Работа коммутатора в сети. Как проходят запросы от рабочей станции до другого коммутатора?

Question

[Илья]

Придумал случайную сеть
В коммутаторах есть MAC-таблица, которую он составляет при первоначальном подключении в сеть, рассылая запросы...
И вот вопрос:
Получается у коммутатора 6 в MAC-таблице будут данные о рабочих станциях A,B,C и концентраторе 5, верно?
Или же у него будет вообще вся карта маршрутов? Но как в таком случае тогда он будет отправлять запросы?
Допустим, рабочей станции B нужно обратиться к рабочей станции E. Каким образом тогда будет передаваться этот запрос? Свитч 6 будет опять рассылать данные во все стороны, пока свитч 3 не наткнется на подходящий компьютер E и не отправит запрос обратно?
Или после первоначального роутинга он уже будет знать, куда отправлять запрос?

Answer 1

[Melkij]

В коммутаторах есть MAC-таблица, которую он составляет при первоначальном подключении в сеть, рассылая запросы...

Неверно полностью.

Кратко алгоритм:
- коммутатор получает пакет на порту
- заносит mac отправителя в таблицу адресов, ассоциируя таким образом mac и физический порт, к которому подключено устройство
- проверяет, есть ли mac получателя пакета в таблице
- если есть - отправляет пакет только в этот порт
- если нет - отправляет на все порты кроме того, откуда пакет пришёл

Из таблицы вычищаются адреса, от которых не было пакетов в течении определённого времени (в настройках коммутатора если такие такая, типично 5 минут)

Comments

[Илья]

Примерно понял, спасибо!
Небольшой пример: компьютер В хочет послать запрос на компьютер Е.
Получается такая цепочка: станция В --> свитч 6 --> хаб 5 --> свитч 2 -->(хаб 4 (нет совпадений) и маршрутизатор 1) --> свитч 3 --> станция Е
И вот если в течении пары минут станция В опять будет передавать пакет станции Е, то опять будет тот же маршрут, верно? Или уже не будет запрос посылаться хабу 4?

[Melkij]

На самом деле для ответа недостаточно информации, даже если считать все устройства расположенными в одном L2 домене (т.е. узел 1 выполняет коммутацию между 2 и 3, но не роутинг).
Один очень хитрый момент: таблица заполняется при получении пакета из порта.
Если узел E не ответит на пакет от B (и от него нет другой сетевой активности) - то узла E в таблицах коммутации свичей всё так же не будет и последующие пакеты от B до E всё равно будут рассылаться по всем портам и их будут получать все.
Но после прохождение любого пакета от E до свича 2 этот свич будет предполагать что знает на каких портах расположены оба адресата и переправлять пакеты с порта на порт не прибегая к рассылке по всем портам. То есть 4 эти пакеты уже получать не будет.

Пожалуй, сразу поясню "будет предполагать что знает": если вы переключите кабель узла E из узла 3 в 4 - то E не будет получать адресованные ему пакеты пока не будут удалены соответствующие записи из таблицы либо пока E не отправит какие-то пакеты.

Получается такая цепочка: станция В --> свитч 6 --> хаб 5 --> свитч 2 -->(хаб 4 (нет совпадений) и маршрутизатор 1) --> свитч 3 --> станция Е

На всякий случай два уточнения:
- у хабов в принципе нет таблицы коммутации. В жизни вам это знание пригодится разве только на собеседовании, потому что хабы давно уже не используются - я даже не сразу признал обозначение.
- первый отправленный в сети пакет (т.е. пока у всех свичей пустая таблица маков) получат вообще все в этом L2 сегменте. И каждый хост будет сверять по MAC'у, относился пакет ему или кому другому.

А вот хост I может совершенно незаметно подслушивать коммуникацию между B и E, т.к. получает эти пакеты из-за использования всего-лишь хаба.

Хотя скорее всего я просто вас запутал =) Представляйте поведение каждого узла в отдельности, на самом деле ни один из них не знает, к чему подключён. Напрямую пк к пк, через хаб или свитч или долгим путём через кучу устройств - на L2 у них у всех достаточно простая логика работы.

[vreitech]

Илья Прибиль, для того чтобы запрос от B мог дойти до E при указанных данных (а именно - наличие маршрутизатора 1 между ними), должен соблюдаться ряд условий: B и E должны иметь IP-адреса из разных подсетей; B и E должны иметь маршруты в эти подсети, для которых маршрутизатором назначен маршрутизатор 1; маршрутизатор 1 должен быть настроен для работы с пакетами из подсетей, в которых находятся B и E.
если предположить, что эти условия выполняются, тогда:
- B формирует пакет для E:
-- проверяется IP-адрес назначения (IP-адрес E) на предмет того, находится ли он в той же подсети, что и IP-адрес источника (IP-адрес B) - не находится.
-- проверяется, есть ли в B маршрут до подсети, в которой находится IP-адрес назначения - есть, с маршрутизатором 1.
-- выясняется MAC-адрес маршрутизатора 1:
--- проверяется наличие в ARP-таблице узла B записи с MAC-адресом маршрутизатора 1 - допустим, его нет.
--- тогда рассылается широковещательный ARP-запрос MAC-адреса узла, у которого IP-адрес маршрутизатора 1, а именно формируется пакет с MAC-адресом источника (MAC-адрес B), MAC-адресом назначения (поскольку MAC-адрес ещё неизвестен - используется широковещательный MAC-адрес FFFF-FFFF-FFFF) и содержимым в виде ARP-запроса "какой MAC-адрес у узла с IP-адресом маршрутизатора 1?":
---- пакет с ARP-запросом уходит с B и попадает в свитч 6. если в MAC-таблице свитча 6 ещё нет записи о том, на каком порту висит хост с MAC-адресом узла B, то эта запись теперь появляется. свитч 6 рассылает этот пакет дальше по всем портам, кроме исходного, потому что этот пакет широковещательный.
---- пакет попадает на все напрямую связанные со свитчом 6 устройства (хаб 5, A, C). компы его отбрасывают, потому что их IP-адрес не соответствует искомому IP-адресу в ARP-запросе из пакета, хаб рассылает на все порты, потому что таким вот он дурачком уродился.
---- пакет попадает на комп I, где отбрасывается по той же причине, что и пунктом выше, и на свитч 2. если в MAC-таблице свитча 2 ещё нет записи о том, на каком порту висит хост с MAC-адресом узла B, то эта запись теперь появляется. свитч 6 рассылает этот пакет дальше по всем портам, кроме исходного, потому что этот пакет широковещательный.
---- ... таким образом пакет доберётся до маршрутизатора 1. этот маршрутизатор отвечает на пакет ARP-ответным пакетом с MAC-адресом источника (MAC-адрес маршрутизатора 1), MAC-адресом назначения (MAC-адрес источника из пакета с ARP-запросом), в котором говориться, что "у узла с тем IP-адресом, который вас интересует, MAC-адрес маршрутизатора 1".
---- пакет возвращается обратно на B через хабы (они рассылают пакет на все порты, в том числе и компам, которые их отбрасывают, потому что MAC-адрес назначения - не их адрес) и коммутаторы (в них уже имеется MAC-запись, в которой для MAC-адреса назначения был назначен соответствующий порт, когда через них проходил пакет с ARP-запросом, поэтому пакет с ARP-ответом они будут направлять именно в тот порт, из которого приходил ARP-запрос).
--- B получает ARP-ответ, из которого узнаёт MAC-адрес маршрутизатора 1.
-- в пакет, который всё ещё формируется узлом B для узла E, вставляется MAC-адрес источника (MAC-адрес B), MAC-адрес назначения (MAC-адрес маршрутизатора 1), IP-адрес источника (IP-адрес B), IP-адрес назначения (IP-адрес E), пакет отправляется.
- ... пакет проходит через коммутаторы и хабы тем же образом, что и предыдущий. записи с MAC-адресом назначения в MAC-таблицах коммутаторов уже имеются (появились, когда проходил ARP-ответ), так что коммутаторы отправляют пакеты на порт, в которых этот адрес фигурирует; хабы как всегда шлют пакет всем, но всем всё-равно. пакет приходит на маршрутизатор 1.
- маршрутизатор 1 берёт из пакета IP-адреса источника и назначения и смотрит, есть ли у него в таблице маршрутизации правило, в соответствии с которым ему следует переслать этот пакет. по условиям задачи мы решили, что такое правило есть.
- маршрутизатор 1 меняет в пакете от B к E MAC-адрес источника на свой MAC-адрес.
- маршрутизатор 1 меняет в пакете MAC-адрес назначения на MAC-адрес E:
-- проверяется наличие в ARP-таблице маршрутизатора 1 записи с MAC-адресом узла E - допустим, её нет:
--- ... происходит то же самое, что и было в подобной ситуации при отправке пакета с узла B: формируется широковещательный ARP-запрос, на этот раз во вторую подсеть, ну и так далее...
- ... пакет отправляется через коммутаторы и хабы второй подсети (по факту - через коммутатор 3, он там один) на узел E.
прошла половина милисекунды. хотя, если на каком-то из хабов возникла коллизия, то не факт.

[Илья]

Филипп, спасибо, что разжевали!)

[Илья]

Melkij, Спасибо, не, все на свои места теперь встало))