以太網(wǎng)技術(shù)原理幻燈片

1、DA040001 以太網(wǎng)技術(shù)原理,ISSUE 1.5,P,我們知道局域網(wǎng)包含以太網(wǎng),令牌環(huán)和令牌總線等等,這些技術(shù)當(dāng)中以太網(wǎng)技術(shù)以其簡明高效的特點(diǎn)逐漸占據(jù)了主導(dǎo)地位,前 言,P,學(xué)習(xí)完此課程，您將會： 了解以太網(wǎng)的發(fā)展史 掌握以太網(wǎng)的基本原理 掌握以太網(wǎng)端口技術(shù) 理解L2交換機(jī)和L3交換機(jī)的工作原理,目 標(biāo),P,第1章 以太網(wǎng)技術(shù)發(fā)展史 第2章 以太網(wǎng)端口技術(shù) 第3章 以太網(wǎng)設(shè)備介紹,內(nèi)容介紹,P,第1章 以太網(wǎng)發(fā)展史 1.1 以太網(wǎng)起源及原理簡介 1.2 以太網(wǎng)發(fā)展及標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議,內(nèi)容介紹,P,以太網(wǎng)的誕生,以太網(wǎng)最初是由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

2、多路訪問和沖突檢測（CSMA/CD）機(jī)制,數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)到10Mbps。 以太網(wǎng)被設(shè)計用來滿足非持續(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。,P,沖突檢測： 由于兩個站點(diǎn)同時發(fā)送信號，經(jīng)過疊加后，會使線路上電壓的擺動值超過正常值一倍。據(jù)此可判斷沖突的產(chǎn)生。,以太網(wǎng)原理-CSMA/CD,CS：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，減少沖突的機(jī)會。 MA：多址訪問 每個站點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)，

3、可以同時被多個站點(diǎn)接收。 CD：沖突檢測 邊發(fā)送邊檢測，發(fā)現(xiàn)沖突就停止發(fā)送，然后延遲一個隨機(jī)時間之后繼續(xù)發(fā)送。,P,以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu),Ethernet_II,DMAC,SMAC,Length/T,DATA/PAD,FCS,Length/Type值,含義,Length/T 1500 Length/T = 1500,代表了該幀的類型 代表了該幀的長度,802.3,P,以太網(wǎng)的MAC地址,MAC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)。 MAC地址全球唯一，由 IEEE對這些地址進(jìn)行管理和分配。每個地址由兩部分組成，分別是供應(yīng)商代碼和序列號。其中前24位二進(jìn)制代表該供應(yīng)商代碼。剩下的24位

4、由廠商自己分配。 如果48位全是1，則表明該地址是廣播地址。 如果第8位是1，則表示該地址是組播地址。,00e0.fc39.8034,P,最小幀長與最大傳輸距離,最大傳輸距離：通常由線路質(zhì)量、信號衰減程度等因素決定。 最小幀長（64字節(jié)）：由最大傳輸距離和沖突檢測機(jī)制共同決定。 規(guī)定最小幀長是為了避免這種情況發(fā)生：某站點(diǎn)已經(jīng)將一個數(shù)據(jù)包的最后一個BIT發(fā)送完畢，但這個報文的第一個BIT還沒有傳送到距離很遠(yuǎn)的一個站點(diǎn)。而站點(diǎn)認(rèn)為線路空閑而發(fā)送數(shù)據(jù)，導(dǎo)致沖突。,P,第1章 以太網(wǎng)發(fā)展史 1.1 以太網(wǎng)起源及原理簡介 1.2 以太網(wǎng)發(fā)展及標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議,內(nèi)容介紹,P,萬兆以太網(wǎng)出現(xiàn),IEEE802.3 以

