以太網(wǎng)技術(shù)原理培訓(xùn)膠片-2006

1、HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTDHUAWEI Confidential Security Level: 以太網(wǎng)技術(shù)原理ISSUE 1.0HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 1l以太網(wǎng)是當(dāng)今應(yīng)用最廣泛的局域網(wǎng)技術(shù)HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 2學(xué)習(xí)指南l理解以太網(wǎng)技術(shù)原理，可以遵循兩個(gè)邏輯：以太網(wǎng)設(shè)備的發(fā)展和鏈路物理介質(zhì)速率提升HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential

2、Page 3參考資料lIEEE802.3lIEEE802.3ulIEEE802.3z lIEEE802.3ablIEEE802.3aeHUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 4l學(xué)習(xí)完此課程，您將會(huì)：了解以太網(wǎng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)掌握以太網(wǎng)技術(shù)原理和發(fā)展過程HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 5第第2 2章章 以太網(wǎng)技術(shù)原理以太網(wǎng)技術(shù)原理HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 6以太網(wǎng)的誕生l以太網(wǎng)最

3、初是由Xerox公司開發(fā)的一種基帶局域網(wǎng)技術(shù)，使用同軸電纜作為網(wǎng)絡(luò)媒體，采用載波多路訪問和碰撞檢測（CSMA/CD）機(jī)制,數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)到10Mbps。 l以太網(wǎng)被設(shè)計(jì)用來滿足非持續(xù)性網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?，而IEEE 802.3規(guī)范則是基于最初的以太網(wǎng)技術(shù)于1980年制定。以太網(wǎng)版本2.0由Digital Equipment Corporation、Intel和Xerox三家公司聯(lián)合開發(fā)，與IEEE 802.3規(guī)范相互兼容HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 7以太網(wǎng)與IEEE802.3（一）HUAWEI TECHNOLOGI

4、ES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 8以太網(wǎng)與IEEE802.3（二）HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 9IEEE802.3 線纜Name電纜最大區(qū)間長度10BASE-5粗同軸電纜500m10BASE-2細(xì)同軸電纜200m10BASE-T雙絞線100m10BASE-F光纖2000mHUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 10IEEE802.3連接方式10Base510Base210BaseT收發(fā)器收發(fā)器夾子夾子收發(fā)器

5、電纜收發(fā)器電纜芯芯連接器連接器雙絞線雙絞線 集線器集線器HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 11快速（100M）以太網(wǎng)l數(shù)據(jù)傳輸速率為100Mbps的快速以太網(wǎng)是一種高速局域網(wǎng)技術(shù)，能夠?yàn)樽烂嬗脩粢约胺?wù)器或者服務(wù)器集群等提供更高的網(wǎng)絡(luò)帶寬。 lIEEE為快速以太網(wǎng)制訂的標(biāo)準(zhǔn)為IEEE802.3uHUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 12IEEE802.3u的線纜HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidenti

6、al Page 13IEEE802.3u 的線纜長度名稱名稱線纜線纜最大段長最大段長優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)100Base-T4雙絞線100m使用3類線100Base-Tx雙絞線100m100Mbps 全雙工100Base-Fx 光纖2000m100Mbps 全雙工HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 14千兆以太網(wǎng)l千兆以太網(wǎng)是對IEEE802.3以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的擴(kuò)展，在基于以太網(wǎng)協(xié)議的基礎(chǔ)之上，將快速以太網(wǎng)的傳輸速率100Mbps提高了10倍，達(dá)到了1 Gbps。 l標(biāo)準(zhǔn)為IEEE802.3z（光纖與銅纜）和IEEE802.3ab（雙絞線）

