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1、1,DZ010011 以太网技术原理,ISSUE 1.0,2,引入,我们知道局域网包含以太网,令牌环和令牌总线等等,这些技术当中以太网技术以其简明高效的特点逐渐占据了主导地位,所以以下课程单独讲以太网技术。,3,学习目标,描述以太网的基本概念,学习完本课程，您应该能够：,理解以太网常见的几种设备和理解交换机的工作过程,理解VLAN和L3交换机的工作原理,描述以太网当今的发展趋势和千兆以太网,4,课程内容,第一章 以太网基本概念 第二章 HUB和L2交换机出现 第三章 VLAN和L3交换机出现 第四章 GE/10GE以太网出现,5,00e0.fc39.8034 1.M A C地址有4 8位，但它
2、通常被表示为12位的点分十六进制数。 2.M A C地址全球唯一，由 I E E E对这些地址进行管理和分配。每个地址由两部分组成，分别是供应商代码和序列号。其中前2 4位二进制代表该供应商代码。剩下的24位由厂商自己分配。 3.如果48位全是1，则表明该地址是广播地址。 4.如果第8位是1，则表示该地址是组播地址。,你知道为什么IP地址不像MAC地址一样做成固定的？,以太网的MAC地址,6,Ethernet_II,DMAC,SMAC,Length/T,DATA/PAD,FCS,Length/Type值,含义,Length/T 1500Length/T = 1500,代表了该帧的类型代表了该帧
3、的长度,802.3,以太网帧结构,7,以太网原理-CSMA/CD,冲突的检测： 由于两个站点同时发送信号，经过叠加后，会使线路上电压的摆动值超过正常值一倍。据此可判断冲突的产生。,CS：载波侦听。 在发送数据之前进行监听，以确保线路空闲，减少冲突的机会。 MA：多址访问。 每个站点发送的数据，可以同时被多个站点接收。 CD：冲突检测。 边发送边检测，发现冲突就停止发送，然后延迟一个随机时间之后继续发送。,8,以太网通信的原则： 同一时刻只能有一台主机在发送，但可以有多台主机同时接收广播；如果一个以太网报文被完全发送出去则在链路上肯定不会发生冲突，即理论上不再需要发送第二次。,最小帧长与最大传输
4、距离,最大传输距离：通常由线路质量、信号衰减程度度等因素决定。 最小帧长（64字节）：由最大传输距离和冲突检测机制共同决定。 规定最小帧长是为了避免这种情况发生：某站点已经将一个数据包的最后一个BIT发送完毕，但这个报文的第一个BIT还没有传送到距离很远的一个站点。而站点认为线路空闲而发送数据，导致冲突。,9,共享式以太网传输介质,10Base5：粗同轴电缆（5代表电缆的字段长度是500米） 10Base2：细同轴电缆（2代表电缆的字段长度是200米）,在共享式以太网之时，使用一种称为抽头的设备建立与同轴电缆的连接。须用特殊的工具在同轴电缆里挖一个小洞，然后将抽头接入。此项工作存在一定的风险：
5、因为任何疏忽，都有可能使电缆的中心导体与屏蔽层短接，导致这个网络段的崩溃。同轴电缆的致命缺陷是：电缆上的设备是串连的，单点的故障可以导致这个网络的崩溃。,10,其中介质可靠性差是共享式以太网的主要问题。,共享式以太网的缺点,在共享式以太网中，所有的主机都以平等的地位连接到同轴电缆上，但如果以太网中主机数目较多，则存在以下严重问题： 介质可靠性差 冲突严重 广播泛滥 无任何安全性,11,课程内容,第一章 以太网基本概念 第二章 HUB和L2交换机出现 第三章 VLAN和L3交换机出现 第四章 GE/10GE以太网出现,12,从同轴电缆到双绞线,80年代末期，非屏蔽双绞线（UTP）出现，并迅速得到
6、广泛的应用。UTP的巨大优势在于： 价格低廉； 制作简单； 收发使用不同的线缆； 逻辑拓扑依旧是总线的，但物理拓扑变为星形；,星形的物理拓扑是如何实现的？,13,传统以太网连接设备HUB,HUB设备工作模型：,注意：HUB仅仅是物理上的连接设备。,14,所有的HUB都是半双工的,HUB设备工作原理：,HUB仅仅改变了以太网的物理拓扑,15,冲突域,HUB,LAN,LAN,LAN,LAN,LAN,HUB对所连接的LAN只做信号的中继，所有的物理设备构成了一个冲突域。,16,由HUB组建以太网的实质,由HUB组建以太网，依然是一种共享式以太网。,实际上网络中由HUB组建以太网，仍然存在以下缺陷：
7、冲突严重； 广播泛滥； 无任何安全性。,17,L2工作模型,(BRIDGE/以太网交换机/L2) 设备工作模型：,18,分段1,分段2,A,B,C,PORT1,PORT2,D,交换机典型应用,交换机,基于源地址学习,注意： 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。,19,基于目的地址转发,MAC地址,所在端口,MACA,1,MACB,1,MACC,2,MACD,2,MACD,MACA,端口1,MACD,MACA,端口2,20,二层交换机原理,上述原则中存在三处严重的错误，你知道是什么吗？,接收网段上的所有数据帧； 利用接收数据帧中的源MAC地
8、址来建立MAC地址表（源地址自学习），使用地址老化机制进行地址表维护； 在MAC地址表中查找数据帧中的目的MAC地址，如果找到就将该数据帧发送到相应的端口，如果找不到，就向所有的端口发送(除接收帧的端口)； 向所有端口转发广播帧和多播帧。,21,1.接收网段上的所有数据帧； 2.利用接收数据帧中的源MAC地址来建立MAC地址表（源地址自学习），使用地址老化机制进行地址表维护； 3.在MAC地址表中查找数据帧中的目的MAC地址，如果找到就将该数据帧发送到相应的端口（不包括源端口）；如果找不到，就向所有的端口发送（不包括源端口）； 4.向所有端口转发广播帧和多播帧（不包括源端口）。,正确答案,你知