5、太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn) IEEE802.3u 100BASE-T快速以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn) IEEE802.3z/ab 1000Mb/s千兆以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn) IEEE802.3ae 10GE以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn),70年代,80年代,90年代,以太網(wǎng)產(chǎn)生,10M以太網(wǎng)發(fā)展成熟,共享式轉(zhuǎn)發(fā)LAN交換機(jī),100M快速以太網(wǎng),92年,96年,千兆以太網(wǎng)迅速發(fā)展,2002年,以太網(wǎng)發(fā)展簡史,P,共享式以太網(wǎng)傳輸介質(zhì),在共享式以太網(wǎng)之時，使用一種稱為抽頭的設(shè)備建立與同軸電纜的連接。須用特殊的工具在同軸電纜里挖一個小洞，然后將抽頭接入。此項工作存在一定的風(fēng)險：因為任何疏忽，都有可能使電纜的中心導(dǎo)體與屏蔽層短接，導(dǎo)致這個網(wǎng)絡(luò)段的崩潰。同軸電纜的致命缺

6、陷是：電纜上的設(shè)備是串連的，單點(diǎn)的故障可以導(dǎo)致這個網(wǎng)絡(luò)的崩潰。,10Base5：粗同軸電纜（5代表電纜的字段長度是500米） 10Base2：細(xì)同軸電纜（2代表電纜的字段長度是200米）,P,其中介質(zhì)可靠性差是共享式以太網(wǎng)的主要問題。,共享式以太網(wǎng)的缺點(diǎn),在共享式以太網(wǎng)中，所有的主機(jī)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(jī)數(shù)目較多，則存在以下嚴(yán)重問題： 介質(zhì)可靠性差 沖突嚴(yán)重 廣播泛濫 無任何安全性,P,標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng),標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)（10Mbit/s）的網(wǎng)絡(luò)定位,P,IEEE802.3 線纜,P,快速（100M）以太網(wǎng),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)，能夠為桌

7、面用戶以及服務(wù)器或者服務(wù)器集群等提供更高的網(wǎng)絡(luò)帶寬。 IEEE為快速以太網(wǎng)制訂的標(biāo)準(zhǔn)為IEEE802.3u,P,快速以太網(wǎng),快速以太網(wǎng)（100Mbit/s）的網(wǎng)絡(luò)定位,P,快速以太網(wǎng)傳輸距離,P,千兆以太網(wǎng),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。 標(biāo)準(zhǔn)為IEEE802.3z（光纖與銅纜）和IEEE802.3ab（雙絞線）,P,千兆以太網(wǎng),千兆（1000Mbit/s）以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)定位,P,千兆以太網(wǎng)傳輸距離,P,IEEE802.3z的線纜標(biāo)準(zhǔn),1000BaseLX是一種使用長波激光作信號源

8、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，既可以驅(qū)動多模光纖，也可以驅(qū)動單模光纖。 1000BaseSX是一種使用短波激光作為信號源的網(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)動多模光纖。 1000BaseCX使用的一種特殊規(guī)格的高質(zhì)量平衡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。,P,IEEE802.3ab的線纜標(biāo)準(zhǔn),1000BaseT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

9、這種技術(shù)在原有的快速以太網(wǎng)系統(tǒng)中實現(xiàn)從100Mbps到1000Mbps的平滑升級。,P,萬兆以太網(wǎng),已經(jīng)開始部署，預(yù)計未來將有大規(guī)模的應(yīng)用 標(biāo)準(zhǔn)為IEEE802.3ae 只有全雙工模式 創(chuàng)造了一些新的概念，例如光物理媒體相關(guān)子層(PDM),P,第1章 以太網(wǎng)技術(shù)發(fā)展史 第2章 以太網(wǎng)端口技術(shù) 第3章 以太網(wǎng)設(shè)備介紹,內(nèi)容介紹,P,第2章 以太網(wǎng)端口技術(shù) 2.1 自協(xié)商技術(shù) 2.2 自適應(yīng)技術(shù) 2.3 流量控制,內(nèi)容介紹,P,自協(xié)商,10Mb/s半雙工,10Mb/s全雙工,10Mb/s自協(xié)商,100Mb/s自協(xié)商,100Mb/s全雙工,端口1自動協(xié)商,端口2自動協(xié)商,端口3自動協(xié)商,端口4自動協(xié)

