Cisco CCIE R-S V5.0 課程：第一學(xué)期-第5章 以太網(wǎng)

第5章:以太網(wǎng)

Ethernet第一學(xué)期：網(wǎng)絡(luò)簡介IntroductiontoNetworks學(xué)習(xí)目標(biāo)描述以太網(wǎng)子層的操作。識別以太網(wǎng)幀的主要字段。描述以太網(wǎng)MAC地址的用途和特征。比較MAC地址和IP地址的作用。描述ARP的用途。解釋ARP請求如何影響網(wǎng)絡(luò)和主機(jī)性能。解釋基本的交換概念。比較固定配置和模塊化交換機(jī)。配置第3層交換機(jī)。第5章以太網(wǎng)5.0簡介5.1以太網(wǎng)協(xié)議5.2地址解析協(xié)議5.3LAN交換機(jī)5.4總結(jié)5.1以太網(wǎng)協(xié)議

EthernetProtocol以太網(wǎng)工作原理

LLC和MAC子層以太網(wǎng)–使用最廣泛的LAN技術(shù)

在數(shù)據(jù)鏈路層和物理層運(yùn)行

是IEEE802.2和802.3標(biāo)準(zhǔn)中定義的一系列網(wǎng)絡(luò)技術(shù)支持的數(shù)據(jù)帶寬包括10、100、1000、10,000、40,000和100,000Mbps(100Gbps)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)

–定義第2層協(xié)議和第1層技術(shù)

依靠數(shù)據(jù)鏈路層的兩個單獨(dú)子層運(yùn)行-邏輯鏈路控制(LLC)和MAC子層。以太網(wǎng)工作原理

LLC和MAC子層以太網(wǎng)工作原理

LLC和MAC子層以太網(wǎng)工作原理

LLC和MAC子層LLC處理上層和下層之間的通信獲取網(wǎng)絡(luò)協(xié)議數(shù)據(jù)并加入控制信息，以幫助將數(shù)據(jù)包傳送到目的地

MAC構(gòu)成數(shù)據(jù)鏈路層的較低子層由硬件實(shí)施，通常在計算機(jī)網(wǎng)卡中實(shí)施兩項(xiàng)主要職責(zé)：

數(shù)據(jù)封裝

介質(zhì)訪問控制以太網(wǎng)工作原理

MAC子層以太網(wǎng)工作原理

MAC子層數(shù)據(jù)封裝發(fā)送前的幀組裝和收到幀時的幀解析MAC層向網(wǎng)絡(luò)層PDU添加報頭和報尾提供三個主要功能幀定界–確定構(gòu)成幀的一組位，并對發(fā)送節(jié)點(diǎn)與接收節(jié)點(diǎn)進(jìn)行同步尋址–幀中加入的每個以太網(wǎng)幀頭都含有物理地址（MAC地址），使幀能夠傳送到目的節(jié)點(diǎn)錯誤檢測–每個以太網(wǎng)幀都包含幀尾，其中含有幀內(nèi)容的循環(huán)冗余校驗(yàn)(CRC)以太網(wǎng)工作原理

MAC子層介質(zhì)訪問控制負(fù)責(zé)在介質(zhì)上放置幀和從介質(zhì)上移除幀與物理層直接通信如果單個介質(zhì)上的多個設(shè)備同時嘗試轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，則數(shù)據(jù)將發(fā)生沖突，導(dǎo)致數(shù)據(jù)損壞或不可用。以太網(wǎng)通過使用載波偵聽多路訪問(CSMA)技術(shù)提供一種方法來控制節(jié)點(diǎn)共享訪問的方式。以太網(wǎng)工作原理

