mac地址怎么查(ip地址怎么查)

zhangyang 2022-05-08 阅读:18
  

  前言

  MAC(媒体访问控制)地址用于定义网络设备的位置。MAC地址由48位长、12位十六进制数字组成,其中从左到右,0到23位是厂商向IETF等机构申请的标识厂商的代码,24到47位是厂商自己分配的,是各个厂商生产的所有网卡的唯一编号。

  MAC地址可以分为3种类型:

  物理MAC地址:这种类型的MAC地址唯一地标识以太网上的终端,这是世界上唯一的硬件地址;MAC地址:全1的MAC地址是广播地址(FF-FF-FF-FF-FF-FF-FF),用来表示局域网上所有的终端设备;组播地址:除广播地址外,第8位为1的MAC地址是组播MAC地址(例如01-00-00-00-00-00-00),代表局域网上的一组终端。以01-80-c2开头的组播MAC地址称为BPDU MAC,一般作为一个协议报文的目的MAC地址来标记某个协议报文。

  01 认识MAC地址

  交换机的MAC地址分为系统MAC接口MAC.

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  接口MAC包括管理网络接口MAC、VLANIF接口MAC、二层物理接口MAC、三层路由主接口MAC、子接口MAC、二层Eth-Trunk接口MAC和三层Eth-Trunk接口MAC。

  MAC,也就是我们所说的设备MAC,可以通过命令display bridge mac-address查看。管理网端口MAC、子接口MAC、二层物理接口MAC和二层Eth-Trunk接口MAC相同,使用系统MAC。其他接口的MAC与系统MAC不一致,具体MAC地址可以通过显示界面查看。

  1.1 MAC原理

  MAC地址的定义和分类

  MAC地址表的定义

  MAC地址表记录了交换机获知的其他设备和接口的MAC地址与接口所属的VLAN之间的对应关系。设备转发报文时,根据报文的目的MAC地址查询MAC地址表,如果MAC地址表中包含与报文的目的MAC地址对应的条目,则直接通过条目中的输出接口转发报文;如果MAC地址表不包含与报文的目的MAC地址相对应的条目,设备将通过广播在除了它所属的VLAN中的接收接口之外的所有接口上转发报文。

  MAC地址表的分类

  MAC地址表中的条目分为动态条目、静态条目和黑洞条目。此外,交换机的MAC地址表还包含服务类型的MAC地址表条目,例如安全MAC、MUX MAC、Authen MAC、Guest MAC等。类MAC地址条目由相应的服务维护,一般通过动态条目转换。

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  表2-1不同MAC地址表的特性和功能

  MAC地址表的组成和作用

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  MAC地址表的组成

  MAC地址表是以MAC地址和VLAN ID或VSI为索引来唯一标识。当一台目的主机属于多个VLAN或VSI时,在MAC地址表中就会存在相同MAC地址拥有多个不同VLAN ID或VSI的情况。表2-2中是四条不同的MAC地址表项。如第一条MAC地址表项的作用是:从设备任意接口进入的目的MAC为0011-0022-0034,VLAN ID为10的报文,都会从GE3/0/1接口转发出去。

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表2-2 MAC地址表项

  MAC地址表的作用

  MAC地址表用于指导报文进行单播转发。如图2-1中,PC1发往PC3的报文,在到达交换机Switch时,根据报文中的目的MAC地址MAC3和VLAN10查询交换机的MAC地址表,获取出接口Port3,然后报文直接从接口Port3转发到PC3,完成数据的转发。

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图2-1 基于MAC地址表的转发流程图

  MAC地址学习和老化

  MAC地址学习过程

  一般情况下,MAC地址表是设备根据收到的数据帧里的源MAC地址自动学习而建立的。

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图2-2 MAC地址学习示意图

  如图2-2,HostA向SwitchA发送数据时,SwitchA从数据帧中解析出源MAC地址(即HostA的MAC地址)和VLAN ID。

  • 如果MAC地址表中不存在该MAC地址表项,设备则将这个新MAC地址以及该MAC地址对应的PortA和VLAN ID作为一个新的表项加入到MAC地址表中。
  • 如果MAC地址表中已经存在该MAC地址表项,设备将通过重置该表项的老化时间,对该表项进行更新。

  所以设备在收到数据帧时,才会触发MAC地址的学习和刷新。当设备有多块接口板时,为了避免不必要的广播报文以及提高报文转发的速度,每个接口板学习到的MAC地址表项,都会自动同步到其他单板。

  MAC地址老化过程

  为适应网络的变化,MAC表需要不断更新。MAC表中自动生成的表项(即动态表项)并非永远有效,每一条表项都有一个生存周期,到达生存周期仍得不到更新的表项将被删除,这个生存周期被称作老化时间。如果在到达生存周期前记录被更新,则该表项的老化时间重新计算。

