ZTO018 以太網(wǎng)的原理.ppt

1、TB000002光網(wǎng)絡(luò)METRO-以太網(wǎng)原理ISSUE1.0 1 了解以太網(wǎng)物理層的工作過(guò)程 了解二層組播協(xié)議和生成樹(shù)協(xié)議的工作過(guò)程 掌握802.1Q幀格式和各個(gè)字段的含義 掌握以太網(wǎng)口自協(xié)商的原理 學(xué)習(xí)目標(biāo)2內(nèi)容提要以太網(wǎng)物理層以太網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層以太網(wǎng)交換機(jī)VLAN千兆以太網(wǎng)二層組播生成樹(shù)協(xié)議3起源 起源于Xerox公司的一個(gè)實(shí)驗(yàn)網(wǎng)，該網(wǎng)絡(luò)的 經(jīng)驗(yàn)是Xerox,DEC,Intel1980年提出的以太網(wǎng) 建議的基礎(chǔ)。目標(biāo) 簡(jiǎn)明和成本低 尋址靈活 公平高速 穩(wěn)定和低延遲 起源和目標(biāo)4 10BASE2 10BASE5 10BASE-T 100BASE-TX 100BASE-FX 100BASE-T4

2、 100BASE-T2物理層標(biāo)準(zhǔn)5 任一時(shí)刻只能接收或發(fā)送 采用CSMA/CD訪問(wèn)機(jī)制 物理上有距離限制半雙工物理層6 同一時(shí)刻可以發(fā)送和接收 最大吞吐量達(dá)到雙倍速率 從根本上消除了半雙工的物理距離限制全雙工物理層7雙工方式運(yùn)行速率全雙工半雙工10M100M1000M10G8種組合自動(dòng)協(xié)商8使用1ms的脈沖來(lái)攜帶自動(dòng)協(xié)商信息。16ms每個(gè)大脈沖插入16小脈沖自動(dòng)協(xié)商實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)9系統(tǒng)加電的時(shí)候，檢測(cè)自動(dòng)協(xié)商標(biāo)志，如果允許，則從配置寄存器讀出支持模式標(biāo)志，編碼后通過(guò)空閑脈沖發(fā)送出去。發(fā)送出去的編碼格式稱為基頁(yè)。如果接收到對(duì)方的基頁(yè)，則跟自己發(fā)送的基頁(yè)比較，找出支持能力的交集，選取最優(yōu)組合運(yùn)行。雙工模

3、式運(yùn)行速率流量控制.11010101.編碼支持能力10運(yùn)行速率雙工模式100M10M全雙工半雙工運(yùn)行速率雙工模式100M10M全雙工半雙工100M，全雙工協(xié)商原則11它只能連接一種類型的物理線路集線器I類12 可以連接不同的物理介質(zhì) 相當(dāng)于一條高速總線，使用CSMA/CD方式工作。集線器II類13內(nèi)容提要以太網(wǎng)物理層以太網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層以太網(wǎng)交換機(jī)VLAN千兆以太網(wǎng)二層組播生成樹(shù)協(xié)議14網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層LLC子層MAC子層數(shù)據(jù)鏈路層位置和結(jié)構(gòu)15半雙工MAC跟物理層之間至少有六種信號(hào)：接收數(shù)據(jù)線發(fā)送數(shù)據(jù)線接收數(shù)據(jù)指示發(fā)送數(shù)據(jù)指示載波偵聽(tīng)沖突發(fā)生HalfDuplexMACPhysical_La

4、yer數(shù)據(jù)線指示信號(hào)沖突和檢測(cè)信號(hào)MAC子層半雙工MAC（CSMA/CD）16全雙工MAC跟物理層之間至少有四種信號(hào)：接收數(shù)據(jù)線發(fā)送數(shù)據(jù)線接收數(shù)據(jù)指示發(fā)送數(shù)據(jù)指示HalfDuplexMACPhysical_Layer數(shù)據(jù)線指示信號(hào)MAC子層全雙工MAC17 針對(duì)不同的物理介質(zhì)提供不同的MAC層面來(lái)訪問(wèn)。 針對(duì)不同的雙工模式，Ethernet劃分為半雙工MAC和全雙工MAC。MAC子層TokenRingMACEthernetMACFDDIMACHalfDuplexMACFullDuplexMACMAC子層位置18LLC子層MAC子層DSAPSSAPControl8bit8bit8/16bitDM

