光網(wǎng)絡產(chǎn)品課程開發(fā)室以太網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)教材

1、TB000003以太網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)ISSUE1.0光網(wǎng)絡產(chǎn)品課程開發(fā)室光網(wǎng)絡產(chǎn)品課程開發(fā)室引入引入ET1單板可以使OptiX 2500+(Metro3000)產(chǎn)品具有直接接入數(shù)據(jù)業(yè)務的功能，從而將現(xiàn)有的 SDH 網(wǎng)升級為可以傳送以太網(wǎng)業(yè)務的SDH網(wǎng)絡 。為了使大家能更好地掌握ET1單板以太網(wǎng)業(yè)務配置的原理，我們先要學習一些以太網(wǎng)的基礎(chǔ)知識和基本概念。學習目標學習目標l了解以太網(wǎng)發(fā)展的過程了解以太網(wǎng)發(fā)展的過程l掌握以太網(wǎng)發(fā)展的各個階段的網(wǎng)絡掌握以太網(wǎng)發(fā)展的各個階段的網(wǎng)絡特性的優(yōu)點、缺點特性的優(yōu)點、缺點學習完本課程，您應該能夠：學習完本課程，您應該能夠：參考資料參考資料l以太網(wǎng)技術(shù)以太網(wǎng)技術(shù)lVLAN

2、基礎(chǔ)基礎(chǔ)l生成樹協(xié)議原理及配置生成樹協(xié)議原理及配置以太網(wǎng)基礎(chǔ)知識l以太網(wǎng)起源（原始社會）以太網(wǎng)起源（原始社會）lHUBHUB出現(xiàn)（奴隸社會）出現(xiàn)（奴隸社會）lL2L2出現(xiàn)（封建社會）出現(xiàn)（封建社會）lVLANVLAN出現(xiàn)（資本主義社會）出現(xiàn)（資本主義社會）lL3L3出現(xiàn)（社會主義社會）出現(xiàn)（社會主義社會）lGE/10GE GE/10GE 出現(xiàn)（未來社會）出現(xiàn)（未來社會）以太網(wǎng)起源以太網(wǎng)通信的原則：以太網(wǎng)通信的原則： 同一時刻只能有一臺主機在發(fā)送，但可以有多臺主機同時接收廣播； 如果一個以太網(wǎng)報文被完全發(fā)送出去，則在鏈路上肯定不會發(fā)生沖突，即理論上不再需要發(fā)送第二次。以太網(wǎng)起源原始社會的主要矛盾

3、原始社會的主要矛盾原始社會中沒有階級關(guān)系，所有的主機都以平等的地位連接到同原始社會中沒有階級關(guān)系，所有的主機都以平等的地位連接到同軸電纜上，但如果以太網(wǎng)中主機數(shù)目較多，則存在以下嚴重問題：軸電纜上，但如果以太網(wǎng)中主機數(shù)目較多，則存在以下嚴重問題： l介質(zhì)可靠性差介質(zhì)可靠性差l沖突嚴重沖突嚴重l 廣播泛濫廣播泛濫l 無任何安全性無任何安全性其中介質(zhì)可靠性差是原始社會的主要社會矛盾，當時的社會生產(chǎn)力異常低下。以太網(wǎng)基礎(chǔ)知識l以太網(wǎng)起源（原始社會）以太網(wǎng)起源（原始社會）lHUBHUB出現(xiàn)（奴隸社會）出現(xiàn)（奴隸社會）lL2L2出現(xiàn)（封建社會）出現(xiàn)（封建社會）lVLANVLAN出現(xiàn)（資本主義社會）出現(xiàn)（

4、資本主義社會）lL3L3出現(xiàn)（社會主義社會）出現(xiàn)（社會主義社會）lGE/10GE GE/10GE 出現(xiàn)（未來社會）出現(xiàn)（未來社會）HUB出現(xiàn)從同軸電纜到雙絞線：從同軸電纜到雙絞線：l 80年代末期，非屏蔽雙絞線（UTP）出現(xiàn)，并迅速得到廣泛的應用。UTP的巨大優(yōu)勢在于：l價格低廉，只有同軸電纜的幾分之一；l制作簡單，成功率高；l收發(fā)使用不同的線纜，為實現(xiàn)全雙工奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)；l邏輯拓撲依舊是總線的，但物理拓撲變?yōu)樾切?，使單段線纜的故障不會影響到這個網(wǎng)絡。HUB出現(xiàn)傳統(tǒng)以太網(wǎng)連接設(shè)備傳統(tǒng)以太網(wǎng)連接設(shè)備HUB設(shè)備工作模型設(shè)備工作模型：僅僅是物理上的連接設(shè)備應用層表示層會話層傳輸層網(wǎng)絡層鏈路層物理層

