数据链路层与交换机

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1、L o g o数据链路层与交换机1Chapter卡特尔信息技术有限公司中南大学大学生科研训练中心本章目标v能够正确接入交换机，并掌握Cisco交换机的基 本操作 了解数据链路层的功能 了解以太网帧格式 了解交换机的数据转发原理 熟悉Cisco交换机的几种操作模式2Chapter卡特尔信息技术有限公司中南大学大学生科研训练中心本章结构数据链路层与 交换机以太网启动信息数据转发原理全双工工作原理基本配置工作原理访问方法产品概述Cisco Catalyst 2900系列数据链路层链路层设备 交换机CSMA/CD配置模式功能帧格式MAC地址内部交换方式3Chapter卡特尔信息技术有限公司中南大学大学

2、生科研训练中心数据链路层的功能21v数据链路层 位于网络层与物理层之间物理层物理层数据链路层数据链路层网络层网络层数据链路层协议比特（Bit ）帧（Frame ）包(Packet ）主机A主机B数据单元4Chapter卡特尔信息技术有限公司中南大学大学生科研训练中心数据链路层的功能22v数据链路层的功能 数据链路的建立、维护与拆除 帧包装、帧传输、帧同步 帧的差错恢复 流量控制5Chapter卡特尔信息技术有限公司中南大学大学生科研训练中心以太网v以太网工作在数据链路层物理层物理层数据链路层数据链路层网络层网络层物理层协议数据链路层协议网络层协议比特帧包12主机A主机B数据单元层以太网6Cha

3、pter卡特尔信息技术有限公司中南大学大学生科研训练中心什么是以太网v我们平常使用的局域网就是以太网如果中间的线路是共享 的，这条链路在同一时间 由谁来使用呢？如何来保 证这些主机能有序的使用 共享线路，不发生数据的 冲突？ 如果主机A发出一个 数据包给主机B，如何标 识主机A和主机B呢？这 就是主机的地址问题。 主机之间发送的数据 ，需要保证双方互相都 能读懂，那么它们发送 的数据的格式，是不是 需要有一个统一的规范 呢？7Chapter卡特尔信息技术有限公司中南大学大学生科研训练中心以太网采用CSMA/CDvCSMA/CD带冲突检测的载波监听多路访 问 v以太网采用CSMA/CD避免信号的

4、冲突 v工作原理 发送前先监听信道是否空闲， 若空闲则立即发送数据。 在发送时，边发边继续监听 若监听到冲突，则立即停止 发送 等待一段随机时间（称为退 避）以后，再重新尝试8Chapter卡特尔信息技术有限公司中南大学大学生科研训练中心以太网MAC地址v以太网地址用来识别一个以太网上的某个单独的 设备或一组设备 例如：00061be3936c 000d28beb6 42 IBMCISCO24比特 （供应商标识）24比特 （供应商对网卡的唯一编号）对于目的地址： 0物理地址（单播地址） 1逻辑地址（组播地址）9Chapter卡特尔信息技术有限公司中南大学大学生科研训练中心以太网帧格式v802.

5、3 以太网帧格式数据链路层封装7字节6字节6字节前导码目的地址源地址类 型 / 长 度数据帧校验 序列461500 字节4字节1 字 节2 字 节帧 启 始 定界 符物理层封装10Chapter卡特尔信息技术有限公司中南大学大学生科研训练中心以太网标准物理层数据链 路层逻辑链路控 制子层（ LLC)介质访问控 制子层（ MAC)以 太 网IEEE802.2IEEE802.311Chapter卡特尔信息技术有限公司中南大学大学生科研训练中心MAC子层与LLC子层21v 介质访问控制（MAC）子层（802.3） 将上层交下来的数据封装成帧进行发送(接收时进行相 反的过程，将帧拆卸)； 实现和维护介

6、质访访问控制协议，例如CSMA/CD； 比特差错检测； MAC帧的寻址，即MAC帧由哪个站（源站）发出，被 哪个站哪些站接收（目的站）。12Chapter卡特尔信息技术有限公司中南大学大学生科研训练中心MAC子层与LLC子层22v逻辑链路控制（LLC）子层（802.2） 建立和释放数据链路层的逻辑连接； 提供与上层的接口； 给帧加上序号。13Chapter卡特尔信息技术有限公司中南大学大学生科研训练中心以太网命名方法vN信号物理介质 N：以兆位为单位的数据速率，如10、100、1000 信号：基带还是宽带 物理介质：标识介质类型例如：100BASE-TX数据速率为100M基带，即物理介质为 以

7、太网专用UTP或STP14Chapter卡特尔信息技术有限公司中南大学大学生科研训练中心阶段总结 数据链路层的功能 以太网与数据链路层的关系 以太网使用CSMA/CD 以太网地址 以太网帧格式15Chapter卡特尔信息技术有限公司中南大学大学生科研训练中心以太网交换机v 交换机是用来连接局域网的主要设备 交换机能够根据以太网帧中目标地址智能的转发数据 ，因此交换机工作在数据链路层 交换机分割冲突域，实现全双工通信16Chapter卡特尔信息技术有限公司中南大学大学生科研训练中心交换机数据转发原理12111B334422AABBA 端口1端口1端口2端口2data端口3端口3主机11给主机33

