的接口会覆盖掉之前的映射关系。其交换机构建CAM表象的方式有三种：

  • 动态表项（Dynamic）

    • MAC地址的默认老化时间是「300s」
    • 周期时间内没有得到同设备的数据帧来刷新表项，则会删除该表项
  • 静态表项（Static）
    • 永久存在
    • 提高接口安全性，从而防止假冒身份的非法用户骗取数据
  • 黑洞表项（Blackhole）
    • 永久存在
    • 用于丢弃含有特定源MAC地址或目的MAC地址的数据帧