5、應用層表示層會話層傳輸層網(wǎng)絡層鏈路層物理層物理層物理層H U BHUB出現(xiàn)12345I NO U TO U TO U TO U T傳統(tǒng)以太網(wǎng)連接設(shè)備傳統(tǒng)以太網(wǎng)連接設(shè)備HUB設(shè)備工作原理設(shè)備工作原理：所有的HUB都是半雙工的HUB僅僅改變了以太網(wǎng)的物理拓撲HUB出現(xiàn)HUB的沖突域：的沖突域：HUB對所連接的LAN只做信號的中繼，所有的物理設(shè)備構(gòu)成了一個沖突域。HUB出現(xiàn)HUB （奴隸社會）的主要矛盾（奴隸社會）的主要矛盾從奴隸社會開始，以太網(wǎng)中第一次出現(xiàn)了階級的概念：統(tǒng)治階級和從奴隸社會開始，以太網(wǎng)中第一次出現(xiàn)了階級的概念：統(tǒng)治階級和被統(tǒng)治階級。被統(tǒng)治階級通常是生產(chǎn)者（主機），網(wǎng)絡中的流量被統(tǒng)治

6、階級。被統(tǒng)治階級通常是生產(chǎn)者（主機），網(wǎng)絡中的流量只要由生產(chǎn)者產(chǎn)生。統(tǒng)治階級通常指網(wǎng)絡中的連接和交換設(shè)備只要由生產(chǎn)者產(chǎn)生。統(tǒng)治階級通常指網(wǎng)絡中的連接和交換設(shè)備（HUB），雖然他們不從事生產(chǎn)勞動，但卻對勞動果實有分配權(quán)。），雖然他們不從事生產(chǎn)勞動，但卻對勞動果實有分配權(quán)。奴隸社會存在如下社會矛盾：奴隸社會存在如下社會矛盾：l沖突嚴重沖突嚴重l 廣播泛濫廣播泛濫l 無任何安全性無任何安全性其中沖突嚴重是奴隸社會的主要社會矛盾，當時的社會生產(chǎn)力非常低下。以太網(wǎng)基礎(chǔ)知識l以太網(wǎng)起源（原始社會）以太網(wǎng)起源（原始社會）lHUBHUB出現(xiàn)（奴隸社會）出現(xiàn)（奴隸社會）lL2L2出現(xiàn)（封建社會）出現(xiàn)（封建社會）

7、lVLANVLAN出現(xiàn)（資本主義社會）出現(xiàn)（資本主義社會）lL3L3出現(xiàn)（社會主義社會）出現(xiàn)（社會主義社會）lGE/10GE GE/10GE 出現(xiàn)（未來社會）出現(xiàn)（未來社會）L2出現(xiàn)BRIDGE/以太網(wǎng)交換機以太網(wǎng)交換機/L2設(shè)備工作模型設(shè)備工作模型：應用層表示層會話層傳輸層網(wǎng)絡層鏈路層物理層會話層傳輸層網(wǎng)絡層鏈路層物理層物理層物理層BRI D G E鏈路層鏈路層表示層應用層L2出現(xiàn)二層交換機原理：二層交換機原理：l接收網(wǎng)段上的所有數(shù)據(jù)幀；l利用接收數(shù)據(jù)幀中的源MAC地址來建立MAC地址表（源地址自學習），使用地址老化機制進行地址表維護；l在MAC地址表中查找數(shù)據(jù)幀中的目的MAC地址，如果找到