9、道为什么有这样的限制吗？,22,正确答案,不仅仅是没有必要的问题，而是一定不能再发送，因为这样一个报文会在网段中出现两次。造成严重错误,从这个端口接收的报文，肯定被这个端口所在的网段已知，所以没有必要从这个端口再发送一遍。,23,三种交换模式,Cut-Through： 交换机接收到目的地址即开始转发过程 延迟小 交换机不检测错误 Store-and-Forward： 交换机将全部内容接收才开始转发过程 延迟大 交换机检测错误，不会有错包 Frag-free： 交换机接收完数据包的前64字节（一个最短帧长度），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。,24,全双工简述,实现
10、全双工的物质保证 全双工对以太网技术的影响 支持全双工的设备,25,双工方式,运行速率,全双工半双工,10M100M1000M10G,8种组合,自动协商,26,使用1ms的脉冲来携带自动协商信息。,16ms,每个大脉冲插入16小脉冲,自动协商实现基础,27,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。,双工模式,运行速率,流量控制,.,101001010111000101001101010101.,编码支持能力,
11、28,运行速率,双工模式,100M10M,全双工半双工,运行速率,双工模式,100M10M,全双工半双工,100M，全双工,协商原则,29,广播域,冲突域,广播域,L2对所接收到的数据帧根据MAC地址进行二层转发，冲突域被限制到了一个端口上。但是无法限制广播域的大小。,冲突域,冲突域,冲突域,冲突域,30,全双工和L2交换机的缺点,全双工和L2带来了以太网两次重大飞跃，彻底解决了困扰以太网的冲突问题，极大的改进了以太网的性能。并且以太网的安全性也有所提高。但以太网存在如下缺点： 广播泛滥 安全性仍旧无法得到有效的保证,其中广播泛滥严重是L2以太网的主要缺点,为什么使用L2会在一定程度上提高以太
12、网的安全性？,31,课程内容,第一章 以太网基本概念 第二章 HUB和L2交换机出现 第三章 VLAN和L3交换机出现 第四章 GE/10GE以太网出现,32,VLAN的起源基于端口分组,SWITCH,工程部,市场部,销售部,10.110.10.0,10.110.20.0,10.110.30.0,1,2,9,8,5,实现简单，但只能适用于一台交换机,解决广播泛滥问题的主导思想：将没有互访需求的主机隔离开,33,VLAN技术的优点和缺点,我有个办法，你看行吗 让VLAN只限制广播报文，不限制单播报文！,VLAN技术成功的解决了广播问题，并且使以太网的安全性有了进一步的提高，此时的以太网技术趋于完
13、美。 但VLAN技术也有缺点： 使用VLAN来划分网络后，网络的效率提高不少，可是本来不需要相互访问的两个部门，现在又要少量的访问需求，该怎么办到呢？,34,解决办法（一）,SWITCH,工程部 VLAN,市场部 VLAN,销售部 VLAN,10.110.10.0,10.110.20.0,10.110.30.0,使用路由器连接不同的VLAN,前提：VLAN和IP子网间是一对一的关系,缺点：每个VLAN需要占用一个路由器的端口；不同VLAN中的主机需配置不同的缺省网关,35,使用支持VLAN属性的路由器连接不同的VLAN,前提：VLAN和IP子网间是一对一的关系,解决办法（二）-单臂路由,SWI
14、TCH,工程部 VLAN,市场部 VLAN,销售部 VLAN,10.110.10.0,10.110.20.0,10.110.30.0,36,需要多个设备，组网复杂； VLAN间通信通过路由器完成； 路由器价格昂贵，速率较低。,传统路由器整机64字节包转发能力通常100,100pps,LANSwitch单个100M端口64字节包转发能力148,810pps,SWITCH,（L2+路由器）模式的缺陷,工程部 VLAN,市场部 VLAN,销售部 VLAN,10.110.10.0,10.110.20.0,10.110.30.0,37,将路由器和交换机合成一个设备三层交换机,前提：VLAN和IP子网间是
15、一对一的关系,解决办法（三）,SWITCH,工程部 VLAN,市场部 VLAN,销售部 VLAN,10.110.10.0,10.110.20.0,10.110.30.0,38,什么是三层交换机,在逻辑上，三层交换和路由是等同的，三层交换的过程就是IP报文选路的过程。 三层交换机与路由器在转发操作上的主要区别在于其实现的方式： 三层交换机通过硬件实现查找和转发； 传统路由器通过微处理器上运行的软件实现查找和转发； 三层交换机的转发路由表与路由器一样，需要软件通过路由协议来建立和维护。 在局域网中引入三层交换： 能够更加经济的替代传统路由器。,39,路由器与交换机的接口,40,进行三层转发 VLAN间转发,进行二层转发 VLAN内转发,是否是路由接口的MAC地址,VLAN属性,帧输入,选择二层交换或三层交换,41,三层交换机的应用,三层交换机特别适合下面这样的组网 几乎全以太网接口 路由比较稳定，变化比较少,42,低端的路由器和L3的区别,项目,路由器,三层交换机,端口类型,非常丰富，几乎可以支持所有通信端口,比较单一，主要支持以太网,
