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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