江門電信-002-以太網(wǎng)基礎(chǔ)和交換機(jī)原理

以太網(wǎng)基礎(chǔ)和交換機(jī)原理目錄以太網(wǎng)歷史以太網(wǎng)基礎(chǔ)知識(shí)交換機(jī)工作原理2以太網(wǎng)發(fā)展歷史-以太網(wǎng)誕生1972年，RobertMetcalfe加入Xerox公司，創(chuàng)建了Ethernet。1977年，Robert和他的合作者獲得了“具有沖突檢測(cè)的多點(diǎn)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)”的專利，標(biāo)志著以太網(wǎng)的誕生。Ethernet原型：速率2.94Mbps，物理介質(zhì)為粗同軸電纜，物理拓?fù)錇榭偩€型結(jié)構(gòu)。3以太網(wǎng)發(fā)展歷史-標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)1982年，DIX發(fā)布以太網(wǎng)第二個(gè)版本，EthernetII。1983年，IEEE802.3工作組發(fā)布了第一個(gè)關(guān)于以太網(wǎng)的IEEE標(biāo)準(zhǔn)。1990年，IEEE802.3i標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布，公布了10Base-T技術(shù)。標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)：速率10Mbps，共享介質(zhì)使用同軸電纜、雙絞線、光纖，從總線型結(jié)構(gòu)過渡到星型結(jié)構(gòu)化布線。4名稱電纜最大區(qū)間長(zhǎng)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2000m以太網(wǎng)發(fā)展歷史-標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)5以太網(wǎng)發(fā)展歷史-快速以太網(wǎng)1993年，成立快速以太網(wǎng)聯(lián)盟FEA。1995年，通過IEEE802.3u規(guī)范?？焖僖蕴W(wǎng)時(shí)代來臨?？焖僖蕴W(wǎng)，速率100Mbps，共享介質(zhì)使用UTP和光纖，可工作在全雙工模式。6技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)線纜類型傳輸距離100BaseTXEIA/TIA5類（UTP）非屏蔽雙絞線2對(duì)100m100BaseT4EIA/TIA3、4、5類（UTP）非屏蔽雙絞線4對(duì)100m100BaseFX多模光纖（MMF）線纜550m-2km單模光纖（SMF）線纜2km-15km以太網(wǎng)發(fā)展歷史-快速以太網(wǎng)7以太網(wǎng)發(fā)展歷史-千兆以太網(wǎng)1995年，IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)組建“高速研究組”，研究1000Mbps速率的以太網(wǎng)。1998年，IEEE發(fā)布802.3z（光纖和銅纜）1000Mbps以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。1999年，IEEE發(fā)布了802.3ab（雙絞線）1000Mbps以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。8以太網(wǎng)發(fā)展歷史-千兆以太網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)線纜類型傳輸距離1000BaseT銅質(zhì)EIA/TIA5類（UTP）非屏蔽雙絞線4對(duì)100m1000BaseCX銅質(zhì)屏蔽雙絞線25m1000BaseSX多模光纖，50/62.5um光纖，使用波長(zhǎng)為850nm的激光550m/275m1000BaseLX單模光纖，9um光纖，使用波長(zhǎng)為1310nm的激光3km9以太網(wǎng)發(fā)展歷史-萬兆以太網(wǎng)2002年，10GE以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)802.3ae（光纖）正式發(fā)布。IEEE802.3ak（銅纜）標(biāo)準(zhǔn)和IEEE802.3an（雙絞線）標(biāo)準(zhǔn)相繼發(fā)布。10GE以太網(wǎng)只支持全雙工，可應(yīng)用于廣域網(wǎng)物理層技術(shù)SONET/SDH。10目錄