8、就將該數(shù)據(jù)幀發(fā)送到相應的端口（不包括源端口），如果找不到，就向所有的端口（不包括源端口）發(fā)送；l向所有端口（不包括源端口）轉(zhuǎn)發(fā)廣播幀和多播幀。問題問題l為什么向所有的端口發(fā)送數(shù)據(jù)幀時不包含源端口呢？解答解答l不向源端發(fā)送，是為了防止廣播風暴。l原因原因:從這個端口接收的報文，肯定被這個端口所在的網(wǎng)段已知，所以沒有必要從這個端口再發(fā)送一遍。l不僅僅是沒有必要的問題，而是一定不能再發(fā)送，因為這樣一個報文會在網(wǎng)段中出現(xiàn)兩次。造成嚴重錯誤。L2出現(xiàn)二層交換機硬件結(jié)構(gòu)：二層交換機硬件結(jié)構(gòu)：L2的轉(zhuǎn)發(fā)完全由硬件通過ASIC實現(xiàn)。L2出現(xiàn)全雙工就是解放生產(chǎn)力全雙工就是解放生產(chǎn)力 ：l實現(xiàn)全雙工的物質(zhì)保證：實

9、現(xiàn)全雙工的物質(zhì)保證：支持全雙工的網(wǎng)卡芯片收發(fā)線路完全分離支持全雙工的網(wǎng)卡芯片收發(fā)線路完全分離物理介質(zhì)點到點的連接（物理介質(zhì)點到點的連接（HUB都是半雙工的）。都是半雙工的）。 l全雙工對以太網(wǎng)技術(shù)的影響：全雙工對以太網(wǎng)技術(shù)的影響：最大吞吐量達到雙倍速率；從根本上解決了以太網(wǎng)的沖突問最大吞吐量達到雙倍速率；從根本上解決了以太網(wǎng)的沖突問題，以太網(wǎng)從此告別題，以太網(wǎng)從此告別CSMA/CD。l支持全雙工的設(shè)備：支持全雙工的設(shè)備：最近最近10年制造的網(wǎng)卡、年制造的網(wǎng)卡、L2、路由器，、路由器，HUB除外。除外。L2出現(xiàn)生成樹協(xié)議生成樹協(xié)議(STP)解決環(huán)路問題：解決環(huán)路問題：通過阻斷冗余鏈路來消除橋接網(wǎng)

10、絡中可能存在的路徑回環(huán)。通過阻斷冗余鏈路來消除橋接網(wǎng)絡中可能存在的路徑回環(huán)。當前活動路徑發(fā)生故障時激活冗余備份鏈路恢復網(wǎng)絡連通性。當前活動路徑發(fā)生故障時激活冗余備份鏈路恢復網(wǎng)絡連通性。LAN ALAN DLAN CLAN BROOTLAN EL2出現(xiàn)沖突域：沖突域：L2對所接收到的數(shù)據(jù)幀根據(jù)對所接收到的數(shù)據(jù)幀根據(jù)MAC地址進行二層轉(zhuǎn)發(fā)，沖突域被限制到地址進行二層轉(zhuǎn)發(fā)，沖突域被限制到了一個端口上。但是無法限制廣播域的大小。了一個端口上。但是無法限制廣播域的大小。L2出現(xiàn)L2（封建社會）的主要矛盾（封建社會）的主要矛盾在封建社會中，全雙工和在封建社會中，全雙工和L2帶來了以太網(wǎng)社會生產(chǎn)力的兩次重帶

11、來了以太網(wǎng)社會生產(chǎn)力的兩次重大飛躍，徹底解決了困擾以太網(wǎng)的沖突問題，極大的促進了社大飛躍，徹底解決了困擾以太網(wǎng)的沖突問題，極大的促進了社會進步。并且以太網(wǎng)的安全性也有所提高。但封建社會仍舊存會進步。并且以太網(wǎng)的安全性也有所提高。但封建社會仍舊存在如下社會矛盾：在如下社會矛盾：l 廣播泛濫廣播泛濫l安全性仍舊無法得到有效的保證安全性仍舊無法得到有效的保證其中廣播泛濫嚴重是封建社會的主要社會矛盾。以太網(wǎng)基礎(chǔ)知識l以太網(wǎng)起源（原始社會）以太網(wǎng)起源（原始社會）lHUBHUB出現(xiàn)（奴隸社會）出現(xiàn)（奴隸社會）lL2L2出現(xiàn)（封建社會）出現(xiàn)（封建社會）lVLANVLAN出現(xiàn)（資本主義社會）出現(xiàn)（資本主義社會

12、）lL3L3出現(xiàn)（社會主義社會）出現(xiàn)（社會主義社會）lGE/10GE GE/10GE 出現(xiàn)（未來社會）出現(xiàn)（未來社會）VLAN出現(xiàn)VLAN的起源的起源基于端口分組：基于端口分組：解決廣播泛濫問題的主導思想：將沒有互訪需求的主機隔離開。解決廣播泛濫問題的主導思想：將沒有互訪需求的主機隔離開。特點：特點：實現(xiàn)簡單，但只能適用于一臺交換機。實現(xiàn)簡單，但只能適用于一臺交換機。SW I TCH工程部市場部銷售部10. 110. 10. 010. 110. 20. 010. 110. 30. 012985VLAN出現(xiàn)多個交換機多個交換機劃分劃分VLAN ：特點：特點：必須有統(tǒng)一的標準必須有統(tǒng)一的標準VLA

13、N。SW I TCH工程部VLAN市場部VLAN銷售部VLAN129852985VLAN出現(xiàn)VLAN的標準：的標準：IEEE 802.1Q ：VLAN ID 12bits 范圍：（范圍：（04095）正是這正是這12bits徹底改變了傳統(tǒng)的以太網(wǎng)。徹底改變了傳統(tǒng)的以太網(wǎng)。TPI D = 0 x8100PVLAN I DVLAN出現(xiàn)VLAN的劃分：的劃分：根據(jù)使用策略不同， VLAN可以分為：l基于端口劃分的VLANl基于MAC地址劃分的VLANl基于網(wǎng)絡層協(xié)議劃分的VLAN l基于IP組播的VLANl基于組合策略的VLANVLAN出現(xiàn)以太網(wǎng)設(shè)備與以太網(wǎng)設(shè)備與802.1Q幀：幀：以太網(wǎng)中的哪些設(shè)

14、備識別802.1Q幀格式？網(wǎng)絡終端用戶設(shè)備 （如安裝了以太網(wǎng)卡的計算機）網(wǎng)絡交換互連設(shè)備 （如以太網(wǎng)交換機）VLAN出現(xiàn)以太網(wǎng)交換機的端口分類：以太網(wǎng)交換機的端口分類：Access/Untagged/端口：如果以太網(wǎng)交換機的某個端口所連的設(shè)備（通常連接的是主機）都不識別802.1Q幀，那么該端口就是Access端口。Trunk/Tag Aware/Tagged/端口：如果以太網(wǎng)交換機的某個端口所連的設(shè)備（通常連接L2）可以識別802.1Q幀，那么該端口就是Trunk端口。VLAN出現(xiàn)三個三個ID ：lVID：以太網(wǎng)幀中所攜帶的表示該幀所屬的以太網(wǎng)幀中所攜帶的表示該幀所屬的VLAN的的ID，（就

15、是改變以太網(wǎng)世界的那（就是改變以太網(wǎng)世界的那12個個bit）。）。 lPVID：L2上的所有端口（包括上的所有端口（包括Acess和和Trunk），必須指明屬于哪），必須指明屬于哪個個VLAN。lTrunk allow Vlan ID ：在在Trunk端口上，必須標識出允許那些端口上，必須標識出允許那些vlan通過。通過。VLAN出現(xiàn)三大紀律：三大紀律：UNTAGGED端口不能接端口不能接TAGGED端口。端口。兩個相連的兩個相連的TAGGED端口的端口的PVID值要求一致。值要求一致。 與不支持與不支持802.1Q的設(shè)備相連的端口不能是的設(shè)備相連的端口不能是TAGGED端口。端口。VLAN出

16、現(xiàn)VLAN （資本主義社會）的主要矛盾（資本主義社會）的主要矛盾在資本主義社會中，在資本主義社會中，VLAN技術(shù)成功地解決了廣播問題，并且使技術(shù)成功地解決了廣播問題，并且使以太網(wǎng)的安全性有了進一步的提高，此時的以太網(wǎng)技術(shù)趨于完以太網(wǎng)的安全性有了進一步的提高，此時的以太網(wǎng)技術(shù)趨于完美，社會生產(chǎn)力極大提高，社會物質(zhì)生產(chǎn)空前繁榮。但資本主美，社會生產(chǎn)力極大提高，社會物質(zhì)生產(chǎn)空前繁榮。但資本主義社會仍舊存在如下社會矛盾：義社會仍舊存在如下社會矛盾：l人民群眾日益增長的過量物質(zhì)文化需求與落后的社會生產(chǎn)力之人民群眾日益增長的過量物質(zhì)文化需求與落后的社會生產(chǎn)力之間的矛盾間的矛盾例如：使用VLAN來劃分網(wǎng)絡后

