網(wǎng)絡(luò)考試-課件1.9以太網(wǎng)wywnew

以太網(wǎng)江西師范大學(xué)思科網(wǎng)絡(luò)技術(shù)學(xué)院本章目標(biāo)了解以太網(wǎng)的基本概念了解CSMA/CD協(xié)議掌握以太網(wǎng)幀的格式了解以太網(wǎng)物理層掌握集線器，交換機(jī)的區(qū)別什么是以太網(wǎng)我們平常使用的局域網(wǎng)就是以太網(wǎng)，以太網(wǎng)可以看作當(dāng)今局域網(wǎng)的代名詞，并發(fā)展到城域網(wǎng)。①如果中間的線路是共享的，這條鏈路在同一時(shí)間由誰來使用呢？如何來保證這些主機(jī)能有序的使用共享線路，不發(fā)生數(shù)據(jù)的沖突？

②如果主機(jī)A發(fā)出一個(gè)數(shù)據(jù)包給主機(jī)B，如何標(biāo)識(shí)主機(jī)A和主機(jī)B呢？這就是主機(jī)的地址問題。③主機(jī)之間發(fā)送的數(shù)據(jù)，需要保證雙方互相都能讀懂，那么它們發(fā)送的數(shù)據(jù)的格式，是不是需要有一個(gè)統(tǒng)一的規(guī)范呢？以太網(wǎng)概述DIXEthernetV2是世界上第一個(gè)局域網(wǎng)產(chǎn)品（以太網(wǎng)）的規(guī)約，逐漸形成以太網(wǎng)的商業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。IEEE制定了以太網(wǎng)官方標(biāo)準(zhǔn)－802.3規(guī)約以太網(wǎng)工作在數(shù)據(jù)鏈路層和物理層以太網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層分成LLC和MAC兩個(gè)子層以太網(wǎng)的LLC和MAC邏輯鏈路控制(LLC)子層保持通信過程所用物理設(shè)備的相對獨(dú)立性。數(shù)據(jù)鏈路層中與介質(zhì)接入無關(guān)的部分都集中在邏輯鏈路控制LLC子層；提供高層接口，提供可靠傳輸介質(zhì)接入控制(MAC)子層負(fù)責(zé)與接入各種傳輸介質(zhì)有關(guān)的問題將上層交下來的數(shù)據(jù)封裝成幀進(jìn)行發(fā)送(接收時(shí)進(jìn)行相反的過程，將幀拆卸)；實(shí)現(xiàn)和維護(hù)介質(zhì)訪訪問控制協(xié)議，例如CSMA/CD；比特差錯(cuò)檢測；MAC幀的尋址，即MAC幀由哪個(gè)站（源站）發(fā)出，被哪個(gè)站／哪些站接收（目的站）以太網(wǎng)中的介質(zhì)訪問控制以太網(wǎng)使用載波偵聽多路訪問/沖突檢測(CSMA/CD)