5、ACSMACLengthLLCDATA/FCSIEEE802.3幀結(jié)構(gòu)LLC子層幀結(jié)構(gòu)和服務(wù)DSAP（目的服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)） SSAP（源服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)）Control(控制字段) 19Ethernet_IIDMACSMACLength/TDATA/PADFCSLength/Type值含義Length/T 1500Length/T = 1500代表了該幀的類型代表了該幀的長(zhǎng)度802.3以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu)DMAC:目的終端的MAC地址；SMAC：源終端的MAC地址；DATA/PAD則是具體的數(shù)據(jù)FCS則是幀校驗(yàn)字段，來(lái)判斷該數(shù)據(jù)幀是否出錯(cuò) 20內(nèi)容提要以太網(wǎng)物理層以太網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層以太網(wǎng)交換機(jī)VLAN千兆以太網(wǎng)二

6、層組播生成樹(shù)協(xié)議21.RX TXRX TX接收緩沖區(qū)發(fā)送緩沖區(qū)高速背板總線物理接口交換機(jī)工作過(guò)程：1. 接收數(shù)據(jù)并緩沖；2. 緩沖發(fā)送的數(shù)據(jù)；3. 利用總線完成接口交換。注意：發(fā)送緩沖區(qū)要比接收緩沖區(qū)大。交換機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)22交換機(jī)維持一個(gè)CAM（中央地址存儲(chǔ)器）表，這個(gè)表決定交換機(jī)的轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程。每接收到一個(gè)MAC幀，則剝?nèi)≡碝AC建立CAM項(xiàng)，然后向所有端口轉(zhuǎn)發(fā)該幀。MAC出口集合1234.ABCD.00011234.ABCD.00021234.ADCB.0005 . .123 . .交換機(jī)工作過(guò)程學(xué)習(xí)23交換機(jī)接收到數(shù)據(jù)幀后，根據(jù)目的地址查詢CAM，找到出口后，把數(shù)據(jù)包從該出口集合發(fā)送出去。在單

7、播的情況下，出口列表集合只有一個(gè)元素，但在多播情況下，出口列表集合就可能不只一個(gè)元素。CAUTION：多播情況下，CAM表項(xiàng)的建立不是通過(guò)學(xué)習(xí)得到的，而是通過(guò)IGMP窺探，CGMP等協(xié)議獲得的。1234.ABCD.00011234.ADCB.0005MAC出口集合1234.ABCD.00011234.ABCD.00021234.ADCB.0005 . .123 . .交換機(jī)工作過(guò)程轉(zhuǎn)發(fā)24內(nèi)容提要以太網(wǎng)物理層以太網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層以太網(wǎng)交換機(jī)VLAN千兆以太網(wǎng)二層組播生成樹(shù)協(xié)議25劃分VLAN的目的： 抑制廣播 安全性考慮 管理方便VLAN劃分方式： 基于端口 基于MAC地址 基于第三層協(xié)議VLAN

8、基本概念26可以通過(guò)配置的形式明確指定端口所屬的VLAN。特點(diǎn)： 配置簡(jiǎn)單 含義明確 與實(shí)際聯(lián)系緊密 應(yīng)用廣泛劃分方式基于端口27通過(guò)MAC地址指定端口的VLAN，需要服務(wù)器和客戶端的支持。特點(diǎn)： 安全性高 配置比較煩瑣1234.ABCD.0001 1001234.ABCD.0002 2001234.ABCD.0003 1001234.ABCD.0004 200 . .Server1234.ABCD.00011234.ABCD.0003劃分方式基于MAC地址28實(shí)際應(yīng)用中，VLAN往往跨越多個(gè)交換機(jī)。這時(shí)候，需要交換機(jī)的某些端口有特殊的能力。1234.ABCD.00011234.ABCD.00

9、03跨越交換機(jī)的VLAN29 兩個(gè)交換機(jī)間用來(lái)傳遞VLAN通信的鏈路稱為TRUNK。 在TAG鏈路上傳輸?shù)膸瑪y帶VLAN ID，用來(lái)正確的區(qū)分幀所屬的VLAN。1234.ABCD.00011234.ABCD.0003Trunk鏈路TRUNK鏈路30在TAG鏈路上傳輸這種類型的幀，對(duì)端交換機(jī)根據(jù)802.1q中的VLANID來(lái)區(qū)分正確的VLAN,然后向該VLAN包含的端口轉(zhuǎn)發(fā).D_AddrS_Addr802.1qL/TDATATYPEPRI/CFI/VIDNAMEVLUETYPEPRICFIVID8100優(yōu)先級(jí)用于環(huán)形結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)VLAN ID802.1q幀格式31端口類型類型含義TAG非TAG能接收

