局域網(wǎng)新體系架構(gòu)設(shè)想

摘 要

本文著力于對局域網(wǎng)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，討論了局域網(wǎng)協(xié)議的工作原理，分析了形成ARP欺騙的原因，提出改變交換機(jī)工作原理采用輪詢技術(shù)獲取轉(zhuǎn)發(fā)地址的設(shè)想，在此基礎(chǔ)上提出了在二層不采用MAC地址轉(zhuǎn)發(fā)信息的技術(shù)，對于交換機(jī)技術(shù)改進(jìn)和性能提升給出了可行性探討。

【關(guān)鍵詞】MAC地址 輪詢技術(shù) 局域網(wǎng)協(xié)議體系

局域網(wǎng)自誕生以來，因其速度快，相互需求與依存度高而得到了廣泛的應(yīng)用。但也受到了ARP欺騙等問題困擾，糾其原因，是因為其協(xié)議原理要求造成的，解決這些問題，應(yīng)該從局域網(wǎng)的體系架構(gòu)上著手，采用新的協(xié)議體系。

1 局域網(wǎng)的基本架構(gòu)

當(dāng)今的局域網(wǎng)大都以交換機(jī)作為傳輸設(shè)備的，其一般性的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。作為交換機(jī)的SW1其它交換機(jī)都是根據(jù)MAC地址表進(jìn)行幀數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，在啟動伊始，其MAC地址表是空的，每當(dāng)有數(shù)據(jù)幀經(jīng)過，交換機(jī)就會將該幀數(shù)據(jù)的MAC地址和相應(yīng)的端口記錄下來形成一個表項，這個過程稱為自學(xué)習(xí)。

每個局域網(wǎng)里的終端也互相不知道對方的MAC地址，第一次發(fā)送前都要采用ARP協(xié)議問詢，以確定所發(fā)送的IP目標(biāo)其對應(yīng)的MAC地址，別有用心者（其它終端利用黑客程序）可以冒名回答，這就形成了ARP欺騙。

2 新型局域網(wǎng)協(xié)議體系構(gòu)想

2.1 交換機(jī)輪詢技術(shù)

消除ARP欺騙的一種可行技術(shù)是采用交換機(jī)輪詢，SW1啟動時對直接連在其端口上的PC1、PC2、SW2及網(wǎng)關(guān)路由器發(fā)包詢問，由于是一對一的問答，因此不會產(chǎn)生欺騙。當(dāng)然也可采用類似于NETSTAT這樣的命令直接對硬件進(jìn)行查詢，出現(xiàn)欺騙的可能性就會更小。同樣SW2也采用同樣的方法構(gòu)建自己的MAC地址表，然后相連的交換機(jī)（如圖1中的SW1和SW2）互相交換通知自己所連的終端和設(shè)備，形成完備的MAC地址表。最后，再制作一份ARP高速緩存表（如果是這樣，這一名稱也就失去意義，應(yīng)重新定義），發(fā)給和自己直接相連的終端及設(shè)備，每一個終端就了解網(wǎng)絡(luò)所連的其它終端了。

為了保證可靠性，交換機(jī)可以利用自己的工作間隙，定期硬件查詢并進(jìn)行刷新，通信就能一直順利完成。

2.2 取消MAC地址

該協(xié)議的進(jìn)一步拓展是取消MAC地址的使用，分析圖1的原理會發(fā)現(xiàn)經(jīng)過上述協(xié)議調(diào)整之后，交換機(jī)和終端中的信息具有絕對的一致性，因此可以考慮用端口號作為發(fā)送數(shù)據(jù)幀的依據(jù)。比如PC1的端口號是1號，由于這一消息來自交換機(jī)的集中探測，是準(zhǔn)確無誤的，沒有必要再用其MAC地址發(fā)送，讓交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)一次，而是可以直接發(fā)給1號端口就行了。

這樣一來幀結(jié)構(gòu)可以是三層的數(shù)據(jù)包加上一些幀定界信息，源MAC地址和目的MAC地址就不需要了，取而代之的是位數(shù)更少的端口號作為幀數(shù)據(jù)的傳輸依據(jù)和出錯重傳依據(jù)，由于地址長度少且不用查轉(zhuǎn)換表，轉(zhuǎn)發(fā)效率也會得到一定程度的提升。

如果交換機(jī)不僅和終端相連，還同時連接其它交換機(jī)時，情況就稍微復(fù)雜一些，此時轉(zhuǎn)發(fā)地址可以采用一個二元組（SN，PN）來表示，其中SN表示交換機(jī)號，PN表示端口號，下面對具體的解決方案做進(jìn)一步的研究。

以一個實際的案例來加以說明，本例中所采用的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)如圖1所示。拓展協(xié)議其工作情況應(yīng)該是這樣的，首先由各交換機(jī)獨(dú)自獲取其所連終端的IP地址和端口對應(yīng)關(guān)系，并形成一張形如表1的表格。

這張表格的前提是先將局域網(wǎng)中的交換機(jī)編號，這個只需要在交換機(jī)啟動時查詢一下其它交換機(jī)的號即可確定，然后由交換機(jī)操作系統(tǒng)中事先設(shè)置的DETECT程序去獲取IP地址和端口的對應(yīng)關(guān)系，并填入此表，各交換機(jī)間交換此表，形成一張局域網(wǎng)內(nèi)部全網(wǎng)的對應(yīng)關(guān)系表，將表發(fā)給全網(wǎng)中的各終端以便他們發(fā)送信息時用，而在交換機(jī)中形成一張轉(zhuǎn)發(fā)表，以便轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)時用。需要注意的是，交換機(jī)中的交換轉(zhuǎn)發(fā)用表要比終端中的記錄用表簡單很多，僅需記錄本交換機(jī)直連的終端和去其它交換機(jī)所要送達(dá)的端口即可，IP地址欄將會從信息中去除.

2.3 取消MAC地址的可行性

MAC地址的作用是解決數(shù)據(jù)鏈路層尋址問題，而它在實際應(yīng)用中并不是直接依據(jù)，而是為了確保數(shù)據(jù)發(fā)送到某一IP地址產(chǎn)生的一種轉(zhuǎn)換。在早期大量使用集線器的時候，這種轉(zhuǎn)換是必須的，否則無法確定某一網(wǎng)卡是否應(yīng)該接收到達(dá)的數(shù)據(jù)幀，但隨著交換技術(shù)的流行和普及，交換機(jī)可以確定地向某臺終端發(fā)送數(shù)據(jù)，其繼續(xù)存在就顯得沒有意義了。

3 結(jié)論

本文在對局域網(wǎng)中MAC地址的應(yīng)用及利弊進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，提出了以一個新的二元組（交換機(jī)號、端口號）作為局域網(wǎng)傳輸依據(jù)的新做法，給出了相應(yīng)的工作原理和可行性分析，對于消除ARP欺騙問題有決定性的效果，并由此產(chǎn)生的新型局域網(wǎng)協(xié)議架構(gòu)。

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作者簡介

王新風(fēng)（1964-），男，江蘇省南通市人。江蘇省淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)專業(yè)帶頭人，副教授。主要從事計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)理論、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)集成等領(lǐng)域的教學(xué)和研究。

作者單位

江蘇省淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 江蘇省淮安市 223003