8、发送一个数据帧： 目标地址：33 源地址： 1117Chapter卡特尔信息技术有限公司中南大学大学生科研训练中心交换机数据转发原理122AMAC地址端口号v 交换机A在接收到数据帧后，执行以下操作： 交换机A查找MAC地址表 交换机A学习主机11的MAC地址 交换机A向其他所有端口发送广播11 118Chapter卡特尔信息技术有限公司中南大学大学生科研训练中心交换机数据转发原理12311B334422AABBA 端口1端口1端口2data端口2端口3端口3data19Chapter卡特尔信息技术有限公司中南大学大学生科研训练中心交换机数据转发原理124v 交换机B在接收到数据帧后，执行以下

9、操作： 交换机B查看MAC地址表 交换机B学习源MAC地址和端口号 交换机B向所有端口广播数据包 v 主机22，查看数据包的目标MAC地址不是自己，丢弃数据 包BMAC地址端口号 11 322data20Chapter卡特尔信息技术有限公司中南大学大学生科研训练中心交换机数据转发原理125B334422AABBA 端口1端口1端口2data端口2端口3端口3data11data21Chapter卡特尔信息技术有限公司中南大学大学生科研训练中心交换机数据转发原理126v 主机33，接收到数据帧 v 主机44，丢弃数据帧3344datadata在这个过程中，交换机的 MAC地址表中没有需要的条 目

10、，交换机通过广播的方式， 转发了数据帧22Chapter卡特尔信息技术有限公司中南大学大学生科研训练中心交换机数据转发原理127B334422AABBA 端口1端口1端口2端口2端口3端口3data11这时，主机44要给主机11发送一个数据 帧： 目标地址：11 源地址： 4423Chapter卡特尔信息技术有限公司中南大学大学生科研训练中心交换机数据转发原理128BMAC地址端口号11 3v 交换机B在接收到数据帧后，执行以下操作： 交换机B学习源MAC地址和端口号 交换机B查看MAC地址表，根据MAC地址表中的条 目，单播转发数据到端口344 224Chapter卡特尔信息技术有限公司中南

11、大学大学生科研训练中心交换机数据转发原理129AMAC地址端口号11 1v 交换机A在接收到数据帧后，执行以下操作： 交换机A学习源MAC地址和端口号 交换机A查看MAC地址表，根据MAC地址表中的条 目，单播转发数据到端口1 v 主机11，收到数据帧44 325Chapter卡特尔信息技术有限公司中南大学大学生科研训练中心交换机数据转发原理1210B334422AABBA 端口1端口1端口2端口2端口3端口311data在这个过程中，交换机的 MAC地址表中已经学到了需 要的条目，交换机通过单播的 方式，转发了数据帧26Chapter卡特尔信息技术有限公司中南大学大学生科研训练中心交换机数据

12、转发原理1211AMAC地址端口号11 144 322 233 3MAC地址端口号11 344 222 333 1v交换机最终的MAC地址表B27Chapter卡特尔信息技术有限公司中南大学大学生科研训练中心交换机数据转发原理1212v 转发 交换机根据MAC地址表单播转发数据帧 v 学习 MAC地址表是交换机通过学习接收的数据帧的源MAC地址来形成 的 v 广播 如果目标地址在MAC地址表中没有，交换机就向除接收到该数据 帧的端口外的其他所有端口广播该数据帧 v 更新 交换机MAC地址表的老化时间是300秒 交换机如果发现一个帧的入端口和MAC地址表中源MAC地址的所 在端口不同，交换机将M

13、AC 地址重新学习到新的端口28Chapter卡特尔信息技术有限公司中南大学大学生科研训练中心单工、半双工与全双工v单工 只有一个信道，传输方向只能是单向的v半双工 只有一个信道，在同一时刻，只能是单向传输v全双工 双信道，同时可以有双向数据传输ABABAB例如：寻呼机例如：对讲机例如：电话29Chapter卡特尔信息技术有限公司中南大学大学生科研训练中心冲突与冲突域v如果冲突过多，则传输效率就会降低. . . . . .主机A主机B主机C冲突域30Chapter卡特尔信息技术有限公司中南大学大学生科研训练中心分割冲突域v为了提高传输效率，分割冲突域. . . . . .冲突域1冲突域2冲突域

14、331Chapter卡特尔信息技术有限公司中南大学大学生科研训练中心交换机背板交换矩阵结构v交换机的每个端口访问 另一个端口时，都有一条 专有的线路，不会产生冲 突。32Chapter卡特尔信息技术有限公司中南大学大学生科研训练中心冲突域与广播域v广播域指接收同样广播消息的节点的集合，如：在该 集合中的任何一个节点传输一个广播帧，则所有其他能 收到这个帧的节点都被认为是该广播帧的一部分 v交换机分割冲突域，但是不分割广播域，即交换机的 所有端口属于同一个广播域. . . .广播域广播域冲突域冲突域广播33Chapter卡特尔信息技术有限公司中南大学大学生科研训练中心交换机内部交换方式31v存储

15、转发交交换机换机发送发送接接收收FCS 校验缓存34Chapter卡特尔信息技术有限公司中南大学大学生科研训练中心交换机内部交换方式32v快速转发交交换机换机发送发送接接收收直接发送直接发送35Chapter卡特尔信息技术有限公司中南大学大学生科研训练中心交换机内部交换方式33v分段过滤（Fragment Free ）交交换机换机发送发送接接收收冲突 检测收到收到6464字字 节后节后发发送送36Chapter卡特尔信息技术有限公司中南大学大学生科研训练中心交换机产品介绍产品编号描述WS-C2950-2424 port, 10/100 Catalyst Switch, Standard Image onlyWS-C2950C-2424 10/100 ports with 2 100BASE-FX uplinks, Enhanced ImageWS-C2950T-2424 10/100 ports w/ 2 10/100/1000BASE-T ports