《运维人员课程体系数据专业6研究报告》由会员分享，可在线阅读，更多相关《运维人员课程体系数据专业6研究报告（58页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第六章以太网技术 （讲师用PPT）,中国网通（集团）有限公司 2006年11月1日,中国网通运维人员岗位培训丛书数据专业,内部资料 注意保密,目标,掌握以太网的类型及802.3协议原理 掌握802.1p协议的工作原理 掌握VLAN，PVLAN和QinQ工作原理 掌握生成树协议原理 熟悉链路层冗余备份,6.1,6.2,以太网技术,802.3协议原理,3,6.3,802.1q原理,802.1p原理,6.4,目录,6.5,6.6,生成数原理,三层交换原理,3,6.7,链路层冗余备份,目录,6.1.2 以太网的类型,6.1 以太网基本原理,通常我们所说的以太网主要是指以下三种不同的局域网技术： 以太网
2、/IEEE 802.3采用同轴电缆或双绞线作为网络媒体，传 输速率达到10Mbps； 100Mbps以太网又称为快速以太网，采用双绞线作为网络媒体，传输速率达到100Mbps； 1000Mbps以太网又称为千兆以太网，采用光缆或双绞线作 为网络媒体，传输速率达到1000Mbps（1Gbps）。,6.1.3 IEEE 802 工作组,6.1 以太网基本原理,IEEE 802又称为LMSC（LAN /MAN Standards Committee，局域网/城域网标准委员会），致力于研 究局域网和城域网的物理层和MAC层规范，对应OSI 参考模型的下两层。,6.1,6.2,以太网技术,802.3协议
3、原理,3,6.3,802.1q原理,802.1p原理,6.4,目录,6.5,6.6,生成数原理,三层交换原理,3,6.7,链路层冗余备份,目录,6.2.1 802.3标准简介,6.2 802.3协议原理,IEEE802标准已被ANSI采用未美国国家标准，被NIST采用为政府标准，并且被ISO作为国际标准，称之为ISO 8802。这些标准在物理层和MAC子层上有所不同，但在数据链路层上是兼容的。,6.2.2 载波侦听多路访问协议（CSMA/CD）,6.2 802.3协议原理,在局域网中，站点可以检测到其他站点在干什么，从而相应地调整自己的动作。网络站点侦听载波是否存在（即有无传输）并相应动作的协
4、议，被称为载波侦听协议（carrier sense protocol）。下面介绍几种带冲突检测的载波侦听多路访问CSMA/CD（carrier sense multiple access with collision detection）协议。CSMA/CD协议是对ALOHA协议（一种基于地面无线广播通信而创建、适用于无协调关系的多用户竞争单信道使用权的系统）的改进，它保证在侦听到信道忙时无新站开始发送；站点检测到冲突就取消传送，以太网就是它的一个版本。,6.2.2 载波侦听多路访问协议（CSMA/CD）,6.2 802.3协议原理,6.2.3 MAC帧,6.2 802.3协议原理,1.帧的格
5、式 Ethernet上发送的的数据是按一定格式进 行的，并将此数据格式称为帧，如图2所示。帧由8个字段组成，每一字段有一定含义和用途。每个字段长度不等，下面分别加以简述。,6.2.3 MAC帧,6.2 802.3协议原理,2.地址字段 地址字段包括两部分,处于前面的地址字段为终点地址,处于后面的为源点地址。,顺便在此指出，帧长除有最小要求外，最长也有限制，这 是由于发送站和接收站的缓冲器容量总有一限度，同时如果一个 工作站发送的帧太长，将妨碍其它站对媒体的使用。,6.2.4 Ethernet网卡的结构及传输原理,6.2 802.3协议原理,根据对CSMA/CD访问方法的描述,节点网板要执行多种