介質(zhì)訪問控制載波偵聽多路訪問

(CSMA)過程用于首先檢測介質(zhì)是否正在傳送信號如果未檢測到載波信號，則設(shè)備開始傳輸數(shù)據(jù)如果兩臺設(shè)備同時傳輸-

數(shù)據(jù)沖突以太網(wǎng)工作原理

介質(zhì)訪問控制兩種常用方法為：載波偵聽多路訪問/沖突檢測

(CSMA/CD)設(shè)備監(jiān)控介質(zhì)中是否存在數(shù)據(jù)信號若無數(shù)據(jù)信號，則表示介質(zhì)處于空閑狀態(tài)，設(shè)備可傳輸數(shù)據(jù)如果隨后檢測到另一設(shè)備此時正在進(jìn)行傳輸，所有設(shè)備將停止發(fā)送并在稍后重試雖然以太網(wǎng)絡(luò)在設(shè)計時要求使用CSMA/CD技術(shù)，但使用現(xiàn)在的中間設(shè)備，并不會發(fā)生沖突而且CSMA/CD所采用的過程也毫無必要以太網(wǎng)工作原理

介質(zhì)訪問控制CSMA/沖突避免(CSMA/CA)設(shè)備會檢查介質(zhì)中是否存在數(shù)據(jù)信號-如果介質(zhì)空閑，則設(shè)備將通過它想要使用的介質(zhì)發(fā)送通知然后，設(shè)備開始發(fā)送數(shù)據(jù)。由802.11無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)使用以太網(wǎng)工作原理

MAC地址：以太網(wǎng)身份第2層以太網(wǎng)MAC地址是一種表示為12個十六進(jìn)制數(shù)字的48位二進(jìn)制值。IEEE

要求廠商遵守兩條簡單的規(guī)定：必須使用該供應(yīng)商分配的OUI作為前3個字節(jié)OUI相同的所有MAC地址的最后3個字節(jié)必須分配唯一的值以太網(wǎng)工作原理

幀處理以太網(wǎng)工作原理

幀處理為工作站、服務(wù)器、打印機(jī)、交換機(jī)和路由器分配的MAC地址

MAC地址示例：

00-05-9A-3C-78-00、

00:05:9A:3C:78:00,或

0005.9A3C.7800將消息轉(zhuǎn)發(fā)到以太網(wǎng)絡(luò)，向數(shù)據(jù)包中添加報頭信息

，包含源MAC地址和目的MAC地址每個網(wǎng)卡都會查看信息，以確定幀中的目的MAC地址是否與設(shè)備RAM中存儲的物理MAC地址匹配：如果不匹配，則設(shè)備將丟棄此幀如果與幀中的目的MAC匹配，則網(wǎng)卡會將幀向上傳送到OSI層進(jìn)行解封處理以太網(wǎng)幀屬性

以太網(wǎng)封裝以太網(wǎng)的早期版本速度非常慢，只有

10Mbps現(xiàn)在的運(yùn)行速度已經(jīng)超過每秒10千兆（吉比特）以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu)向第3層PDU添加幀頭和幀尾來封裝所發(fā)送的報文以太網(wǎng)幀屬性

以太網(wǎng)幀大小以太網(wǎng)II標(biāo)準(zhǔn)和IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)將最小的幀定義為64個字節(jié)，最大的幀定義為1518個字節(jié)長度小于64個字節(jié)將被視為“沖突碎片”或“殘幀”。如果發(fā)送的幀小于最小值或者大于最大值，接收設(shè)備將會丟棄該幀

在物理層，不同版本的以太網(wǎng)用于在介質(zhì)中檢測和放置數(shù)據(jù)的方法不同以太網(wǎng)幀屬性

以太網(wǎng)幀大小該圖顯示了802.1QVLAN標(biāo)記中所包含的字段。以太網(wǎng)幀屬性

以太網(wǎng)幀簡介前導(dǎo)碼和幀首定界符字段用于同步發(fā)送設(shè)備與接收設(shè)備長度/類型字段定義幀的數(shù)據(jù)字段的確切長度/描述實(shí)施的協(xié)議數(shù)據(jù)和填充位字段包含來自更高層的封裝數(shù)據(jù)（IPv4數(shù)據(jù)包）以太網(wǎng)MAC