7、HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 15IEEE802.3z的線纜標(biāo)準(zhǔn)l1000BaseLX是一種使用長波激光作信號(hào)源的網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)技術(shù)，在收發(fā)器上配置波長為1270-1355nm（一般為1300nm）的激光傳1270-1355nm（一般為1300nm）的激光傳輸器，既可以驅(qū)動(dòng)多模光纖，也可以驅(qū)動(dòng)單模光纖。l1000BaseSX是一種使用短波激光作為信號(hào)源的網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)技術(shù)，收發(fā)器上所配置的波長為770-860nm（一般為800nm）的激光傳輸器不支持單模光纖，只能驅(qū)動(dòng)多模光纖。 l1000BaseT使用的一種特殊規(guī)格的高質(zhì)量平衡

8、雙絞線對的屏蔽銅纜，最長有效距離為25米，使用9芯D型連接器連接電纜。HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 16IEEE802.3ab的線纜標(biāo)準(zhǔn)l1000BaseT是一種使用5類UTP作為網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)的千兆以太網(wǎng)技術(shù)，最長有效距離與100BASETX一樣可以達(dá)到100米。用戶可以采用這種技術(shù)在原有的快速以太網(wǎng)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)從100Mbps到1000Mbps的平滑升級(jí)。HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 17萬兆以太網(wǎng)l已經(jīng)開始部署，預(yù)計(jì)未來將有大規(guī)模的應(yīng)用l

9、標(biāo)準(zhǔn)為IEEE802.3ael網(wǎng)絡(luò)線纜只可以使用光纖l只有全雙工模式l創(chuàng)造了一些新的概念，例如光物理媒體相關(guān)子層(PDM)HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 18第第1 1章章 以太網(wǎng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 19第第2 2節(jié)節(jié) HUBHUB和和L2L2交換機(jī)的出現(xiàn)交換機(jī)的出現(xiàn)第第3 3節(jié)節(jié) VLANVLAN和和L3L3交換機(jī)的出現(xiàn)交換機(jī)的出現(xiàn)第第4 4節(jié)節(jié) GE/10GEGE/10GE以太網(wǎng)出現(xiàn)以太網(wǎng)出現(xiàn)HUAWEI

10、TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 20沖突的檢測：沖突的檢測：由于兩個(gè)站點(diǎn)同時(shí)發(fā)送信號(hào)，經(jīng)過疊加后，會(huì)使線路上電壓的擺由于兩個(gè)站點(diǎn)同時(shí)發(fā)送信號(hào)，經(jīng)過疊加后，會(huì)使線路上電壓的擺動(dòng)值超過正常值一倍。據(jù)此可判斷沖突的產(chǎn)生。動(dòng)值超過正常值一倍。據(jù)此可判斷沖突的產(chǎn)生。以太網(wǎng)原理-CSMA/CDlCS：載波偵聽。在發(fā)送數(shù)據(jù)之前進(jìn)行監(jiān)聽，以確保線路空閑，減少?zèng)_突的機(jī)會(huì)。lMA：多址訪問。每個(gè)站點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)，可以同時(shí)被多個(gè)站點(diǎn)接收。lCD：沖突檢測。邊發(fā)送邊檢測，發(fā)現(xiàn)沖突就停止發(fā)送，然后延遲一個(gè)隨機(jī)時(shí)間之后繼續(xù)發(fā)送。HUAWEI TECHNOLOGI

11、ES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 21你知道為什么IP地址不像MAC地址一樣做成固定的？以太網(wǎng)的MAC地址00e0.fc39.80341.M A C地址有4 8位，但它通常被表示為12位的點(diǎn)分十六進(jìn)制數(shù)。2.M A C地址全球唯一，由 I E E E對這些地址進(jìn)行管理和分配。每個(gè)地址由兩部分組成，分別是供應(yīng)商代碼和序列號(hào)。其中前2 4位二進(jìn)制代表該供應(yīng)商代碼。剩下的24位由廠商自己分配。3.如果48位全是1，則表明該地址是廣播地址。4.如果第8位是1，則表示該地址是組播地址。HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Conf

12、idential Page 22Ethernet_IIDMACSMACLength/TDATA/PADFCSLength/Type值含義Length/T 1500Length/T = 1500代表了該幀的類型代表了該幀的長度802.3以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu)HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 23第第1 1節(jié)節(jié) 以太網(wǎng)技術(shù)基本概念以太網(wǎng)技術(shù)基本概念第第3 3節(jié)節(jié) VLANVLAN和和L3L3交換機(jī)的出現(xiàn)交換機(jī)的出現(xiàn)第第4 4節(jié)節(jié) GE/10GEGE/10GE以太網(wǎng)出現(xiàn)以太網(wǎng)出現(xiàn)HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.