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图2-3 MAC地址老化过程示意图

  如图2-3所示,设备MAC地址老化时间设置为T。在t1时刻有源MAC地址为00e0-fc00-0001、VLAN为1的报文从某接口进入。假定该接口已加入VLAN 1。如果之前MAC地址表不存在关于(MAC: 00e0-fc00-0001,VLAN: 1)的任何种类表项,那么这个地址就会作为动态MAC地址表项学习到地址表里,同时该表项的命中标志位被置1。

  设备周期性(每经过T时间)地对所有学习到的动态MAC地址表项进行检查。

  1. 在t2时刻,检查到动态表项(MAC: 00e0-fc00-0001,VLAN: 1)的命中标志位为1,则将该表项的命中标志位置为0,但不删除这条表项。
  2. 在t2时刻和t3时刻之间没有这种报文进入设备,那么该表项的命中标志位会一直保持为0。
  3. 在t3时刻,设备检查到该表项的命中标志位为0,认为该表项的老化时间到达,将删除此条表项。

  如上所述,通过自动老化,一条动态表项在MAC地址表存在的最短时间是设备所配置的老化时间T到2T之间。

  设备MAC地址老化时间可手动设置。通过设置此时间,可以灵活控制动态学习到的MAC表项在MAC地址表存在的时间。

  MAC地址学习控制

  由于MAC地址表的容量是有限的,当黑客伪造大量源MAC地址不同的报文发送到设备后,设备上的MAC地址表项资源可能会被耗尽。当MAC表被填满后,即使它再收到正常的报文,也无法学习到报文中的源MAC地址,导致报文广播转发,浪费带宽资源。

  为了解决以上问题,设备提供了两种方式对MAC地址学习进行控制:

  • 基于VLAN或接口关闭学习MAC能力
  • 基于VLAN或接口限制MAC地址数
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表2-3 MAC地址学习控制方式说明

  MAC地址漂移

  什么是MAC地址漂移

  MAC地址漂移是指设备上一个VLAN内有两个端口学习到同一个MAC地址,后学习到的MAC地址表项覆盖原MAC地址表项的现象。图2-4所示,MAC地址为0011-0022-0034,VLAN ID为2的表项,出接口由GE1/0/1刷新为GE1/0/2,这就是MAC地址漂移。设备出现MAC地址漂移时,设备CPU占用率会有不同程度的升高。

  正常情况下,网络中不会在短时间内出现大量MAC地址漂移的情况。出现这种现象一般都意味着网络中存在环路,可以通过查看告警信息和漂移记录,快速定位和排除环路。

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图2-4 MAC地址漂移示意图

  如何进行MAC地址漂移检测

  MAC地址漂移检测是利用MAC地址出接口跳变的现象,检测MAC地址是否发生漂移的功能。

  配置MAC地址漂移检测功能后,在发生MAC地址漂移时,可以上报包括MAC地址、VLAN,以及跳变的接口等信息的告警。其中跳变的接口即为可能出现环路的接口。网络管理员可以根据告警信息,手工排查网络中环路的源头,也可以使用MAC漂移检测提供的后续动作,使跳变的端口down或者VLAN从端口中退出,实现自动破环。

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图2-5 MAC地址漂移检测组网图

  如图2-5网络中,若SwitchC和SwitchD之间误接网线,则SwitchB、SwitchC、SwitchD之间形成环路。当SwitchA上Port1接口从网络中收到一个广播报文后转发给SwitchB,该报文经过环路,会被SwitchA上Port2接口收到。配置MAC地址漂移检测功能,SwitchA就会感知到MAC地址出接口跳变的现象。若连续出现此现象,SwitchA就会上报MAC漂移告警,提醒管理员进行维护。

  如何防止MAC地址漂移

  网络中产生环路或非法用户进行网络攻击都会造成MAC地址发生漂移,导致MAC地址不稳定。

  在规划网络时,可以通过下面两种方式来避免这种情况:

  • 提高接口MAC地址学习优先级。当不同接口学到相同的MAC地址表项时,高优先级接口学到的MAC地址表项可以覆盖低优先级接口学到的MAC地址表项,防止MAC地址在接口间发生漂移。
  • 不允许相同优先级的接口发生MAC地址表项覆盖。当伪造网络设备所连接口的优先级与安全的网络设备相同时,后学习到的伪造网络设备的MAC地址表项不会覆盖之前正确的表项。但如果网络设备下电,仍会学习到伪造网络设备的MAC地址,当网络设备再次上电时将无法学习到正确的MAC地址。

  如图2-6所示,为防止非法用户伪造服务器MAC地址入侵Switch,可以提高服务器侧接口Port1的MAC地址学习优先级。

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图2-6 MAC防漂移应用组网图

  MAC刷新ARP

  在以太网中,主机设备是根据MAC地址来发送、接收以太网数据帧。ARP用于提供IP地址到MAC地址的映射。当不同网段间通信时,需要使用ARP表项来将IP地址映射到正确的MAC地址及相应的出接口上。