10、商,端口5自動協(xié)商,P,自協(xié)商基本頁信息,0,0,0,0,1,0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,Message Type Ethernet=00001,Reserved,10BASE-T半雙工,10BASE-T全雙工,100BASE-TX半雙工,100BASE-TX全雙工,100BASE-T4,流控支持,遠(yuǎn)程故障指示,確認(rèn),下一頁指示,P,自協(xié)商信號,約2ms,約100ns,約62.5s,時 鐘,數(shù) 據(jù) 位 0,時 鐘,數(shù) 據(jù) 位 1,數(shù) 據(jù) 位 13,時 鐘,數(shù) 據(jù) 位 14,時 鐘,整個報文按16ms間隔重復(fù)，直到自協(xié)商完成,P,與沒有自協(xié)商機(jī)制的

11、設(shè)備連接,不使用自協(xié)商機(jī)制會出現(xiàn)以下情況： 無法實現(xiàn)端口的自動雙速配置功能(如10Mbit/s和100Mbit/s) 無法確定雙工工作模式 無法確定是否需要流量控制功能,P,自協(xié)商優(yōu)先級,P,光纖上的自協(xié)商,對光纖以太網(wǎng)而言，得出的結(jié)論是： 鏈路兩端的工作模式必須使用手工配置（速度、雙工模式、流控等），如果光纖兩端的配置不同，是不能正確通信的。 千兆以太網(wǎng)的自協(xié)商機(jī)制已經(jīng)實現(xiàn)。,P,第2章 以太網(wǎng)端口技術(shù) 2.1 自協(xié)商技術(shù) 2.2 自適應(yīng)技術(shù) 2.3 流量控制,內(nèi)容介紹,P,智能MDI/MDIX,不需要知道電纜另一端為MDI還是MDIX設(shè)備 兩種電纜（普通、交叉）都可連接交換機(jī)、集線器或NI

12、C設(shè)備 消除由于電纜配錯引起的連接錯誤 簡化10/100M網(wǎng)絡(luò)安裝維護(hù)，降低開銷,Receive Pair,Transmit Pair,Transmit Pair,Receive Pair,Transmit Pair,Receive Pair,Transmit Pair,Receive Pair,交叉網(wǎng)線,直連網(wǎng)線,P,第2章 以太網(wǎng)端口技術(shù) 2.1 自協(xié)商技術(shù) 2.2 自適應(yīng)技術(shù) 2.3 流量控制,內(nèi)容介紹,P,流量控制,當(dāng)通過交換機(jī)一個端口的流量過大，超過了它的處理能力時，就會發(fā)生端口阻塞。流量控制的作用是防止在出現(xiàn)阻塞的情況下丟幀。 在半雙工方式下，流量控制是通過反壓（backpress

13、ure）技術(shù)實現(xiàn)的，模擬產(chǎn)生碰撞，使得信息源降低發(fā)送速度。 在全雙工方式下流量控制一般遵循IEEE 802.3x標(biāo)準(zhǔn)。,P,半雙工流量控制,P,全雙工流量控制,IEEE802.3x標(biāo)準(zhǔn)定義了一種新方法，在全雙工環(huán)境中去實現(xiàn)流量控制。交換機(jī)產(chǎn)生一個PAUSE幀，PAUSE幀使用一個保留的組播地址：01-80-C2-00-00-01，將它發(fā)送給正在發(fā)送的站，發(fā)送站接收到該幀后，就會暫?；蛲Ｖ拱l(fā)送。 PAUSE幀利用了一個保留的組播地址，它不會被網(wǎng)橋和交換機(jī)所轉(zhuǎn)發(fā)，這樣，PAUSE幀不會產(chǎn)生附加信息量。,P,全雙工流量控制,PAUSE功能的應(yīng)用場合： 一對終端 （簡單的兩點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)） 一個交換機(jī)和一個終

