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1、网络技术培训之 以太网技术讲解 技术支持部宽带产品线 2001/11,主要内容,以太网物理层 以太网数据链路层 以太网交换机 VLAN 生成树协议 二层组播 千兆以太网 其他各种高级技术,本课程主要内容,以太网起源,起源 起源与Xerox公司的一个实验网，该网络的 经验是Xerox,DEC,Intel1980年提出的以太网 建议的基础。 目标 简明和成本低 寻址灵活 公平高速 稳定和低延迟,起源和目标,物理层（一）,10BASE2 10BASE5 10BASE-T 100BASE-TX 100BASE-FX 100BASE-T4 100BASE-T2,物理层标准,物理层（二）,一.任一时刻只能
2、接收或发送 二.采用CSMA/CD访问机制 三.物理上有距离限制,半双工物理层,物理层（三）,一.同一时刻可以发送和接收 二.最大吞吐量达到双倍速率 三.从根本上消除了半双工的物理 距离限制,全双工物理层,物理层（四）,集线器I类,1.可以连接不同的物理介质 2.相当于一条高速总线，使用 CSMA/CD方式工作。,物理层（五）,集线器II类,与I类不同的是，它只能连接一种 类型的物理线路，并针对该线路 进行了优化，效率较高。,自动协商（一）,目前存在的以太网运行情况 有多种组合，如果按照实际 情况配置，非常不方便，通 过自动协商，可以让局域网 设备自动配置运行方式，避 免复杂的手工配置。,双工
3、方式,运行速率,全双工 半双工,10M 100M 1000M 10G,8种组合,自动协商（二）,双绞线物理链路在空闲的时候 以周期16ms发送脉冲，如果在 这16ms中间插入周期更小1.6ms 的脉冲，两端设备也能够辨认。 于是，我们可以使用1.6ms的脉 冲来携带自动协商信息。,自动协商实现基础,16ms,每个大脉冲插入16小脉冲,自动协商（三）,系统加电的时候，检测自动协商 标志，如果允许，则从配置寄存 器读出支持模式标志，编码后通 过空闲脉冲发送出去。发送出去 的编码格式称为基页。 如果接收到对方的基页，则跟自己发送的基页比较，找出支持能 力的交集，选取最优组合运行。,编码支持能力,双工
4、模式,运行速率,流量控制,.,101001010111000101001101010101.,自动协商（四）,根据通常情况下运行效率最好的原则选择最优组合。 在本例中，交换机和PC将以100M全双工模式运行。,协商原则,运行速率,双工模式,100M 10M,全双工 半双工,运行速率,双工模式,100M 10M,全双工 半双工,100M，全双工,自动协商（五）,图中各PC机安装了10/100M自适应网卡，交换机和HUB都支持自动协商，请问： 1.PCA和交换机之 间工作在什么方 式？ 2.PCB和HUB之间 工作在什么方式？ 3.HUB和交换机之 间工作在什么方 式？,总结与思考,PCA,PCB
5、,数据链路层（一）,数据链路层内部分为LLC 和MAC子层： LLC 给网络层提供一个统 一逻辑视图。 MAC 针对不同的物理层提 供不同的访问方式， 但提供给LLC子层一 个统一的接口。,网络层,数据链路层,物理层,LLC子层,MAC子层,数据链路层位置和结构,数据链路层（二）,LLC层提供三种服务： 1.面向连接的可靠数据传输； 2.无连接的不可靠数据传输； 3.带确认的可靠数据报传输。 根据SAP来决定上层的进程。,LLC子层,MAC子层,LLC子层帧结构和服务,DSAP,SSAP,Control,8bit,8bit,8/16bit,DMAC,SMAC,Length,LLC,DATA/F
6、CS,IEEE802.3帧结构,数据链路层（三）,LLC层维护一张以DSAP为索引的函数 列表，每接收到一个数据包，以DSAP 为索引调用相应的函数，该函数把数 据包挂到相应接收队列。,LLC子层数据的上层分发,.,函数列表,OnReceivedData_IP(Length,PDU) OnReceivedData_IPX(Length,PDU) OnReceivedData_NetBEUI(Length,PDU) OnReceivedData_05(Length,PDU) OnReceivedData_06(Length,PDU) .,126,SSAP,Control,数据链路层（四）,针对不
7、同的物理介质提供 不同的MAC层面来访问。 针对不同的双工模式，Ethernet划分为半双工MAC和全双工MAC。,MAC子层位置,LLC子层,TokenRingMAC,EthernetMAC,FDDIMAC,HalfDuplexMAC,FullDuplexMAC,数据链路层（五）,半双工MAC跟物理层之间至少有六种信号： 接收数据线 发送数据线 接收数据指示 发送数据指示 载波侦听 冲突发生,MAC子层半双工MAC（CSMA/CD）,HalfDuplexMAC,Physical_Layer,数据线,指示信号,冲突和检测信号,数据链路层（六）,全双工MAC跟物理层之间至少有四种信号： 接收数据
8、线 发送数据线 接收数据指示 发送数据指示,MAC子层全双工MAC,HalfDuplexMAC,Physical_Layer,数据线,指示信号,数据链路层（七）,Ethernet_II,DMAC,SMAC,Length/T,DATA/PAD,FCS,Length/Type值,含义,Length/T 1500 Length/T = 1500,代表了该帧的类型 代表了该帧的长度,跟IEEE802.3完全兼容， 如果Length/Type 1500，则该帧就是802.3帧，否则有类型直接指示上层模块。,数据链路层（八）,总结与思考,图中路由器跟一台PC通过CAT5线连接，但没法正常通信，在路由器上运