  一般来说设备上的MAC表项和ARP表项的出接口是一致的。如图2-7所示,在T1时间点,MAC地址表项和ARP表项的出接口是一致的,都是GE1/0/1。当端口切换后,在T2时间点,MAC地址表项的出接口在收到报文时立即刷新为GE1/0/2,但是ARP表项的出接口还是GE1/0/1,需要等待T3时间点即ARP表项的老化时间到达后,通过ARP老化探测,才会刷新为GE1/0/2。这样就在T2时间点和T3时间点之间,ARP表项的出接口是不可用的,会导致不同网段间设备的通信中断。

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图2-7 配置MAC刷新ARP功能之前

  MAC刷新ARP可以实现在MAC出接口更新时,直接刷新ARP表项的出接口的功能。如图2-8所示,在配置MAC刷新ARP功能后,在T2时间点,MAC地址表项出接口刷新为GE1/0/2后,直接把ARP表项的出接口刷新为GE1/0/2。解决了T2时间点和T3时间点之间,ARP表项出接口不可用的问题,避免了业务通信的中断。

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图2-8 配置MAC刷新ARP功能之后

  MAC刷新ARP功能多用在VRRP主备环境下挂服务器的组网中(通过MAC刷新ARP加快VRRP流量切换),也可以用在二层破环协议STP、SmartLink等进行三层流量切换的场景。

02 MAC应用场景

  2.1 通过MAC防漂移防止用户攻击

  在部署二层网络时,可以使用MAC地址防漂移的功能,防止非法用户的攻击。

  如图2-9所示,某企业网络中,用户需要访问企业的服务器。如果某些非法用户从其他接口假冒服务器的MAC地址发送报文,则服务器的MAC地址将在其他接口学习到。这样用户发往服务器的报文就会发往非法用户,不仅会导致用户与服务器不能正常通信,还会导致一些重要用户信息被窃取。为防止非法用户伪造服务器MAC地址入侵Switch,在Switch上可配置MAC防漂移功能,设置合法用户的MAC学习优先级高于非法用户的MAC学习优先级,在非法用户攻击时就不会触发MAC地址出接口漂移。

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图2-9 MAC地址防漂移组网图

  2.2 通过MAC漂移检测快速发现环路

  在组网发生环路时,环路上的故障点一定存在MAC地址漂移现象。利用这一现象,可以快速的判断网络中是否存在环路。

  当设备出现如下现象时,可以开启MAC漂移检测功能,判断是否是环路导致的。

  • MAC地址表项时有时无
  • ping操作时通时不通
  • CPU使用率升高,出现超过阈值的告警

  MAC漂移检测功能相比其他环路检测功能的优点是配置简单。各类环路检测特性对比如表2-4所示。

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表2-4 环路检测特性比较

  2.3 通过MAC刷新ARP加快VRRP流量切换

  VRRP备份组下挂的设备是服务器时,使用MAC刷新ARP的功能,可以加快VRRP主备切换的性能,减少业务中断时间。

  虚拟路由冗余协议VRRP(Virtual Router Redundancy Protocol)通过把几台路由设备联合组成一台虚拟的路由设备,将虚拟网关设备的IP地址作为用户的默认网关实现与外部网络通信。当网关设备发生故障时,VRRP机制能够选举新的网关设备承担数据流量,从而保障网络的可靠通信。

  一般情况下,如图2-10所示用户HostA通过Switch双归属到SwitchA和SwitchB。在SwitchA和SwitchB上配置VRRP备份组,实现链路冗余备份。当SwitchA和Switch之间的连线坏掉时,MAC和ARP表项可以及时切换到Switch和SwitchB的连线上。

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图2-10 VRRP典型组网图

  而在有些情况下如图2-11,VRRP备份组下挂的设备,不是交换机而是服务器Server。Server发送报文时,一般情况下只会选择一个网口发包,当检测到网络故障或者流量异常时,切换到另外一个网口发包。

  • SwitchA为VRRP主设备,一开始服务器使用Port2发送报文,此时SwitchA学习到的服务器ARP表项和MAC表项都在Port2接口上,SwitchB学习的服务器MAC在Port1接口;
  • 当服务器检测到Port2故障时,服务器切换至Port1继续发送业务报文,这时SwitchA学习到的服务器MAC地址会刷新到Port1,但如果服务器切换转发接口后不主动发送ARP请求报文的话,ARP表项还是在Port2接口上。这样SwitchA发往服务器的报文就会从接口Port2接口发出去,而不能被正确转发,直到该ARP表项老化。

  这种情况下就可以在Switch上配置MAC刷新ARP功能,当MAC表项的出接口变化时,会即时更新ARP表项的出接口,从而保证MAC表项和ARP表项的一致性。

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图2-11 VRRP下挂服务器组网图

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  关于MAC地址配置示例,请期待下期内容:

  • 1. 配置静态MAC地址示例
  • 2. 配置黑洞MAC地址示例
  • 3. 配置基于接口的MAC地址学习限制示例
  • 4. 配置基于VLAN的MAC地址学习限制示例
  • 5. 配置基于VSI的MAC地址学习限制示例
  • 6. 配置MAC防漂移示例
  • 7. 配置MAC地址漂移检测示例

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