MAC地址和十六進(jìn)制以太網(wǎng)MAC

MAC地址表示方式以太網(wǎng)MAC

單播MAC地址以太網(wǎng)MAC

廣播MAC地址在以太網(wǎng)中，廣播MAC地址長48位，全部為1，以十六進(jìn)制顯示時則為FF-FF-FF-FF-FF-FF.以太網(wǎng)MAC

組播MAC地址組播MAC地址是一個特殊的十六進(jìn)制數(shù)值，以01-00-5E開頭。MAC和IP

MAC和IPMAC地址該地址不會改變

類似于人的名字稱為物理地址，因?yàn)閷?shí)際分配給主機(jī)的網(wǎng)卡

IP地址類似于人的住址

以主機(jī)的實(shí)際位置為基礎(chǔ)稱為邏輯地址，因?yàn)槭前催壿嫹峙涞挠删W(wǎng)絡(luò)管理員分配給每臺主機(jī)計算機(jī)要實(shí)現(xiàn)通信，同時需要物理MAC地址和邏輯IP地址

以太網(wǎng)MAC

端到端連接、MAC和IP以太網(wǎng)MAC

端到端連接、MAC和IP5.2地址解析協(xié)議

AddressResolutionProtocolARP

ARP簡介ARP的用途–發(fā)送節(jié)點(diǎn)需要一種方法來查找給定以太網(wǎng)鏈路的目的設(shè)備的MAC地址ARP協(xié)議提供兩項(xiàng)基本功能：將IPv4地址解析為MAC地址維護(hù)映射表ARP

ARP的功能ARP表

–用于查找映射至目的IPv4地址的數(shù)據(jù)鏈路層地址當(dāng)節(jié)點(diǎn)從介質(zhì)收到幀時，可將源IP和MAC地址記錄為ARP表中的映射ARP請求

–發(fā)送到以太網(wǎng)LAN中所有設(shè)備的第2層廣播與廣播中的IP地址匹配的節(jié)點(diǎn)將會作出應(yīng)答如果沒有設(shè)備相應(yīng)ARP請求，就無法創(chuàng)建幀，所以會丟棄數(shù)據(jù)包可以在ARP表中輸入靜態(tài)映射條目，但這種情況很少見

ARP

ARP工作原理ARP

ARP工作原理ARP

ARP工作原理ARP

ARP工作原理ARP

ARP工作原理ARP

ARP在遠(yuǎn)程通信中的作用如果目的IPv4主機(jī)在本地網(wǎng)絡(luò)上，幀將使用此設(shè)備的MAC地址作為目的MAC地址如果目的IPv4主機(jī)不在本地網(wǎng)絡(luò)上，則源主機(jī)將使用ARP過程來確定網(wǎng)關(guān)路由器接口的MAC地址如果網(wǎng)關(guān)條目不在表中，則使用ARP請求來檢索與路由器接口的IP地址關(guān)聯(lián)的MAC地址ARP

ARP在遠(yuǎn)程通信中的作用ARP

ARP在遠(yuǎn)程通信中的作用ARP

ARP在遠(yuǎn)程通信中的作用ARP

刪除ARP表中的條目ARP緩存定時器將會刪除在指定時間段內(nèi)未使用的ARP條目也可以使用命令來手動刪除

ARP表中的全部或部分條目arp

–d命令A(yù)RP

網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上的ARP表ARP問題

ARP為什么會引起問題ARP問題

解決ARP問題5.3

LAN交換機(jī)

LANSwitches交換

交換機(jī)端口基本組成第2層LAN交換機(jī)在大多數(shù)以太網(wǎng)絡(luò)中，將終端設(shè)備連接到中央中間設(shè)備只根據(jù)MAC地址執(zhí)行交換和過濾建立一張MAC地址表，使用該表作出轉(zhuǎn)發(fā)決策依靠路由器來傳遞IP子網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)交換