9、行SHOW INT命令，提示物理层活动（UP），但线路协议（LINE PROTOCOL）处于DOWN状态。请问，最可能的原因是什么，应该怎么解决？,以太网交换机（一）,.,RX TX,RX TX,接 收 缓 冲 区,发 送 缓 冲 区,高速背板总线,物理接口,交换机工作过程： 1. 接收数据并缓冲； 2. 缓冲发送的数据； 3. 利用总线完成接口交换。 CAUTION： 发送缓冲区要比接收缓冲区 大。,交换机基础结构,以太网交换机（二）,纵横式： 传统的PBX交换结构 宽总线： 提高时钟频率和总线 宽度，来提高速率 无阻塞网络： 一些交换网络结构，比 如Banyan等，能实现线 速转发。 线速
10、转发条件： 背板总线速率 = 端口速率* 端口数,交换机背板总线结构,. . .,. . .,Banyan,纵横式,宽总线结构,无阻塞网络,以太网交换机（三）,交换机维持一个CAM（Context Address Memory）数据结构，这 个数据结构来决定交换机的转发 过程。 在学习过程中，每接收到一个 MAC帧，则剥取源MAC建立 CAM项，然后向所有端口转发 该帧。,交换机工作过程学习,MAC,出口集合,1234.ABCD.0001 1234.ABCD.0002 1234.ADCB.0005 . .,1 2 3 . .,以太网交换机（四）,交换机接收到数据帧后，根据目的 地址查询CAM，
11、找到出口后，把 数据包从该出口集合发送出去。 在单播的情况下，出口列表集合只 有一个元素，但在多播情况下，出 口列表集合就可能不只一个元素。 CAUTION： 多播情况下，CAM表项的建立不是 通过学习得到的，而是通过IGMP 窥探，CGMP等协议获得的。,交换机工作过程转发,1234.ABCD.0001,1234.ADCB.0005,MAC,出口集合,1234.ABCD.0001 1234.ABCD.0002 1234.ADCB.0005 . .,1 2 3 . .,以太网交换机（五）,交换机把接收到的整个数据 包缓存，检查数据包长度， 进行CRC校验，然后查询CAM 表进行转发。 提高了可
12、靠性，可以让错误 数据包提前过滤掉，但速度 上有折扣。,交换方式存储转发,以太网交换机（六）,交换机接收数据包的时候， 只要接收完头部信息，马上 查询CAM表，根据结果立即 进行转发。 大大提高了转发速率，但有 可能转发一些错误数据包。,交换方式直通方式（CutThrough）,. . .,以太网交换机（七）,交换机接收完数据包的前64 字节（一个最端帧长度）， 然后根据头信息查表转发。 结合了直通方式和存储转发 方式的优点。,交换方式碎片隔离(Frag-Free),. . .,64,以太网交换机（八）,有些情况下需要比交换机 支持的最大端口速率还大 的高速链路，这个时候就 可以把多条相同性质
13、的链 路逻辑聚合成一条高速链 路。 聚合条件： 1.各分离的链路速率相同； 2.各分离的链路必须是全 双工链路； 3.各分离的链路两端参数 一致，比如流量控制； 4.各分离的链路速率不能 小于100M。,主干链路解决方案链路聚合,以太网交换机（九）,图中三个低端交换机连接 了上百终端，这些终端来 访问跟核心交换机A连接 的服务器，而核心交换机 A和B仅仅提供100M口。 请问： 1.该如何解决两个核心交 换机之间的瓶颈？ 2.如果客户跟服务器之间 的数据传输需要保持顺 序，您的解决方案能满 足要求吗？,总结与思考,.,.,.,？,VLAN（一）,VLAN基本概念,划分VLAN的目的： 1.抑制
14、广播 2.安全性考虑 3.管理方便 VLAN划分方式： 1.基于端口 2.基于MAC地址 3.基于第三层协议 4.基于组播组 5.基于IP地址影射 6.基于策略,VLAN（二）,划分方式基于端口,可以通过配置的形式明确指定 端口所属的VLAN。 特点： 1.配置简单 2.含义明确 3.与实际联系紧密 4.应用广泛,VLAN（三）,划分方式基于MAC地址,通过MAC地址指定端口的VLAN， 需要TFTP服务器和TFTP客户端的 支持。 特点： 1.安全性高 2.配置比较烦琐,1234.ABCD.0001 100 1234.ABCD.0002 200 1234.ABCD.0003 100 1234
15、.ABCD.0004 200 . .,TFTP,1234.ABCD.0001,1234.ABCD.0003,VLAN（四）,跨越交换机的VLAN,实际应用中，VLAN往往跨越多个 交换机。这时候，需要交换机的某 些端口有特殊的能力。 请思考：跨越交换机的VLAN如何 正确的通信？,1234.ABCD.0001,1234.ABCD.0003,VLAN（五）,交换机间链路TAG链路,两个交换机间用来传递VLAN通信的 链路称为TRUNK。 在TAG链路上传输的帧携带VLAN ID， 用来正确的区分帧所属的VLAN。,1234.ABCD.0001,1234.ABCD.0003,TAG链路,VLAN（六）,802.1q帧格式,在TAG链路上传输这种类型的帧， 对端交换机根据802.1q中的VLAN ID来区分正确的VLAN,然后向该 VLAN包含的端口转发.,D_Addr,S_Addr,802.1q,L/T,DATA,TYPE,PRI/CFI/VID,NAME,VLUE,TYPE PRI CFI V
