BUAA CN Week2 N层

说在前面

做实验的时候我就在想，我是否有能力写好这篇博客。

本次实验做完之后，没有充沛的分享欲，而只是劫后余生的感慨。

明明是N层实验，但整体来说和D层实验的感觉十分相似，你需要熟练展现上次实验所培养你的能力与素养。

但除此之外，本次实验还要求你熟络ARP和ICMP，尤其是它们在报文中的封装。

一些提醒：

小程序传图片时一定要及时，晚一点就无法再上传。
传的图片尽可能展示核心内容，若缺乏重点可能拿不到9.5。
报文直接筛选好 arp or icmp。本次实验就只涉及这两种。
如何修改PC的IP地址？

控制面板->网络和共享中心->左侧栏“更改适配器设置”->右键“本地连接”->点击属性->双击IPv4项即可进入修改，可修改本机IP地址、子网掩码和缺省网关。
不同网段为啥还要分不同VLAN？

不同网段确实拥有不同的广播号，但是不同广播号不代表不同广播域！！

不加处理的话，大家都在缺省VLAN里，处于同一广播域。

广播号只能决定我是否接受，但是仍然会被泛洪到！

N层的IP管理当然管不到D层的传输。

ARP

在理论课上，我们只是知道：

A想要B的MAC地址，发出ARP报文，上面写着A的IP地址、A的MAC地址以及B的IP地址。
ARP报文被广播，同广播域内如果有B，B将单播回一个ARP报文。

但在实验课，你需要掌握：

ARP有一个缓存的表。
PC的ARP缓存表在cmd直接arp -a就可以看到。中间设备则需要在PuTTY上display arp。
如果下一跳不在ARP缓存表里，我就要发ARP去找到下一跳的MAC地址。
对于跨网段的ping，下一跳当然是缺省网关。
ARP request 广播时，目标MAC地址是ffff-ffff-ffff，不过在报文中目标MAC地址显示为全0。

ICMP的理论课讲得倒比较详细，实验涉及的也很浅，不作解释。

跨交换机VLAN间路由实验

下面重点讲这个实验的ARP与ICMP报文分析。

组网图

首先这道实验题以分析为主。因为有大量步骤，凭实验不能单步观测变化情况。

此外，要知道S1是三层交换机，有跨网段路由功能。S2是双层交换机，只是个同网段内引路的。

接下来，我们就从理论角度，分析这样一个删去全部缓存的组网如何实现PCC ping PCD。

PCC想知道下一跳

PCC和PCD经过计算发现属于不同网段。

PCC要把ICMP(ping request)发给缺省网关——192.168.2.1，也就是S1的VLAN2接口。

PCC的下一跳就是192.168.2.1。

PCC的ARP Cache是空的。

PCC要向192.168.2.1发送ARP request报文。

Source: 192.168.2.11 PCC_MAC

Dest: 192.168.2.1 FFFF-FFFF-FFFF

路过交换机S2

要知道这个ARP报文的信息很明确，不会再改变了。

S2只是一个路由，一个搬运工，告诉你往哪个端口走，仅此而已。

MAC表也是这样简单，谁给我发了东西，我就把source(mac+vlan)和它进来的端口学习下来。

不过交换机还有一个功能，就是管理VLAN。毕竟VLAN是D层的事情。

交换机的端口就是划分VLAN的工具。你从这个口进来，那你就是这个VLAN。

端口分为access/trunk/hybrid这三种。

access是我们一般理解的那种，一个端口只对应一个vlan，广播泛洪的时候只对同VLAN的全部端口。

所以一进来我就知道你是哪个VLAN，就先给你打上tag。

相应地，从access口出去**不需要打（需要去掉）**tag，同样因为从我这出去的VLAN号是可以确定的。
trunk的特点是一个端口支持多种vlan。因此从它出去要带上vlan tag。

需要注意~~其实也不需要注意~~，每对trunk端口都有一个PVID，PVID用于适配无VLAN时代的设备。所以如果VLAN号为PVID，就相当于无Tag，出去的时候也要去掉tag。
hybrid更自由，可以指定出去时某些vlan带tag，某些vlan不带tag。