來檢測和處理沖突。核心思想：先聽后講----信道空閑則發(fā)送，信道忙則等待。邊講邊聽----發(fā)送信號時(shí)不斷檢測信道是否沖突。碰撞即停。堵塞信號和隨機(jī)回退---發(fā)送設(shè)備檢測到?jīng)_突之后，將發(fā)出堵塞信號。知其它設(shè)備發(fā)生了沖突，以便它們調(diào)用回退算法。退避重傳----二進(jìn)制指數(shù)退避算法重傳，多次碰撞，放棄發(fā)送，最多16次。AT=0,A檢測信道空閑，開始發(fā)送數(shù)據(jù)。BT=t1,B檢測信道空閑,發(fā)送數(shù)據(jù)。碰撞碰撞后信號電平變化幅度增加，并繼續(xù)朝著各自的方向傳輸，繼續(xù)不斷導(dǎo)致新的碰撞。T=t2,B發(fā)現(xiàn)碰撞信號，立刻停止發(fā)送數(shù)據(jù)，并發(fā)強(qiáng)化信號，A仍在發(fā)送信號，此時(shí)A還未發(fā)現(xiàn)碰撞。此時(shí)A發(fā)現(xiàn)碰撞信號，立刻停止發(fā)送數(shù)據(jù)，并發(fā)強(qiáng)化信號。強(qiáng)化信號48bit沖突域使用CSMA/CD通過一臺(tái)集線器或一系列直接相連的集線器訪問公共介質(zhì)的相連設(shè)備稱為沖突域。集線器屬于物理層設(shè)備，是多端口的中繼器集線器和中繼器會(huì)影響沖突域大小的增長。演示實(shí)驗(yàn)：9.4.2以太網(wǎng)的碰撞槽時(shí)間碰撞槽時(shí)間指在沖突域的節(jié)點(diǎn)發(fā)出數(shù)據(jù)到檢測碰撞時(shí)所需的理論最大時(shí)間。一般是理論的最長端到端往返時(shí)延。ABA發(fā)送的數(shù)據(jù)即將到達(dá)B時(shí)，B發(fā)送數(shù)據(jù)，并馬上檢測碰撞ABA等到接近2時(shí)間發(fā)現(xiàn)碰撞不同以太網(wǎng)碰撞槽時(shí)間規(guī)定以太網(wǎng)的幀間間隙幀間間隙用于保證發(fā)送方發(fā)完一個(gè)幀后獲得穩(wěn)定的時(shí)間，及保證接收設(shè)備獲得處理幀的時(shí)間。以太網(wǎng)幀格式比較以太網(wǎng)幀格式細(xì)節(jié)802.2.2LLC報(bào)頭和數(shù)據(jù)最大值1500B是以太網(wǎng)的默認(rèn)MTU.FCS:幀檢驗(yàn)序列，以太網(wǎng)實(shí)際上就是CRC冗余檢驗(yàn)碼目的MAC地址源MAC地址類型802.2報(bào)頭和數(shù)據(jù)FCS6624Byte46~1500

數(shù)據(jù)

網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層00……001

物理層前導(dǎo)符類型字段：上層協(xié)議的標(biāo)識(shí)前導(dǎo)符包括7個(gè)字節(jié)的前同步碼和1個(gè)字節(jié)的幀定界符前同步碼：7個(gè)字節(jié)10101010（用于收發(fā)雙方同步）幀定界符：1個(gè)字節(jié)10101011（用于確定幀的開始）8Byte注意：傳統(tǒng)以太網(wǎng)10M使用異步通信，必須前同步碼保證收發(fā)雙方同步。現(xiàn)在的快速以太網(wǎng)100M以上使用同步通信，不需要同步，但為了兼容保留了前導(dǎo)碼以太網(wǎng)MAC地址48位，固化在網(wǎng)卡上以太網(wǎng)廣播MAC地址FF-FF-FF-FF-FF-FF為以太網(wǎng)廣播地址某些協(xié)議需要廣播，廣播過多可能產(chǎn)生廣播風(fēng)暴以太網(wǎng)組播MAC地址組播地址允許源設(shè)備向一組設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)包。屬于某一組播組的設(shè)備都被分配了該組播組IP地址。組播地址的范圍為224.0.0.0到239.255.255.255。組播MAC地址是一個(gè)特殊的十六進(jìn)制數(shù)值，以01-00-5E開頭000000000000000101011110011100816243132位IP地址組播主機(jī)組標(biāo)識(shí)符的低23bit

復(fù)制到以太網(wǎng)地址中48bit以太網(wǎng)地址01005E目的地址的第1字節(jié)中的最低位比特置1表示多播以太網(wǎng)的成功因素維護(hù)的簡便性整合新技術(shù)的功能可靠性安裝和升級成本10Mbps以太網(wǎng)使用同軸粗纜的10BASE5使用同軸細(xì)纜的10BASE2使用3類/5類非屏蔽雙絞線電纜的10BASE-T100Mbps以太網(wǎng)也稱為快速以太網(wǎng)FastEthernet100Base-T--5類UTP100Base-F--光纖1000Mbps以太網(wǎng)1000BASE-T使用5類UTP4對線傳輸1000BASE-SX