13、HUAWEI Confidential Page 24應(yīng)用層表示層會(huì)話層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層鏈路層物理層應(yīng)用層表示層會(huì)話層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層鏈路層物理層物理層物理層HUB注意：HUB僅僅是物理上的連接設(shè)備。傳統(tǒng)以太網(wǎng)連接設(shè)備HUBHUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 2512345INOUTOUTOUTOUTHUBHUB僅僅改變了以太網(wǎng)的物理拓?fù)鋬H僅改變了以太網(wǎng)的物理拓?fù)渌械腍UB都是半雙工的HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 26HUBLANLANLANLANLA

14、NHUBHUB對所連接的對所連接的LANLAN只做信號(hào)的中繼，所有的物理設(shè)備構(gòu)成了只做信號(hào)的中繼，所有的物理設(shè)備構(gòu)成了一個(gè)沖突域。一個(gè)沖突域。沖突域HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 27由由HUB組建以太網(wǎng)，依然是一種共享式以太網(wǎng)。組建以太網(wǎng)，依然是一種共享式以太網(wǎng)。由HUB組建以太網(wǎng)的實(shí)質(zhì)l實(shí)際上網(wǎng)絡(luò)中由HUB組建以太網(wǎng)，仍然存在以下缺陷： 沖突嚴(yán)重； 廣播泛濫；無任何安全性。HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 28L2工作模型應(yīng)用層表示層會(huì)話層傳

15、輸層網(wǎng)絡(luò)層鏈路層物理層會(huì)話層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層鏈路層物理層物理層物理層二層交換機(jī)鏈路層鏈路層表示層應(yīng)用層HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 29分段1分段2ABCPORT1PORT2D 交換機(jī)典型應(yīng)用交換機(jī)MAC地址所在端口MACA1MACB1MACC2MACD2基于源地址學(xué)習(xí)注意：注意：多播情況下，多播情況下，CAMCAM表項(xiàng)的建立不是通表項(xiàng)的建立不是通過學(xué)習(xí)得到的，而是通過過學(xué)習(xí)得到的，而是通過IGMPIGMP窺探，窺探，CGMPCGMP等協(xié)議獲得的。等協(xié)議獲得的。HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.H

16、UAWEI Confidential Page 30MAC地址所在端口MACA1MACB1MACC2MACD2MACDMACA.端口1MACDMACA.端口2基于目的地址轉(zhuǎn)發(fā)HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 31上述原則中存在三處嚴(yán)重的錯(cuò)誤，你知道是什么嗎？二層交換機(jī)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(xué)習(xí)），使用地址老化機(jī)制進(jìn)行地址表維護(hù)；l在MAC地址表中查找數(shù)據(jù)幀中的目的MAC地址，如果找到就將該數(shù)據(jù)幀發(fā)送到相應(yīng)的端口，如果找不到，就向所有的端口發(fā)送(除接收幀的

17、端口)；l向所有端口轉(zhuǎn)發(fā)廣播幀和多播幀。HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 32正確答案1.接收網(wǎng)段上的所有數(shù)據(jù)幀；2.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(xué)習(xí)），使用地址老化機(jī)制進(jìn)行地址表維護(hù)；3.在MAC地址表中查找數(shù)據(jù)幀中的目的MAC地址，如果找到就將該數(shù)據(jù)幀發(fā)送到相應(yīng)的端口（不包括源端口）；如果找不到，就向所有的端口發(fā)送（不包括源端口）；4.向所有端口轉(zhuǎn)發(fā)廣播幀和多播幀（不包括源端口）。你知道為什么有這樣的限制嗎？HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Conf