交換機(jī)MAC地址表交換

交換機(jī)MAC地址表交換

雙工設(shè)置CiscoCatalyst交換機(jī)支持三種雙工設(shè)置：full

選項(xiàng)設(shè)置全雙工模式half選項(xiàng)設(shè)置半雙工模式

auto選項(xiàng)設(shè)置雙工模式自行協(xié)商

對于快速以太網(wǎng)和10/100/1000

端口，默認(rèn)為auto當(dāng)10/100/1000端口設(shè)置為10Mb/s或100Mb/s時，它們可在半雙工或全雙工模式下工作，而當(dāng)設(shè)置為1,000Mb/s時，它們只能以全雙工模式工作。交換

雙工設(shè)置交換

自動MDIX在運(yùn)行CiscoIOSR12.2(18)或更高版本的交換機(jī)上，默認(rèn)啟用auto-MDIX功能。

CiscoIOS12.1(14)EA1和12.2(18)SE之間的版本默認(rèn)禁用auto-MDIX功能。交換

思科交換機(jī)上的幀轉(zhuǎn)發(fā)方法在過去，交換機(jī)使用兩種方法來進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)端口之間的數(shù)據(jù)交換：

存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換

直通交換

(快速轉(zhuǎn)發(fā)和免分片)64byte交換

交換機(jī)上的內(nèi)存緩沖固定或模塊化

固定配置與模塊化配置在選擇交換機(jī)時，了解可用交換機(jī)的主要功能是非常重要的。例如：PoE轉(zhuǎn)發(fā)速率端口密度固定或模塊化

固定配置與模塊化配置固定配置交換機(jī)模塊化配置交換機(jī)可堆疊配置交換機(jī)固定或模塊化

固定配置思科交換機(jī)固定或模塊化

模塊化配置思科交換機(jī)固定或模塊化

思科交換機(jī)插槽的模塊選項(xiàng)第3層交換

第2層交換與第3層交換第3層交換

思科快速轉(zhuǎn)發(fā)兩個主要組件：轉(zhuǎn)發(fā)信息庫

(FIB)概念上與路由表類似網(wǎng)絡(luò)設(shè)備使用該查詢表在思科快速轉(zhuǎn)發(fā)操作過程中根據(jù)目的地作出交換決策在網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)更改時進(jìn)行更新并包含當(dāng)時的所有已知路由鄰接表維護(hù)所有FIB條目的第2層下一跳地址第3層交換

思科快速轉(zhuǎn)發(fā)第3層交換

第3層接口的類型第3層接口的主要類型包括：交換機(jī)虛擬接口(SVI)

–交換機(jī)上與虛擬局域網(wǎng)(VLAN)關(guān)聯(lián)的邏輯接口。路由端口

–第3層交換機(jī)上充當(dāng)路由器端口的物理端口。通過將接口置于第3層模式下使用noswitchport接口配置命令配置路由端口。第3層EtherChannel

–思科設(shè)備上與一系列路由端口相關(guān)聯(lián)的邏輯接口第3層交換

第3層接口的類型交換機(jī)虛擬接口第3層交換

配置第3層交換機(jī)上的路由端口總結(jié)以太網(wǎng)是目前使用最廣泛的LAN技術(shù)。以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)定義第2層協(xié)議和第1層技術(shù)。

以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu)向第3層PDU添加幀頭和幀尾來封裝所發(fā)送的報文。作為IEEE802.2/3標(biāo)準(zhǔn)的一種實(shí)現(xiàn)形式，以太網(wǎng)幀提供MAC尋址和錯誤檢測功能。本地網(wǎng)絡(luò)中的集線器換成交換機(jī)后，半雙工鏈路中的幀沖突幾率明顯減少