和

1000BASE-LX

有以下優(yōu)勢：無雜信、體積小，并且無需中繼的距離遠(yuǎn)，帶寬高。以太網(wǎng)物理層總結(jié)以太網(wǎng)設(shè)備集線器交換機(jī)路由器集線器傳統(tǒng)以太網(wǎng)使用集線器來連接LAN網(wǎng)段中的節(jié)點(diǎn)。集線器特點(diǎn)：物理層設(shè)備多端口的中繼器通過廣播的方式實(shí)現(xiàn)單播。連接到集線器的主機(jī)或集線器的級聯(lián)都屬于一個(gè)碰撞域。集線器Hub集線器Hub集線器HubABA發(fā)數(shù)據(jù)給B集線器會(huì)廣播數(shù)據(jù)集線器會(huì)廣播數(shù)據(jù)集線器會(huì)廣播數(shù)據(jù)丟棄丟棄丟棄丟棄接受以太網(wǎng)交換機(jī)能夠根據(jù)以太網(wǎng)幀中目標(biāo)地址智能的轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包工作在數(shù)據(jù)鏈路層分割沖突域，實(shí)現(xiàn)全雙工通信獨(dú)占帶寬學(xué)習(xí)源MAC地址和端口的對應(yīng)關(guān)系演示實(shí)驗(yàn)9.6.2從集線器到交換機(jī)交換機(jī)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)原理12－111B334422AABBA端口1端口1端口2端口2data端口3端口3主機(jī)11給主機(jī)33發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)幀：目標(biāo)地址：33源地址：11交換機(jī)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)原理12－2AMAC地址端口號交換機(jī)A在接收到數(shù)據(jù)幀后，執(zhí)行以下操作：交換機(jī)A查找MAC地址表交換機(jī)A學(xué)習(xí)主機(jī)11的MAC地址交換機(jī)A向其他所有端口發(fā)送廣播111交換機(jī)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)原理12－311B334422AABBA端口1端口1端口2data端口2端口3端口3data交換機(jī)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)原理12－4交換機(jī)B在接收到數(shù)據(jù)幀后，執(zhí)行以下操作：交換機(jī)B查看MAC地址表交換機(jī)B學(xué)習(xí)源MAC地址和端口號交換機(jī)B向所有端口廣播數(shù)據(jù)包主機(jī)22，查看數(shù)據(jù)包的目標(biāo)MAC地址不是自己，丟棄數(shù)據(jù)包BMAC地址端口號11322data交換機(jī)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)原理12－5B334422AABBA端口1端口1端口2data端口2端口3端口3data11data交換機(jī)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)原理12－6主機(jī)33，接收到數(shù)據(jù)幀主機(jī)44，丟棄數(shù)據(jù)幀3344datadata在這個(gè)過程中，交換機(jī)的MAC地址表中沒有需要的條目，交換機(jī)通過廣播的方式，轉(zhuǎn)發(fā)了數(shù)據(jù)幀交換機(jī)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)原理12－7B334422AABBA端口1端口1端口2端口2端口3端口3data11這時(shí)，主機(jī)44要給主機(jī)11發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)幀：目標(biāo)地址：11源地址：44交換機(jī)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)原理12－8BMAC地址端口號113交換機(jī)B在接收到數(shù)據(jù)幀后，執(zhí)行以下操作：交換機(jī)B學(xué)習(xí)源MAC地址和端口號交換機(jī)B查看MAC地址表，根據(jù)MAC地址表中的條目，單播轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)到端口3442交換機(jī)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)原理12－9AMAC地址端口號111交換機(jī)A在接收到數(shù)據(jù)幀后，執(zhí)行以下操作：交換機(jī)A學(xué)習(xí)源MAC地址和端口號交換機(jī)A查看MAC地址表，根據(jù)MAC地址表中的條目，單播轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)到端口1主機(jī)11，收到數(shù)據(jù)幀443交換機(jī)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)原理12－10B334422AABBA端口1端口1端口2端口2端口3端口311data在這個(gè)過程中，交換機(jī)的MAC地址表中已經(jīng)學(xué)到了需要的條目，交換機(jī)通過單播的方式，轉(zhuǎn)發(fā)了數(shù)據(jù)幀交換機(jī)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)原理12－11AMAC地址端口號111443222333MAC地址端口號113442223331交換機(jī)最終的MAC地址表B交換機(jī)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)原理12－12已知幀單播轉(zhuǎn)發(fā)交換機(jī)根據(jù)MAC地址表單播轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀源地址學(xué)習(xí)機(jī)制通過學(xué)習(xí)接收的數(shù)據(jù)幀的源MAC地址和入端口形成MAC地址表未知幀和廣播幀廣播轉(zhuǎn)發(fā)對于未知幀和廣播幀，交換機(jī)會(huì)向除接收到該數(shù)據(jù)幀的端口外的其他所有端口廣播該數(shù)據(jù)幀更新交換機(jī)MAC地址表的老化時(shí)間是300秒交換機(jī)如果發(fā)現(xiàn)一個(gè)幀的入端口和MAC地址表中源MAC地址的所在端口不同，交換機(jī)將MAC地址重新學(xué)習(xí)到新的端口交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)練習(xí)沖突域與廣播域廣播域指接收同樣廣播消息的節(jié)點(diǎn)的集合，路由器分割廣播域交換機(jī)分割沖突域，但是不分割廣播域，即交換機(jī)的所有端口屬于同一個(gè)廣播域....廣播域

