【理論解析】【EP1】MOD-9 Ethernet(乙太網路)

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墮夜

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發表於 08-4-20 09:52:44 |只看該作者 |降序瀏覽大字中字小字正體化简体化

乙太網路規格包含了 802.3 (實體層及 MAC 層，屬於偏向硬體的部份)及802.2 (LLC 層)

LLC 層的功用：

1. 與上層建立連線
2. 框架網路層的封包
3. 識別網路層協定
4. 保持實體層相對的獨立(上下層無關連)

LLC 層可以被當作是網路卡(NIC)的驅動程式，網卡硬體透過驅動程式與上層溝通

MAC 層主要的兩個功能：

資料封裝 - 主要功能有：
1. 劃定訊框的界線
2. 定址，因為有來源及目的位址
3. 錯誤偵測，因為有 FCS 的 CRC 偵錯

媒體存取控制 - 主要功能有：
1. 訊框放在或離開媒體的控制
2. 媒體碰撞、失敗的恢復

HUB 會複製訊框送往其他每一個Port

它只能半雙工通訊，裝置越多，碰撞就越多

交換器的出現取代了 HUB ，同時減少了碰撞的問題，並且是運作於全雙工

但是現在HUB多被管理者用來監聽網路用

使用 Hub 的問題有：

1. 缺乏擴充性(Scalability) - 相同的網路頻寬會被分享
2. 延遲(Latency)增加 - 越多的集線器及中繼器(Repeater)，延遲越久
3. 更多的碰撞 - 主機越來越多，碰撞也更多

交換器下主機間的互通則是使用獨立的頻寬(Dedicated Bandwidth)與線路

因此不會有碰撞的情況發生(Collision-Free Environment )

加上它可以分割碰撞領域，每個 Port 都可以視為一個獨立的碰撞領域

都可以運作在全雙工模式下，同時送及收訊框

乙太網路除了可以在 LAN 使用

Gigabit 等級的乙太網路技術更可以用在企業的 LAN 到 MAN(都會區域網路)及 WAN

如1000BaseT 乙太網路線使用八條線，全雙工，不能使用半雙工

MAC 是由 3 byte 的 OUI (組織唯一識別號)及 3 Byte 廠商指定的網卡號構成

電腦啟動時網路卡會複製位址到 RAM 當中

訊框要檢驗時，會使用RAM中的位址與訊框中的位址進行比對

MAC表示的方式可能是：

00-05-9A-3C-78-00 或 00:05:9A:3C:78:00 或 0005.9A3C.7800

而IP和MAC不同的地方是MAC僅使用於本地網路(交換器或HUB之間)

BroadCast：

目的地位址均為二進位 1 ，則視為廣播

訊框將會傳送給廣播領域內所有的裝置接收與處理

DHCP 與 ARP 都會用到廣播，前者用來分配浮動IP

Multcast：

IP 的多播位址從 224.0.0.0 到 239.255.255.255

IP 多播位址需要相對應的 MAC 位址，多播 MAC 位址是以 01-00-5E 開始的 MAC 號碼

MAC 位址剩下的 24bit 會利用目的地 IP 的後面三位數字(多播群組位址)轉換

避免網路碰撞，在兩個訊框間必須要給一點緩衝的時間

稱為 Interframe Spacing (訊框間隔)

這讓媒體在傳輸完前一個訊框後能有時間穩定及處理，並準備下一個訊框

量測時以前一個訊框的 FCS 後面到下一個訊框的 Preamble 之前

比如10M 的乙太網路至少要等待 96 bit time ，也就是 0.96us

BITS TIME 計算 = 1/速度

例如 : 100M 的 Bit Time = 1/100,000,000 = 0.01 *10 (-6 次方)=0.01us

在一個碰撞領域中，主機的 ARP Table 又稱為 ARP Cache ，裡面儲存對應(Map) 的 IP 與 MAC

ARP 提供兩個基本功能：

1. 解決 IPv4 位址對應到 MAC 位址：

經由查表可以可以知道目的地 IP實際的 MAC

2. 維護對應的快取記憶體：

當要送出一個訊框資料到目的地時，除了可以經由傳輸的資料得知其他主機的 IP 與 MAC 對應

如果資料不在ARP Table 當中...

也可以藉由廣播一個包含目的地 IP 的ARP 需求(Request)至所有主機

所有同廣播領域的主機都會收到此需求，符合目的地 IP 的主機會送回一個 ARP 回覆(Reply)封包

這時主機就動態獲得 IP 與MAC 的對應(產生一個新的ARP 表的項目)並可以將資料送出

如果沒有主機回覆，這個訊框就會丟掉(因為沒有目的地MAC)

若目的地 IP 不在本地區域網段內

則廣播會去找 Gateway(預設閘道，也就是路由器) 的 MAC取得 Gateway 的 IP 與 MAC 對應

封包將送往 Gateway ，所以訊框的目的地的 IP 是網段外主機的 IP (上面範例172.16.0.0)

但是目的地 MAC 將會是路由器的 MAC

一點都不複雜，因為來源主機MAC送至對方主機的過程中不會存在路由器

而對方主機當然就收不到來源MAC...˙ˇ˙

※不同的作業系統， ARP 表中項目的保留時間也不同

ARP 廣播產生的問題：

1. 媒體的消耗(overhead)：

如果一個實驗室中，所有主機同時開機，此時ARP的廣播將造成頻寬的消耗(overhead)

會有一段時間頻寬效能較不好。

2. 安全問題：

ARP Spoofing (偽造) 即 ARP Poisoning (毒害)

某攻擊主機「偽造」 ARP 回應 (Gateway IP+攻擊主機的 MAC)並送給網段上所有主機

網段上所有主機會認為這個項目是真實的，而更新 ARP Table (毒害受害主機)

於是攻擊主機變成是閘道，將所有資料往該攻擊主機送，該攻擊主機會代轉資料給真實的閘道

但是會同時監聽所有的流量訊息。

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本章節結束

[ 本文最後由墮夜於 08-4-25 10:25 AM 編輯 ]

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