6、任务， 因此， 每个网板要有自己的控制器，用以确定何时发送，何时从网络上接受数据，并负责执行802.3所规定的规程，如构成帧，计算帧检验序列、执行编码译码转换等。 LAN管理部分和微处理器网络电路板(也称网板，网卡或网络适配器)由几部分组成，如图4所示。,6.2.4 Ethernet网卡的结构及传输原理,6.2 802.3协议原理,6.2.4 Ethernet网卡的结构及传输原理,6.2 802.3协议原理,曼彻斯特编译码器,LAN的质量高低就取决于时钟恢复的精确度。,6.2.4 Ethernet网卡的结构及传输原理,6.2 802.3协议原理,发送和发送控制部分 发送和接收控制部分负责帧的发
7、送。,接收和接收控制部分 接收和接收控制部分负责帧的接收。,6.2.5 802.3的电缆,6.2 802.3协议原理,1四种电缆 第一种是10Base5电缆，它通常被称为“粗以太网（thick ethernet）”电缆，802.3标准建议为黄色，每隔2.5m一个标志，标明分接头插入处，连接处通常采用插入式分接头（vampire tap），将其触针小心地插入到同轴电缆的内芯。名称10Base5表示的意思是：工作速率为10Mb/s，采用基带信号，最大支持段长为500m。 第二种电缆是10Base2，或称为“细以太网（thin ethernet）”电缆,与“粗以太网”相对，并且很容易弯曲。其接头处采
8、用工业标准的BNC连接器组成T型插座，它使用灵活，可靠性高。“细以太网”电缆价格低廉，安装方便，但是使用范围只有200m，并且每个电缆段内只能使用30台机器。,6.2.5 802.3的电缆,6.2 802.3协议原理,由于寻找电缆故障的麻烦，导致一种新的接线方式的产生，即所有站点均连接到一个中心集线器（hub）上。通常，这些连线是电话公司的双绞线。这种方式被称为10Base-T。这种结构使增添或移去站点变得十分简单，并且很容易检测到电缆故障。10Base-T的缺点是，其电缆的最大有效长度为距集线器100m，即使是高质量的双绞线（5类线），最大长度可能也只有150m。另外，大集线器的价格也较高。
9、尽管如此，由于其易于维护，10Base-T还是应用得越来越广泛。 802.3中可用的第四种电缆连接方式是10Base-F，它采用了光纤。这种方式由于其连接器和终止器的费用而十分昂贵，但是它却有极好的抗干扰性，常用于办公大楼或相距较远的集线器间的连接。,6.2.5 802.3的电缆,6.2 802.3协议原理,名称 电缆 最大区间长度节点数/段 优点 - - - - - 10Base5 粗同轴电缆500m 100 用于主干很好 10Base2 细同轴电缆200m 30 最便宜的系统 10Base-T 双绞线100m 1024 易于维护 10Base-F 光纤2000m 1024 最适于在楼间使用
10、,6.2.5 802.3的电缆,6.2 802.3协议原理,2中继器 802.3的每种版本都有一个区间最大电缆长度。为了使网络范围更大，可以用中继器（repeater）连接多根电缆，如上图(d)所示。中继器是一个物理层设备，它双向接收、放大并重发信号。对软件而言，由中继器连接起来的一系列电缆段同单根电缆并无区别（除了中继器产生的一些延迟以外）。一个系统中可拥有多个电缆段和多个中继器，但两个收发器间不得超过2.5km，任意两个收发器间的路径上不得有4个以上的中继器。,6.2.6 网卡与传输媒体的连接,6.2 802.3协议原理,网卡与媒体的连接取决于所用的媒体。在媒体为粗缆情况下，通常使用收发器
11、，在标准中称为MAU，如图2所示。在细缆情况下，使用BNC连接器，没有外加的MAU,图2最右端标有“DTE(所有都不外露)”表示这种情况。在媒体为双绞线的情况下，RJ45使用连接器通过双绞线与Hub相连。与细缆情况相同，MAU的功能已集成到网板上。,6.2.6 网卡与传输媒体的连接,6.2 802.3协议原理,1粗缆和细缆下的收发器收发器或MAU的结构如图6所示。来自粗缆的信号馈送给逻辑电路，逻辑电路对此信号进行分析，并根据分析结果确定开关处于上部还是下部。 如果逻辑电路确定网络媒体来的信号是有效的曼彻斯特编码，它便将开关置于上部位置，使外来信号到达网板。网卡检查外来的帧，抽取出终点地址。如果