廣播域沖突域沖突域廣播廣播域和碰撞域的討論判斷圖中碰撞域和廣播域的數(shù)量？二層交換機(jī)集線器集線器路由器二層交換機(jī)集線器集線器6個(gè)碰撞域2個(gè)廣播域ARP協(xié)議ARP:地址解析協(xié)議，用于根據(jù)目標(biāo)IP地址獲得目標(biāo)MAC。Windows下arp命令

查看主機(jī)IP和MAC的映射arp–a:查看arp–d

*:刪除arp–s：配置IP地址和MAC地址的靜態(tài)映射cisco路由器查看arp緩存R2#showiparpProtocolAddressAge(min)HardwareAddrTypeInterfaceInternet10.1.1.2-0013.c3c0.04c0ARPAFastEthernet0/0Internet10.1.1.100013.8044.ff40ARPAFastEthernet0/0ARP協(xié)議工作過程4－1

IP地址解析為MAC地址主機(jī)10.1.1.1想發(fā)送數(shù)據(jù)給主機(jī)10.1.1.2，檢查緩存，發(fā)現(xiàn)沒有10.1.1.2的MAC地址10.1.1.110.1.1.210.1.1.310.1.1.4ARPCacheInternetAdressPhysicalAdressType

ARP協(xié)議工作過程4－2

IP地址解析為MAC地址主機(jī)10.1.1.1發(fā)送ARP廣播10.1.1.110.1.1.210.1.1.310.1.1.4我需要10.1.1.2的MAC地址ARP協(xié)議工作過程4－3

IP地址解析為MAC地址所有主機(jī)都接收到10.1.1.1的ARP廣播，但只有10.1.1.2給它一個(gè)單播回復(fù)，并緩存10.1.1.1的MAC地址10.1.1.110.1.1.210.1.1.310.1.1.4我的MAC地址是0800.0020.1111ARP協(xié)議工作過程4－4

IP地址解析為MAC地址主機(jī)10.1.1.1將10.1.1.2的MAC地址保存到緩存中，發(fā)送數(shù)據(jù)10.1.1.110.1.1.210.1.1.310.1.1.4ARPCacheInternetAdressPhysicalAdressType

10.1.1.2