以太網(wǎng)歷史以太網(wǎng)基礎(chǔ)知識(shí)交換機(jī)工作原理11CSMA/CD傳統(tǒng)以太網(wǎng)是一種共享介質(zhì)的局域網(wǎng)技術(shù)，基于CSMA/CD。CS：載波監(jiān)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)。MA：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。CD：沖突檢測(cè)邊發(fā)送邊檢測(cè)，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。12以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu)EthernetII封裝Preamble(7)SFD(1)DA(6)SA(6)Type(2)PayLoad(46-1500)FCS(4)Preamble(7)SFD(1)DA(6)SA(6)Type(2)PayLoad(46-1500)FCS(4)前導(dǎo)碼，通知接收方有數(shù)據(jù)幀到來目的節(jié)點(diǎn)的MAC地址源節(jié)點(diǎn)的MAC地址協(xié)議類型上層協(xié)議有效載荷校驗(yàn)和Type：0x0800-IP0x0806-ARP13自協(xié)商端口自動(dòng)協(xié)商：端口根據(jù)另一端設(shè)備的連接速度和雙工模式，自動(dòng)把自身的速度調(diào)節(jié)到最高的公共水平，即線路兩端能具有的最快速度和雙工模式。自協(xié)商的內(nèi)容主要包括速率、雙工模式、流控等。對(duì)于兩端處于自協(xié)商工作方式的設(shè)備，最終協(xié)商的結(jié)果是采用二者技術(shù)能力域中優(yōu)先級(jí)低的網(wǎng)口提供的工作方式工作。協(xié)商級(jí)別一般為100Mfull，100Mhalf，10Mfull，10Mhalf。A（auto），B（auto），A、B的工作模式是？A（auto），B（100M,HALF），A、B的工作模式是？A（auto），B（100M,FULL），A、B的工作模式是？A（auto），B（10M,FULL），A、B的工作模式是？A（auto,100M,FULL），B（100M,HALF），A、B的工作模式是？14端口MDI/MDIX自適應(yīng)不需要知道線纜另一端為MDI還是MDIX設(shè)備，兩種線纜都能使用。消除了由于線纜配錯(cuò)引起的連接錯(cuò)誤。15流控流控：當(dāng)接收者沒有能力處理接收到的報(bào)文時(shí)，為防止丟包，接收者需要通知報(bào)文的發(fā)送者在一段時(shí)間內(nèi)停止發(fā)送報(bào)文。對(duì)于半雙工和全雙工模式，流控通過不同的方式來實(shí)現(xiàn)。半雙工：背壓、載波偵聽擴(kuò)展機(jī)制全雙工：IEEE802.3x標(biāo)準(zhǔn)（以太網(wǎng)流控標(biāo)準(zhǔn)）16半雙工流控半雙工流控：兩種方式實(shí)現(xiàn)流量控制。利用Backpressure背壓方式

利用載波偵聽擴(kuò)展機(jī)制17全雙工流控全雙工流控：IEEE802.3x中定義，數(shù)據(jù)接收方向數(shù)據(jù)發(fā)送方發(fā)送Pause幀，以通知數(shù)據(jù)發(fā)送方停止發(fā)送數(shù)據(jù)。Pause幀中指定要求發(fā)送方暫停發(fā)送流量的時(shí)間。接收方也可發(fā)送等待時(shí)間為0的Pause幀通知發(fā)送方開始發(fā)送數(shù)據(jù)。DASATypeCodeParametersReserved組播MAC：0180-C200-0001發(fā)送Pause的節(jié)點(diǎn)MAC0x8808要求發(fā)送方停止的時(shí)間，單位是當(dāng)前傳送512bit的時(shí)間0x0001保留，為064byte18交換三種模式Store-and-Forward：存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)模式交換機(jī)接收檢測(cè)到全部數(shù)據(jù)開始轉(zhuǎn)發(fā)過程數(shù)據(jù)傳輸延遲大保證數(shù)據(jù)幀無差錯(cuò)傳輸不同速率端口之間轉(zhuǎn)發(fā)Cut-Through：直通交換模式交換機(jī)接收檢測(cè)到目的MAC開始轉(zhuǎn)發(fā)過程數(shù)據(jù)傳輸?shù)脱舆t無法對(duì)數(shù)據(jù)幀進(jìn)行校驗(yàn)和糾錯(cuò)Fragment-free：碎片隔離方式交換機(jī)接收檢測(cè)到不是沖突碎片開始轉(zhuǎn)發(fā)過程延遲介于直通轉(zhuǎn)發(fā)和存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)之間過濾沖突碎片19目錄