12、与网卡的地址相符，便接受帧的其余部分。在接收有效信号期间，不允许网卡将数据发往收发器。如果有数据要发送，只能推迟一段时间。,6.2.6 网卡与传输媒体的连接,6.2 802.3协议原理,6.2.6 网卡与传输媒体的连接,6.2 802.3协议原理,2网卡与双绞线的连接 在双绞线网络(10Base-T)环境中，网卡结构除发送器和接收器与粗缆下的网板发送器和接收器不同外，其余部分完全相同，如图6所示。在10Base-T情况下，发送器驱动的是双绞线,而且收发器已集成到网板中,收发器与双绞线的连接是通过RJ45实现的。RJ45的结构以及RJ45与网卡MAU部分的连接如图7所示。,6.2.6 网卡与传输
13、媒体的连接,6.2 802.3协议原理,RJ45连接器的触点分配,(b) 网卡与RJ45的连接,6.2.7 交换式802.3局域网,6.2 802.3协议原理,交换式局域网的心脏是一个交换机，在其高速背板上插有432个插板，每个板上有18个连接器。大多数情况下，交换机都是通过一根10Base-T双绞线与一台计算机相连。 当一个站点想发送一802.3帧时，它就向交换机输出一标准帧。插板检查该帧的目的地是否为连接在同一块插板上的另一站点。如果是，就复制该帧。如果不是，该帧就通过高速背板被送向连有目的站点点插板。通常，背板通过采用适当的协议，速率高达1Gb/s。,6.2.7 交换式802.3局域网,
14、6.2 802.3协议原理,如果一块插板上连接的两个站点同时发送一帧，会如何解决？这取决于插板的构造方式。 一种方式都是插板上的所有端口连在一起形成一个插板上局域网。插板上局域网的冲突检测与处理方式与CSMA/CD网络完全一样，并采用二进制后退算法进行重发。采用这种插板，任一时刻每块板上只可能有一个帧发送，但所有插板的发送可以并行进行。通过使用这种方案，每个插板与其他插板独立，属于自己的冲突域（collision domain）。,6.2.7 交换式802.3局域网,6.2 802.3协议原理,另一种插板采用了缓冲方式，因此，当有帧到达时，它们首先被缓冲在插板上的RAM中。这种方案允许所有端口
15、并行地接受和发送帧。一旦一帧被完全接受，插板就检查接收帧的目的地是同一插板上的另一端口，还是其他插板上的端口。在前一种情况下，帧会被直接发送到目的端口，在后一种情况下，帧必须通过背板发送到正确的插板上。采用这种方案，每一个端口是一个独立的冲突域，因此冲突不会发生。该系统的总吞吐量是10Base-5的倍数。 因为交换机只要求每个输入端口接收的是标准802.3帧，所以可将它的端口用作集线器，如果所有端口连接的都是集线器，而不是单个站点，交换机就变成了802.3到802.3的网桥。,6.3.1 802.1q的基本概念,6.3 802.1q原理,802.1q协议，即Virtual Bridged Lo
16、cal Area Networks协议，主要规定了VLAN的实现。 Virtual LANs目前发展很快，世界上主要的大网络厂商在他们的交换机设备中都实现了VLAN协议，顾名思义，VLAN就是虚拟局域网，比如对于交换机来说，可以将它的多个以太网口划分为几个组，这样，组内的各个用户就象在同一个局域网内一样，同时，不是本组的用户也无法访问本组的成员。,6.3.1 802.1q的基本概念,6.3 802.1q原理,实际上，VLAN成员的定义可以分为4种： 1根据端口划分VLAN 这种划分VLAN的方法是根据以太网交换机的端口来划分，比如交换机的14端口为VLAN A，517为VLAN B，1824为VLAN C。当然，这些属于同一VLAN的端口可以不连续，如何配置，由管理员决定。如果有多个交换机的话，例如，可以指定交换机