10、包含VLANID幀的端口,常用作交換機(jī)間連接不能識(shí)別VLAN ID幀,用來(lái)連接終端既能識(shí)別標(biāo)記幀,又能接收非標(biāo)記幀,有一個(gè)默認(rèn)VLAN用于接收到的非標(biāo)記幀.鏈路類型類型含義TAGACCESS交換機(jī)間鏈路,傳輸?shù)膸瑪y帶VLAN信息,如果在該鏈路上接收到不包含VLAN信息的幀,則按照配置動(dòng)作.不能識(shí)別包含VLANID的幀,連接終端.交換機(jī)端口類型和交換機(jī)間鏈路類型混合32Internet如果沒(méi)有服務(wù)質(zhì)量保證，關(guān)鍵性業(yè)務(wù)可能因?yàn)榈貌坏綆挾苡绊懸蕴W(wǎng)QoS保證33三比特的優(yōu)先級(jí)字段802.1q幀格式，為實(shí)施帶優(yōu)先級(jí)的服務(wù)提供了基礎(chǔ)高優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)包低優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)包以太網(wǎng)QoS保證D_AddrS_Addr

11、802.1qL/TDATATYPEPRI/CFI/VID34優(yōu)先級(jí)隊(duì)列0123456712優(yōu)先級(jí)隊(duì)列01234567123優(yōu)先級(jí)跟交換機(jī)發(fā)送隊(duì)列的對(duì)應(yīng)關(guān)系35內(nèi)容提要以太網(wǎng)物理層以太網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層以太網(wǎng)交換機(jī)VLAN千兆以太網(wǎng)二層組播生成樹(shù)協(xié)議3601010101 10101010 .0101010101 1010101010 .鏈路層物理層千兆以太網(wǎng)物理層8B10B編碼37 8B10B不對(duì)稱影射10B：1024種組合8B： 256 種組合 數(shù)據(jù)代碼組 特殊代碼組 保留代碼組 代碼組38特殊代碼組特殊代碼組有序集有序集鏈路層數(shù)據(jù)有序集把數(shù)據(jù)封裝在有序集中進(jìn)行傳輸一個(gè)或多個(gè)特殊代碼組的整體是有序集

12、， 有序集是特殊代碼 的組合 有序集是個(gè)整體 在傳輸鏈路層數(shù)據(jù)的時(shí)候，在數(shù)據(jù)前后添加有序集，指示傳輸?shù)拈_(kāi)始有序集和數(shù)據(jù)封裝39 Start_Of_Packet 在傳輸具體數(shù)據(jù)的開(kāi)始，發(fā)送該有序集。 IDLE 在沒(méi)有數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)候，物理鏈路也不空閑，而是傳輸該有序 集來(lái)保持激活狀態(tài)。 End_Of_Packet 具體數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束的時(shí)候發(fā)送該有序集，指示數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束。 Configuration 封裝自動(dòng)協(xié)商數(shù)據(jù)有序集示例40大量數(shù)據(jù)PAUSE幀流量控制41終端設(shè)備把自己支持的能力編碼到上述形式的基頁(yè)中，發(fā)送給對(duì)方，相互比較，按照最優(yōu)的原則選擇運(yùn)行方式。自動(dòng)協(xié)商42內(nèi)容提要以太網(wǎng)物理層以太網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈

13、路層以太網(wǎng)交換機(jī)VLAN千兆以太網(wǎng)二層組播生成樹(shù)協(xié)議43媒體流服務(wù)器媒體流接收端概念44內(nèi)容提要以太網(wǎng)物理層以太網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層以太網(wǎng)交換機(jī)VLAN千兆以太網(wǎng)二層組播生成樹(shù)協(xié)議45為了提高冗錯(cuò)性，交換機(jī)往往通過(guò)多條鏈路連接上層交換機(jī)，假設(shè)其中一條鏈路斷了，可以有另外一條備用。冗余鏈路46這時(shí)候，如果交換機(jī)接收到一個(gè)廣播包，則向所有兩條上行鏈路上轉(zhuǎn)發(fā)，核心層交換機(jī)接收到以后，互相轉(zhuǎn)發(fā)，這樣最終形成環(huán)路，帶來(lái)網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴。冗余鏈路帶來(lái)的問(wèn)題47STP協(xié)議把該端口阻塞生成樹(shù)協(xié)議48STP運(yùn)行的最終結(jié)果就是生成一棵無(wú)環(huán)樹(shù)來(lái)充當(dāng)轉(zhuǎn)發(fā)路徑。ROOT無(wú)環(huán)樹(shù)49交換機(jī)優(yōu)先級(jí)端口成本端口優(yōu)先級(jí)根交換機(jī)根端口指定交換機(jī)指定端口交換機(jī)標(biāo)識(shí)ROOT生成樹(shù)協(xié)議基本概念50交換機(jī)復(fù)位，從各端口發(fā)送BPDU包，進(jìn)行根交換機(jī)的選舉。最后具有最小優(yōu)先級(jí)的交換機(jī)成為根交換機(jī)。根ID發(fā)送IDCOST優(yōu)先級(jí)MACBPDU（橋接協(xié)議數(shù)據(jù)單元） 選舉根交換機(jī)51配置BPDU根端口ROOT選舉根端口52配置