以太網(wǎng)歷史以太網(wǎng)基礎(chǔ)知識(shí)交換機(jī)工作原理20共享式以太網(wǎng)互聯(lián)—一層HUB傳統(tǒng)以太網(wǎng)采用CSMA/CD機(jī)制，使用共享總線型的連接方式。所有互連設(shè)備位于一個(gè)沖突域中，在網(wǎng)絡(luò)流量增大到一定程度時(shí)，會(huì)導(dǎo)致沖突不斷，吞吐量受到嚴(yán)重影響。21交換式以太網(wǎng)互聯(lián)—二層交換機(jī)交換式以太網(wǎng)使用星型連接方式，通過二層交換機(jī)進(jìn)行互連。通過MAC地址進(jìn)行數(shù)據(jù)報(bào)文的轉(zhuǎn)發(fā)。內(nèi)部使用ASIC硬件芯片實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)。各端口屬于不同的沖突域。沖突域1沖突域2沖突域3二層交換機(jī)22交換機(jī)的工作原理交換機(jī)有著透明橋相同的特點(diǎn)StationAStationB1/11/2SegmentASegmentB23交換機(jī)的三個(gè)功能地址學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)發(fā)過濾24地址學(xué)習(xí)最開始的地址表是空的MAC地址表00d0.d001.111100d0.d001.222200d0.d001.333300d0.d001.4444E0E1E2E3ABCD25MAC地址表00d0.d001.222200d0.d001.333300d0.d001.4444E0:00d0.d001.1111E0E1E2E3DCBA地址學(xué)習(xí)—基于源MAC地址學(xué)習(xí)StationA發(fā)送一個(gè)幀（frame）給StationC交換機(jī)從端口E0學(xué)習(xí)到stationA的MAC地址將該幀做“洪泛（flooding）”轉(zhuǎn)發(fā)。00d0.d001.111126MAC地址表00d0.d001.111100d0.d001.222200d0.d001.333300d0.d001.4444E0:00d0.d001.1111E3:00d0.d001.4444E0E1E2E3DCAB地址學(xué)習(xí)-基于源MAC地址學(xué)習(xí)StationD發(fā)送一個(gè)幀（frame）給StationC交換機(jī)從端口E3學(xué)習(xí)到stationD的MAC地址將該幀做“洪泛（flooding）”轉(zhuǎn)發(fā)。27轉(zhuǎn)發(fā)-基于目的MAC地址轉(zhuǎn)發(fā)StationA發(fā)送一個(gè)幀（frame）給stationC目標(biāo)地址已經(jīng)知道,不再“洪泛”發(fā)送，直接從E2端口發(fā)送出去。E0:00d0.d001.1111E2:00d0.d001.2222E1:00d0.d001.3333E3:00d0.d001.444400d0.d001.111100d0.d001.222200d0.d001.333300d0.d001.4444E0E1E2E3XXDCABMAC地址表2800d0.d001.111100d0.d001.222200d0.d001.333300d0.d001.4444E0E1E2E3DCABE0:00d0.d001.1111E2:00d0.d001.2222E1:00d0.d001.3333E3:00d0.d001.4444MACaddresstable轉(zhuǎn)發(fā)-目的MAC查詢不到時(shí)StationD發(fā)送一個(gè)幀（frame）給stationE由于StationE的MAC地址交換機(jī)不知道，則交換機(jī)進(jìn)行“洪泛”，轉(zhuǎn)發(fā)給其他所有端口（不包括進(jìn)來的那個(gè)端口)。2900d0.d001.111100d0.d001.222200d0.d001.333300d0.d001.4444E0E1E2E3DCABE0:00d0.d001.1111E2:00d0.d001.2222E1:00d0.d001.3333E3:00d0.d001.4444MACaddresstable轉(zhuǎn)發(fā)--廣播和多播幀StationD發(fā)送一個(gè)廣播或多播幀（frame）給C交換機(jī)將廣播（broadcast）或多播（multicast）幀“泛洪”轉(zhuǎn)發(fā)給其他所有端口（不包括進(jìn)來的那個(gè)端口)。30二層交換機(jī)基本原理二層交換機(jī)主要包括三個(gè)功能：學(xué)習(xí)：學(xué)習(xí)源MAC，構(gòu)建MAC地址表。轉(zhuǎn)發(fā)：根據(jù)目的MAC查找MAC地址表進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。查找成功，向?qū)?yīng)端口轉(zhuǎn)發(fā)；查找失敗，向所有端口轉(zhuǎn)發(fā)，（不包括進(jìn)來的那個(gè)端口）；目的MAC為廣播或組播，向所有端口轉(zhuǎn)發(fā),（不包括進(jìn)來的那個(gè)端口）。過濾：發(fā)送端口和接收端口一致，不向該端口轉(zhuǎn)發(fā)該幀。31二層交換機(jī)基本原理-MAC