18、idential Page 33正確答案l從這個(gè)端口接收的報(bào)文，肯定被這個(gè)端口所在的網(wǎng)段已知，所以沒有必要從這個(gè)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?yàn)檫@樣一個(gè)報(bào)文會(huì)在網(wǎng)段中出現(xiàn)兩次。造成嚴(yán)重錯(cuò)誤HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 34三種交換模式l Cut-Through： 交換機(jī)接收到目的地址即開始轉(zhuǎn)發(fā)過程 延遲小 交換機(jī)不檢測錯(cuò)誤lStore-and-Forward： 交換機(jī)將全部內(nèi)容接收才開始轉(zhuǎn)發(fā)過程 延遲大 交換機(jī)檢測錯(cuò)誤，不會(huì)有錯(cuò)包 lFrag-free： 交換機(jī)接收完數(shù)據(jù)包的前64字

19、節(jié)（一個(gè)最短幀長度），然后根據(jù)頭信息查表轉(zhuǎn)發(fā)。 結(jié)合了直通方式和存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式的優(yōu)點(diǎn)。HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 35全雙工簡述l實(shí)現(xiàn)全雙工的物質(zhì)保證l全雙工對以太網(wǎng)技術(shù)的影響l支持全雙工的設(shè)備HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 36雙工方式運(yùn)行速率全雙工半雙工10M100M1000M10G自動(dòng)協(xié)商HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 37雙工模式運(yùn)行速率100M10M全雙工半

20、雙工運(yùn)行速率雙工模式100M10M全雙工半雙工協(xié)商原則HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 38SWITCHLANLANLANLANLAN 沖突域廣播域L2對所接收到的數(shù)據(jù)幀根據(jù)MAC地址進(jìn)行二層轉(zhuǎn)發(fā)，沖突域被限制到了一個(gè)端口上。但是無法限制廣播域的大小。廣播域 沖突域 沖突域 沖突域 沖突域HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 39其中廣播泛濫嚴(yán)重是L2以太網(wǎng)的主要缺點(diǎn)為什么使用L2會(huì)在一定程度上提高以太網(wǎng)的安全性？全雙工和L2交換機(jī)的缺點(diǎn)l全雙工和L2

21、帶來了以太網(wǎng)兩次重大飛躍，徹底解決了困擾以太網(wǎng)的沖突問題，極大的改進(jìn)了以太網(wǎng)的性能。并且以太網(wǎng)的安全性也有所提高。但以太網(wǎng)存在如下缺點(diǎn)：廣播泛濫安全性仍舊無法得到有效的保證HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 40第第1 1節(jié)節(jié) 以太網(wǎng)技術(shù)基本概念以太網(wǎng)技術(shù)基本概念第第2 2節(jié)節(jié) HUBHUB和和L2L2交換機(jī)的出現(xiàn)交換機(jī)的出現(xiàn)第第4 4節(jié)節(jié) GE/10GEGE/10GE以太網(wǎng)出現(xiàn)以太網(wǎng)出現(xiàn)HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 41SWITCH工程部市場部

22、銷售部10.110.10.010.110.20.010.110.30.012985實(shí)現(xiàn)簡單，但只能適用于一臺(tái)交換機(jī)VLAN的起源基于端口分組l解決廣播泛濫問題的主導(dǎo)思想：將沒有互訪需求的主機(jī)隔離開HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 42我有個(gè)辦法，你看行嗎 讓VLAN只限制廣播報(bào)文，不限制單播報(bào)文！VLAN技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)lVLAN技術(shù)成功的解決了廣播問題，并且使以太網(wǎng)的安全性有了進(jìn)一步的提高，此時(shí)的以太網(wǎng)技術(shù)趨于完美。l但VLAN技術(shù)也有缺點(diǎn)：使用VLAN來劃分網(wǎng)絡(luò)后，網(wǎng)絡(luò)的效率提高不少，可是本來不需要相互訪問的兩個(gè)部門