17、，網(wǎng)絡的效率提高不少，可是本來不需要相互訪問的兩個部門，現(xiàn)在又要少量的訪問需求，該怎么辦到呢？VLAN出現(xiàn)解決辦法解決辦法使用路由器連接不同的使用路由器連接不同的VLAN前提：前提：VLAN和和IP子網(wǎng)間是一對一的關(guān)系。子網(wǎng)間是一對一的關(guān)系。SW I TC H工程部VLA N市場部VLA N銷售部VLA N10. 110. 10. 010. 110. 20. 010. 110. 30. 0以太網(wǎng)基礎(chǔ)知識l以太網(wǎng)起源（原始社會）以太網(wǎng)起源（原始社會）lHUBHUB出現(xiàn)（奴隸社會）出現(xiàn)（奴隸社會）lL2L2出現(xiàn)（封建社會）出現(xiàn)（封建社會）lVLANVLAN出現(xiàn)（資本主義社會）出現(xiàn)（資本主義社會）l

18、L3L3出現(xiàn)（社會主義社會）出現(xiàn)（社會主義社會）lGE/10GE GE/10GE 出現(xiàn)（未來社會）出現(xiàn)（未來社會）L3出現(xiàn)三層交換機功能模型：三層交換機功能模型：l三層交換機功能上相當于右圖中大方框中的部分l三層交換機把支持VLAN的二層交換機和路由器的功能集成在一起了，因此常常稱之為二三層交換機l二層交換機的功能和路由器的功能，在三層交換機中分別體現(xiàn)為二層VLAN轉(zhuǎn)發(fā)引擎和三層轉(zhuǎn)發(fā)引擎兩個部分l二層VLAN引擎與支持VLAN的二層交換機的二層轉(zhuǎn)發(fā)引擎是相同的，是用硬件支持多個VLAN的二層轉(zhuǎn)發(fā)l三層轉(zhuǎn)發(fā)引擎使用硬件ASIC技術(shù)實現(xiàn)高速的IP轉(zhuǎn)發(fā)l對應到IP網(wǎng)絡模型中，每個VLAN對應一個IP

19、網(wǎng)段，三層交換機中的三層轉(zhuǎn)發(fā)引擎在各個網(wǎng)段（VLAN）間轉(zhuǎn)發(fā)報文，實現(xiàn)VLAN之間的互通，因此三層交換機的路由功能通常叫做VLAN間路由（Inter-VLAN Routing）L3出現(xiàn)L3 （社會主義社會）的主要矛盾（社會主義社會）的主要矛盾L3在這場斗爭中，失去只是局域網(wǎng)的枷鎖，得到的卻是整個在這場斗爭中，失去只是局域網(wǎng)的枷鎖，得到的卻是整個internetL3雖然幾乎具備了路由器的所有功能，但在走向廣域網(wǎng)的過程中卻遇到了廣域網(wǎng)接口帶寬不足，路由性能低下的尷尬。以太網(wǎng)基礎(chǔ)知識l以太網(wǎng)起源（原始社會）以太網(wǎng)起源（原始社會）lHUBHUB出現(xiàn)（奴隸社會）出現(xiàn)（奴隸社會）lL2L2出現(xiàn)（封建社會）出現(xiàn)（封建社會）lVLANVLAN出現(xiàn)（資本主義社會）出現(xiàn)（資本主義社會）lL3L3出現(xiàn)（社會主義社會）出現(xiàn)（社會主義社會）lGE/10GE GE/10GE 出現(xiàn)（未來社會）出現(xiàn)（未來社會）GE/10GE出現(xiàn)千兆以太網(wǎng)：千兆以太網(wǎng)：IISDATAEI.I IDLE有序集SStart_Of_PacketEEnd_Of_Packetl千兆以太網(wǎng)物理層有序集lSt