14、端 交換機(jī)和交換機(jī)之間的鏈路 PAUSE功能不解決下列問題： 穩(wěn)定狀態(tài)的網(wǎng)絡(luò)擁塞 端到端流量控制 比簡單的“停啟”更復(fù)雜的機(jī)制,P,第1章 以太網(wǎng)技術(shù)發(fā)展史 第2章 以太網(wǎng)端口技術(shù) 第3章 以太網(wǎng)設(shè)備介紹,內(nèi)容介紹,P,第3章 以太網(wǎng)設(shè)備介紹 3.1 Hub的工作原理 3.2 二層交換機(jī)的工作原理 3.3 VLAN與三層交換機(jī),內(nèi)容介紹,P,傳統(tǒng)以太網(wǎng)連接設(shè)備HUB,Hub的工作模式,注意：HUB僅僅是物理上的連接設(shè)備。,P,所有的HUB都是半雙工的,Hub的工作原理,P,由HUB組建以太網(wǎng)的實質(zhì),實際上網(wǎng)絡(luò)中由HUB組建以太網(wǎng)實質(zhì)是一種共享式以太網(wǎng)，存在共享式以太網(wǎng)的所有缺陷： 沖突嚴(yán)重；

15、廣播泛濫； 無任何安全性。,P,第3章 以太網(wǎng)設(shè)備介紹 3.1 Hub的工作原理 3.2 二層交換機(jī)的工作原理 3.3 VLAN與三層交換機(jī),內(nèi)容介紹,P,二層工作模式,網(wǎng)橋/二層以太網(wǎng)交換機(jī)的工作模式,物理層,物理層,二層交換機(jī),鏈路層,鏈路層,P,基于源地址學(xué)習(xí),多播情況下，CAM表項的建立不是通過學(xué)習(xí)得到的，而是通過IGMP窺探，CGMP等協(xié)議獲得的。,分段1,分段2,A,B,C,PORT1,PORT2,D,交換機(jī)典型應(yīng)用,交換機(jī),P,基于目的地址轉(zhuǎn)發(fā),MACD,MACA,.,端口1,MACD,MACA,.,端口2,MAC地址,所在端口,MACA,1,MACB,1,MACC,2,MACD

16、,2,P,二層交換機(jī)原理,接收網(wǎng)段上的所有數(shù)據(jù)幀； 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)； 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）； 向所有端口轉(zhuǎn)發(fā)廣播幀和多播幀（不包括源端口）。,P,三種交換模式,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)不檢測錯誤 Store-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)檢測錯誤，不會有錯包 Frag-free： 交換機(jī)接收完

17、數(shù)據(jù)包的前64字節(jié)（一個最短幀長度），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轉(zhuǎn)發(fā)方式的優(yōu)點(diǎn)。,P,L2交換機(jī)的缺點(diǎn),L2帶來了以太網(wǎng)技術(shù)的重大飛躍，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 其中廣播泛濫嚴(yán)重是L2以太網(wǎng)的主要缺點(diǎn),P,第3章 以太網(wǎng)設(shè)備介紹 3.1 Hub的工作原理 3.2 二層交換機(jī)的工作原理 3.3 VLAN與三層交換機(jī),內(nèi)容介紹,P,VLAN的起源基于端口分組,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,P,VLAN技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn),VLAN技

18、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，此時的以太網(wǎng)技術(shù)趨于完美。 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部門，現(xiàn)在又要少量的訪問需求，該怎么辦到呢？,可以讓VLAN只限制廣播報文， 不限制單播報文嗎？,P,解決辦法（一）,使用路由器連接不同的VLAN,前提：VLAN和IP子網(wǎng)間是一對一的關(guān)系,缺點(diǎn)：每個VLAN需要占用一個路由器的接口；不同VLAN中的主機(jī)需配置不同的缺省網(wǎng)關(guān),P,解決辦法（二）-單臂路由,使用支持VLAN屬性的路由器連接不同的VLAN,前提：VLAN和IP子網(wǎng)間是一對一的關(guān)系,P,（L2+路由器）模式的缺陷,需要多個設(shè)備，組網(wǎng)復(fù)雜； VLAN間通信通過路由器完成； 路由器價格昂貴，速率較低。,P,解決辦法（三）,將路由器和交換機(jī)合成一個設(shè)備三層交換機(jī),前提：VLAN和IP子網(wǎng)間是一對一的關(guān)系,P,什么是三層交換機(jī),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報文選路的過程。 三