好嘞，铺垫这么多，一鼓作气讲清楚吧！

Step 1

首先是PCC发了ARP广播，只可惜只广播到了S2这里。

此为Step1。

Step 2

S2首先收到报文先学习MAC表，PCC_MAC对应GE1/0/1。

然后为报文打上VLAN Tag=2（因为S2的GE1/0/1是access VLAN 2）。

然后S2要继续广播，发现支持VLAN2的只有GE1/0/1和GE1/0/13，除了自己之外，就只能给trunk口GE1/0/13了。

从trunk口出，不去除tag。

因此从GE1/0/13发送了含tag VLAN id=2的报文。

此为Step2。

S1回应PCC的ARP报文

Step 3

首先S1作为交换机，收到报文肯定也是先学习MAC表，PCC_MAC对应GE1/0/13。

但同时作为N层相关设备，随便收到一个报文也会直接学习ARP Cache，192.168.2.11对应PCC_MAC。

PCC向192.168.2.1发送的ARP request报文是：

Source: 192.168.2.11 PCC_MAC

Dest: 192.168.2.1 FFFF-FFFF-FFFF

而S1的VLAN2接口就是192.68.2.1。

所以S1应当把VLAN2接口的MAC地址传回PCC。

因为刚学到MAC表里PCC_MAC对应GE1/0/13，所以ARP reply直接从这个trunk口发出去。

从trunk口出去要带tag，因为是从VLAN2接口发的，所以VLAN id = 2。

192.168.2.1向192.168.2.11发送的ARP reply报文是：

Source: 192.168.2.1 VLAN2_MAC

Dest: 192.168.2.11 PCC_MAC

此为Step3。

再次路过S2

Step 4

S2首先收到报文先学习MAC表，VLAN2_MAC对应GE1/0/13。

S2要继续单播，发现PCC_MAC对应GE1/0/1。

从access口出，去除tag。

此为Step4。

PCC向下一跳发出ICMP-ECHO-REQUEST

Step 5

PCC收到了报文，直接学习ARP：192.168.2.1对应VLAN2_MAC。

这下终于知道了，我要去ping PCD了！

之前我知道N层的Source和Dest，但是一直不知道D层对应的下一跳应该是谁，现在终于可以封装报文了。

Source IP：192.168.2.11
Dest IP：192.168.3.11
Source MAC：PCC_MAC
Dest MAC：VLAN2_MAC

此为Step5。

Step 6

依旧经过交换机S2。

S2首先学习：PCC_MAC，啊嘞，这个学过了。

然后access口进，所以带tag vlan2。

接下来和Step2不同的是，现在是单播！

所以要查表，目标是VLAN2_MAC，这个也学过。那很好！不然就又要广播了。

直接从trunk口GE1/0/13出，不去tag。

此为step6。

ICMP报文更改！

ICMP报文发了一半，把第一段D层打通了。

接力棒传到S1的interface vlan2这里来了。

接下来经过某种判断逻辑~~你可以不知道~~，但很显然S1知道。

S1知道它该把报文交付给网络层处理了。

然后ICMP报文成功地从interface vlan3出来了。

ICMP报文的N层没有改变，而外部的D层则换成了路由器选择的新路由：

VLAN3_MAC，到它的下一跳：PCD。

ICMP报文的内容正式变为：

Source IP：192.168.2.11
Dest IP：192.168.3.11
Source MAC：VLAN3_MAC
Dest MAC：PCD_MAC

int VLAN3想知道下一跳

Step 7-8

再次审视报文内容。

PCD_MAC是未知的。

我需要——ARP！

接下来便是和Step1-2如出一辙。

此为step7-8。

PCD回应S1的ARP报文

Step 9-10

其实你知道这个和Step3-4如出一辙。

但是为了标题工整一点，就写这么几句话占个位置。

此为step9-10。

int VLAN3向下一跳发出ICMP-ECHO-REQUEST

Step 11-12

以防你不知道，在刚刚ARP的request与reply中，PCD和int VLAN3学到了ARP Cache，S2学到了MAC表。

这一段和Step5-6也只能说如出一辙了。

此为step11-12。

PCD向下一跳发出ICMP-ECHO-REPLY

诶诶你PCD怎么就能直接发reply？不用ARP？

好吧我写这个问题纯粹无聊打几个字。。

都叫reply了，PCD早就学进ARP Cache了。

Step 13-16

哎哟我真不想写了。

Step13-14就是Step5-6，Step15-16就是Step11-12。

此为step13-16。

后记

一写就又写了三个小时。

不过确实是弄明白了不少当时不太清楚的问题。

我特意把StepX也写进了标题里，方便你直接去跳转~

写博客本意是对问题的再思考，但如果还能帮到你们就太好了！