23、，現(xiàn)在又要少量的訪問需求，該怎么辦到呢？HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 43SWITCH工程部VLAN市場部VLAN銷售部VLAN10.110.10.010.110.20.010.110.30.0前提：VLAN和IP子網(wǎng)間是一對一的關(guān)系缺點(diǎn)：每個(gè)VLAN需要占用一個(gè)路由器的端口； 不同VLAN中的主機(jī)需配置不同的缺省網(wǎng)關(guān)解決辦法（一）l使用路由器連接不同的VLANHUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 44SWITCH工程部VLAN市場部VLAN銷售部

24、VLAN10.110.10.010.110.20.010.110.30.0前提：VLAN和IP子網(wǎng)間是一對一的關(guān)系解決辦法（二）-單臂路由l使用支持VLAN屬性的路由器連接不同的VLANHUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 45傳統(tǒng)路由器整機(jī)64字節(jié)包轉(zhuǎn)發(fā)能力通常100,100ppsLANSwitch單個(gè)100M端口64字節(jié)包轉(zhuǎn)發(fā)能力148,810pps（L2+路由器）模式的缺陷1.需要多個(gè)設(shè)備，組網(wǎng)復(fù)雜；2.VLAN間通信通過路由器完成；3.路由器價(jià)格昂貴，速率較低。SWITCH工程部VLAN市場部VLAN銷售部VLAN1

25、0.110.10.010.110.20.010.110.30.0HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 46前提：VLAN和IP子網(wǎng)間是一對一的關(guān)系解決辦法（三）l將路由器和交換機(jī)合成一個(gè)設(shè)備三層交換機(jī)SWITCH工程部VLAN市場部VLAN銷售部VLAN10.110.10.010.110.20.010.110.30.0HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 47什么是三層交換機(jī)l在邏輯上，三層交換和路由是等同的，三層交換的過程就是IP報(bào)文選路的過程。l三層交

26、換機(jī)與路由器在轉(zhuǎn)發(fā)操作上的主要區(qū)別在于其實(shí)現(xiàn)的方式：三層交換機(jī)通過硬件實(shí)現(xiàn)查找和轉(zhuǎn)發(fā)；傳統(tǒng)路由器通過微處理器上運(yùn)行的軟件實(shí)現(xiàn)查找和轉(zhuǎn)發(fā)；三層交換機(jī)的轉(zhuǎn)發(fā)路由表與路由器一樣，需要軟件通過路由協(xié)議來建立和維護(hù)。l在局域網(wǎng)中引入三層交換：能夠更加經(jīng)濟(jì)的替代傳統(tǒng)路由器。HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 48三層交換機(jī)的應(yīng)用l三層交換機(jī)特別適合下面這樣的組網(wǎng)幾乎全以太網(wǎng)接口路由比較穩(wěn)定，變化比較少HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 49低端的路由器和L3的區(qū)別

27、項(xiàng)目項(xiàng)目路由器路由器三層交換機(jī)三層交換機(jī)端口類型非常豐富，幾乎可以支持所有通信端口比較單一，主要支持以太網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)實(shí)現(xiàn)途徑主要以CPU加軟件實(shí)現(xiàn)為主。由硬件ASIC實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)路由算法最長匹配第一包路由，以后做精確匹配包轉(zhuǎn)發(fā)率低高（命中）或者更低（沒命中）成本高低對路由變化的適應(yīng)能力強(qiáng)弱二層交換不支持支持HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 50二個(gè)問題l為什么L3不增強(qiáng)對路由變化的適應(yīng)能力？答：必須使用更昂貴的CPU，成本增高。l為什么路由器不使用L3的硬件轉(zhuǎn)發(fā)？答：廣域網(wǎng)路由太多，且不固定，CACHE命中率太低。HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 51L3交換機(jī)仍有不足之處lL3交換機(jī)仍有不足之處：L3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。HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidentia