《以太網(wǎng)技術原理》課件

以太網(wǎng)技術以太網(wǎng)技術我們知道局域網(wǎng)包含以太網(wǎng),令牌環(huán)和令牌總線等等,這些技術當中以太網(wǎng)技術以其簡明高效的特點逐漸占據(jù)了主導地位前言我們知道局域網(wǎng)包含以太網(wǎng),令牌環(huán)和令牌總線等等,這些技術當中學習完此課程，您將會：了解以太網(wǎng)的發(fā)展史掌握以太網(wǎng)的基本原理掌握以太網(wǎng)端口技術理解L2交換機和L3交換機的工作原理目標學習完此課程，您將會：目標第1節(jié)以太網(wǎng)技術發(fā)展史第2節(jié)以太網(wǎng)端口技術第3節(jié)以太網(wǎng)設備介紹內容介紹第1節(jié)以太網(wǎng)技術發(fā)展史內容介紹第1節(jié)以太網(wǎng)發(fā)展史1.1以太網(wǎng)起源及原理簡介1.2以太網(wǎng)發(fā)展及標準協(xié)議內容介紹第1節(jié)以太網(wǎng)發(fā)展史內容介紹以太網(wǎng)的誕生以太網(wǎng)最初是由Xerox公司開發(fā)的一種基帶局域網(wǎng)技術，使用同軸電纜作為網(wǎng)絡媒體，采用載波多路訪問和沖突檢測（CSMA/CD）機制,數(shù)據(jù)傳輸速率達到10Mbps。以太網(wǎng)被設計用來滿足非持續(xù)性網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?，而IEEE802.3規(guī)范則是基于最初的以太網(wǎng)技術于1980年制定。以太網(wǎng)版本2.0由DigitalEquipmentCorporation、Intel和Xerox三家公司聯(lián)合開發(fā)，與IEEE802.3規(guī)范相互兼容。以太網(wǎng)的誕生以太網(wǎng)最初是由Xerox公司開發(fā)的一種基帶局域網(wǎng)沖突檢測：由于兩個站點同時發(fā)送信號，經(jīng)過疊加后，會使線路上電壓的擺動值超過正常值一倍。據(jù)此可判斷沖突的產(chǎn)生。以太網(wǎng)原理---CSMA/CDCS：載波偵聽在發(fā)送數(shù)據(jù)之前進行監(jiān)聽，以確保線路空閑，減少沖突的機會。MA：多址訪問每個站點發(fā)送的數(shù)據(jù)，可以同時被多個站點接收。CD：沖突檢測邊發(fā)送邊檢測，發(fā)現(xiàn)沖突就停止發(fā)送，然后延遲一個隨機時間之后繼續(xù)發(fā)送。沖突檢測：以太網(wǎng)原理---CSMA/CDCS：載波偵聽以太網(wǎng)幀結構Ethernet_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度802.3以太網(wǎng)幀結構Ethernet_IIDMACSMACLengt以太網(wǎng)幀結構以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀格式（Ethernet-II）類型值大于等于600H

以太網(wǎng)幀結構以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀格式（Ethernet-II）以太網(wǎng)的MAC地址MAC地址有48位，但它通常被表示為12位的點分十六進制數(shù)。MAC地址全球唯一，由IEEE對這些地址進行管理和分配。每個地址由兩部分組成，分別是供應商代碼和序列號。其中前24位二進制代表該供應商代碼。剩下的24位由廠商自己分配。如果48位全是1，則表明該地址是廣播地址。如果第8位是1，則表示該地址是組播地址。00e0.fc39.8034以太網(wǎng)的MAC地址MAC地址有48位，但它通常被表示為12最小幀長與最大傳輸距離最大傳輸距離：通常由線路質量、信號衰減程度等因素決定。最小幀長（64字節(jié)）：由最大傳輸距離和沖突檢測機制共同決定。規(guī)定最小幀長是為了避免如下情況發(fā)生：即某站點已經(jīng)將一個數(shù)據(jù)包的最后一個BIT發(fā)送完畢，但這個報文的第一個BIT還沒有傳送到距離很遠的一個站點。而站點認為線路空閑而發(fā)送數(shù)據(jù)，導致沖突。最小幀長與最大傳輸距離最大傳輸距離：通常由線路質量、信號衰減第1節(jié)以太網(wǎng)發(fā)展史1.1以太網(wǎng)起源及原理簡介1.2以太網(wǎng)發(fā)展及標準協(xié)議內容介紹第1節(jié)以太網(wǎng)發(fā)展史內容介紹萬兆以太網(wǎng)出現(xiàn)70年代80年代90年代以太網(wǎng)產(chǎn)生10M以太網(wǎng)發(fā)展成熟共享式轉向LAN交換機100M快速以太網(wǎng)92年96年千兆以太網(wǎng)迅速發(fā)展2002年以太網(wǎng)發(fā)展簡史IEEE802.3以太網(wǎng)標準IEEE802.3u100BASE-T快速以太網(wǎng)標準IEEE802.3z/ab1000Mb/s千兆以太網(wǎng)標準IEEE802.3ae10GE以太網(wǎng)標準萬兆以太網(wǎng)出現(xiàn)70年代80年代90年代以太網(wǎng)產(chǎn)生10M以太網(wǎng)共享式以太網(wǎng)傳輸介質在共享式以太網(wǎng)之時，使用一種稱為抽頭的設備建立與同軸電纜的連接。須用特殊的工具在同軸電纜里挖一個小洞，然后將抽頭接入。此項工作存在一定的風險：因為任何疏忽，都有可能使電纜的中心導體與屏蔽層短接，導致這個網(wǎng)絡段的崩潰。同軸電纜的致命缺陷是：電纜上的設備是串連的，單點的故障可以導致這個網(wǎng)絡的崩潰。10Base5：粗同軸電纜（5代表電纜的字段長度是500米）10Base2：細同軸電纜（2代表電纜的字段長度是200米）共享式以太網(wǎng)傳輸介質在共享式以太網(wǎng)之時，使用一種稱為抽頭的設其中介質可靠性差是共享式以太網(wǎng)的主要問題。共享式以太網(wǎng)的缺點在共享式以太網(wǎng)中，所有的主機都以平等的地位連接到同軸電纜上，但如果以太網(wǎng)中主機數(shù)目較多，則存在以下嚴重問題：介質可靠性差沖突嚴重廣播泛濫無任何安全性其中介質可靠性差是共享式以太網(wǎng)的主要問題。共享式以太網(wǎng)的缺點標準以太網(wǎng)標準以太網(wǎng)（10Mbit/s）的網(wǎng)絡定位模型分類網(wǎng)絡定位接入層最終用戶和接入層交換機之間的連接匯聚層通常不使用核心層通常不使用標準以太網(wǎng)標準以太網(wǎng)（10Mbit/s）的網(wǎng)絡定位模型分類網(wǎng)IEEE802.3線纜名稱電纜最大區(qū)間長度10BASE-5粗同軸電纜500m10BASE-2細同軸電纜200m10BASE-T雙絞線100m10BASE-F光纖2000mIEEE802.3線纜名稱電纜最大區(qū)間長度10BASE-快速（100M）以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸速率為100Mbps的快速以太網(wǎng)是一種高速局域網(wǎng)技術，能夠為桌面用戶以及服務器或者服務器集群等提供更高的網(wǎng)絡帶寬。IEEE為快速以太網(wǎng)制訂的標準為IEEE802.3u快速（100M）以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸速率為100Mbps的快速以太快速以太網(wǎng)快速以太網(wǎng)（100Mbit/s）的網(wǎng)絡定位模型分類網(wǎng)絡定位接入層為高性能的PC機和工作站提供100Mbit/s的接入?yún)R聚層提供接入層和匯聚層的連接，提供匯聚層到核心層的連接，提供高速服務器的連接核心層提供交換設備間的連接快速以太網(wǎng)快速以太網(wǎng)（100Mbit/s）的網(wǎng)絡定位模型分類快速以太網(wǎng)傳輸距離技術標準線纜類型傳輸距離100BaseTXEIA/TIA5類（UTP）非屏蔽雙絞線2對100m100BaseT4EIA/TIA3、4、5類（UTP）非屏蔽雙絞線4對100m100BaseFX多模光纖（MMF）線纜550m-2km單模光纖（SMF）線纜2km-15km快速以太網(wǎng)傳輸距離技術標準線纜類型傳輸距離100BaseTX千兆以太網(wǎng)千兆以太網(wǎng)是對IEEE802.3以太網(wǎng)標準的擴展，在基于以太網(wǎng)協(xié)議的基礎之上，將快速以太網(wǎng)的傳輸速率100Mbps提高了10倍，達到了1Gbps。標準為IEEE802.3z（光纖與銅纜）和IEEE802.3ab（雙絞線）千兆以太網(wǎng)千兆以太網(wǎng)是對IEEE802.3以太網(wǎng)標準的擴展，千兆以太網(wǎng)千兆（1000Mbit/s）以太網(wǎng)網(wǎng)絡定位模型分類網(wǎng)絡定位接入層一般不使用匯聚層提供接入層和匯聚層設備間的高速連接核心層提供匯聚層和高速服務器的高速連接，提供核心設備間的高速互聯(lián)千兆以太網(wǎng)千兆（1000Mbit/s）以太網(wǎng)網(wǎng)絡定位模型分類千兆以太網(wǎng)傳輸距離技術標準線纜類型傳輸距離1000BaseT銅質EIA/TIA5類（UTP）非屏蔽雙絞線4對100m1000BaseCX銅質屏蔽雙絞線25m1000BaseSX多模光纖，50/62.5um光纖，使用波長為850nm的激光550m/275m1000BaseLX單模光纖，9um光纖，使用波長為1300nm的激光2km-15km千兆以太網(wǎng)傳輸距離技術標準線纜類型傳輸距離1000BaseTIEEE802.3z的線纜標準1000BaseLX是一種使用長波激光作信號源的網(wǎng)絡介質技術，在收發(fā)器上配置波長為1270-1355nm（一般為1300nm）的激光，既可以驅動多模光纖，也可以驅動單模光纖。1000BaseSX是一種使用短波激光作為信號源的網(wǎng)絡介質技術，收發(fā)器上所配置的波長為770-860nm（一般為800nm）的激光傳輸器不支持單模光纖，只能驅動多模光纖。1000BaseCX使用的一種特殊規(guī)格的高質量平衡雙絞線對的屏蔽銅纜，最長有效距離為25米，使用9芯D型連接器連接電纜。IEEE802.3z的線纜標準1000BaseLX是一種使用IEEE802.3ab的線纜標準1000BaseT是一種使用5類UTP作為網(wǎng)絡傳輸介質的千兆以太網(wǎng)技術，最長有效距離與100BASETX一樣可以達到100米。用戶可以采用這種技術在原有的快速以太網(wǎng)系統(tǒng)中實現(xiàn)從100Mbps到1000Mbps的平滑升級。IEEE802.3ab的線纜標準1000BaseT是一種使用萬兆以太網(wǎng)已經(jīng)開始部署，預計未來將有大規(guī)模的應用標準為IEEE802.3ae只有全雙工模式創(chuàng)造了一些新的概念，例如光物理媒體相關子層(PDM)萬兆以太網(wǎng)已經(jīng)開始部署，預計未來將有大規(guī)模的應用第1節(jié)以太網(wǎng)技術發(fā)展史第2節(jié)以太網(wǎng)端口技術第3節(jié)以太網(wǎng)設備介紹內容介紹第1節(jié)以太網(wǎng)技術發(fā)展史內容介紹第2節(jié)以太網(wǎng)端口技術2.1自協(xié)商技術2.2自適應技術2.3流量控制內容介紹第2節(jié)以太網(wǎng)端口技術內容介紹自協(xié)商－解決兼容問題10Mb/s半雙工10Mb/s全雙工10Mb/s自協(xié)商100Mb/s自協(xié)商100Mb/s全雙工端口1自動協(xié)商端口2自動協(xié)商端口3自動協(xié)商端口4自動協(xié)商端口5自動協(xié)商自協(xié)商－解決兼容問題10Mb/s半雙工10Mb/s全雙工10自協(xié)商基本頁信息000010123456789101112131415MessageTypeEthernet=00001Reserved10BASE-T半雙工10BASE-T全雙工100BASE-TX半雙工100BASE-TX全雙工100BASE-T4流控支持遠程故障指示確認下一頁指示自協(xié)商基本頁信息0000101234567891011121自協(xié)商信號約2ms約100ns約62.5μs時鐘數(shù)據(jù)位0時鐘數(shù)據(jù)位1數(shù)據(jù)位13時鐘數(shù)據(jù)位14時鐘……整個報文按16ms間隔重復，直到自協(xié)商完成自協(xié)商信號約2ms約100ns約62.5μs時數(shù)時數(shù)數(shù)時數(shù)時與沒有自協(xié)商機制的設備連接不使用自協(xié)商機制會出現(xiàn)以下情況：無法實現(xiàn)端口的自動雙速配置功能(如10Mbit/s和100Mbit/s)無法確定雙工工作模式無法確定是否需要流量控制功能與沒有自協(xié)商機制的設備連接不使用自協(xié)商機制會出現(xiàn)以下情況：自協(xié)商優(yōu)先級優(yōu)先級順序工作方式A100BASE-TX全雙工B100BASE-T4C100BASE-TXD10BASE-T全雙工E10BASE-T自協(xié)商優(yōu)先級優(yōu)先級順序工作方式A100BASE-TX全雙工B光纖上的自協(xié)商對光纖以太網(wǎng)而言，得出的結論是：鏈路兩端的工作模式必須使用手工配置（速度、雙工模式、流控等），如果光纖兩端的配置不同，是不能正確通信的。千兆以太網(wǎng)的自協(xié)商機制已經(jīng)實現(xiàn)。光纖上的自協(xié)商對光纖以太網(wǎng)而言，得出的結論是：第2節(jié)以太網(wǎng)端口技術2.1自協(xié)商技術2.2自適應技術2.3流量控制內容介紹第2節(jié)以太網(wǎng)端口技術內容介紹智能MDI/MDIX不需要知道電纜另一端為MDI還是MDIX設備兩種電纜（普通、交叉）都可連接交換機、集線器或NIC設備消除由于電纜配錯引起的連接錯誤簡化10/100M網(wǎng)絡安裝維護，降低開銷ReceivePairTransmitPairTransmitPairReceivePairTransmitPairReceivePairTransmitPairReceivePair交叉網(wǎng)線直連網(wǎng)線智能MDI/MDIX不需要知道電纜另一端為MDI還是MDIX第2節(jié)以太網(wǎng)端口技術2.1自協(xié)商技術2.2自適應技術2.3流量控制內容介紹第2節(jié)以太網(wǎng)端口技術內容介紹流量控制當通過交換機一個端口的流量過大，超過了它的處理能力時，就會發(fā)生端口阻塞。流量控制的作用是防止在出現(xiàn)阻塞的情況下丟幀。在半雙工方式下，流量控制是通過反壓（backpressure）技術實現(xiàn)的，模擬產(chǎn)生碰撞，使得信息源降低發(fā)送速度。在全雙工方式下流量控制一般遵循IEEE802.3x標準。流量控制當通過交換機一個端口的流量過大，超過了它的處理能力時全雙工流量控制IEEE802.3x標準定義了一種新方法，在全雙工環(huán)境中去實現(xiàn)流量控制。交換機產(chǎn)生一個PAUSE幀，PAUSE幀使用一個保留的組播地址：01-80-C2-00-00-01，將它發(fā)送給正在發(fā)送的站，發(fā)送站接收到該幀后，就會暫?；蛲Ｖ拱l(fā)送。PAUSE幀利用了一個保留的組播地址，它不會被網(wǎng)橋和交換機所轉發(fā)，這樣，PAUSE幀不會產(chǎn)生附加信息量。全雙工流量控制IEEE802.3x標準定義了一種新方法，在全全雙工流量控制PAUSE功能的應用場合：一對終端（簡單的兩點網(wǎng)絡）一個交換機和一個終端交換機和交換機之間的鏈路PAUSE功能不解決下列問題：穩(wěn)定狀態(tài)的網(wǎng)絡擁塞端到端流量控制比簡單的“?！獑ⅰ备鼜碗s的機制全雙工流量控制PAUSE功能的應用場合：第1節(jié)以太網(wǎng)技術發(fā)展史第2節(jié)以太網(wǎng)端口技術第3節(jié)以太網(wǎng)設備介紹內容介紹第1節(jié)以太網(wǎng)技術發(fā)展史內容介紹第3節(jié)以太網(wǎng)設備介紹3.1Hub的工作原理3.2二層交換機的工作原理3.3VLAN與三層交換機內容介紹第3節(jié)以太網(wǎng)設備介紹內容介紹傳統(tǒng)以太網(wǎng)連接設備HUBHub的工作模式注意：HUB僅僅是物理上的連接設備。應用層表示層會話層傳輸層網(wǎng)絡層鏈路層物理層物理層物理層HUB應用層表示層會話層傳輸層網(wǎng)絡層鏈路層物理層傳統(tǒng)以太網(wǎng)連接設備HUBHub的工作模式注意：HUB僅僅是物所有的HUB都是半雙工的Hub的工作原理12345INOUTOUTOUTOUT所有的HUB都是半雙工的Hub的工作原理12345INOUT由HUB組建以太網(wǎng)的實質實際上網(wǎng)絡中由HUB組建以太網(wǎng)實質是一種共享式以太網(wǎng)，存在共享式以太網(wǎng)的所有缺陷：沖突嚴重；廣播泛濫；無任何安全性。由HUB組建以太網(wǎng)的實質實際上網(wǎng)絡中由HUB組建以太網(wǎng)實質是第3節(jié)以太網(wǎng)設備介紹3.1Hub的工作原理3.2二層交換機的工作原理3.3VLAN與三層交換機內容介紹第3節(jié)以太網(wǎng)設備介紹內容介紹二層工作模式網(wǎng)橋/二層以太網(wǎng)交換機的工作模式應用層表示層會話層傳輸層網(wǎng)絡層鏈路層物理層物理層物理層二層交換機應用層表示層會話層傳輸層網(wǎng)絡層鏈路層物理層鏈路層鏈路層二層工作模式網(wǎng)橋/二層以太網(wǎng)交換機的工作模式應用層表示層會話基于源地址學習多播情況下，CAM表項的建立不是通過學習得到的，而是通過IGMP窺探，CGMP等協(xié)議獲得的。MAC地址所在端口MACA1MACB1MACC2MACD2分段1分段2ABCPORT1PORT2D交換機典型應用交換機基于源地址學習多播情況下，CAM表項的建立不是通過學習得到的基于目的地址轉發(fā)MACDMACA......端口1MACDMACA......端口2MAC地址所在端口MACA1MACB1MACC2MACD2基于目的地址轉發(fā)MACDMACA......端口1MACDM二層交換機原理接收網(wǎng)段上的所有數(shù)據(jù)幀；利用接收數(shù)據(jù)幀中的源MAC地址來建立MAC地址表（源地址自學習），使用地址老化機制進行地址表維護；在MAC地址表中查找數(shù)據(jù)幀中的目的MAC地址，如果找到就將該數(shù)據(jù)幀發(fā)送到相應的端口（不包括源端口）；如果找不到，就向所有的端口發(fā)送（不包括源端口）；向所有端口轉發(fā)廣播幀和多播幀（不包括源端口）。二層交換機原理接收網(wǎng)段上的所有數(shù)據(jù)幀；三種交換模式Cut-Through：交換機接收到目的地址即開始轉發(fā)過程延遲小交換機不檢測錯誤Store-and-Forward：交換機將全部內容接收才開始轉發(fā)過程延遲大交換機檢測錯誤，不會有錯包Frag-free：交換機接收完數(shù)據(jù)包的前64字節(jié)（一個最短幀長度），然后根據(jù)頭信息查表轉發(fā)。結合了直通方式和存儲轉發(fā)方式的優(yōu)點。三種交換模式Cut-Through：L2交換機的缺點L2帶來了以太網(wǎng)技術的重大飛躍，徹底解決了困擾以太網(wǎng)的沖突問題，極大的改進了以太網(wǎng)的性能。并且以太網(wǎng)的安全性也有所提高。但以太網(wǎng)存在如下缺點：廣播泛濫安全性仍舊無法得到有效的保證其中廣播泛濫嚴重是L2以太網(wǎng)的主要缺點L2交換機的缺點L2帶來了以太網(wǎng)技術的重大飛躍，徹底解決了困第3節(jié)以太網(wǎng)設備介紹3.1Hub的工作原理3.2二層交換機的工作原理3.3VLAN與三層交換機內容介紹第3節(jié)以太網(wǎng)設備介紹內容介紹VLAN的起源——基于端口分組解決廣播泛濫問題的主導思想：將沒有互訪需求的主機隔離開交換機工程部市場部銷售部10.110.10.010.110.20.010.110.30.012985VLAN的起源——基于端口分組解決廣播泛濫問題的主導思想：將VLAN技術的優(yōu)點和缺點VLAN技術成功的解決了廣播問題，并且使以太網(wǎng)的安全性有了進一步的提高，此時的以太網(wǎng)技術趨于完美。但VLAN技術也有缺點：使用VLAN來劃分網(wǎng)絡后，網(wǎng)絡的效率提高不少，可是本來不需要相互訪問的兩個部門，現(xiàn)在又要少量的訪問需求，該怎么辦到呢？可以讓VLAN只限制廣播報文，VLAN技術的優(yōu)點和缺點VLAN技術成功的解決了廣播問題，并解決辦法（一）使用路由器連接不同的VLAN前提：VLAN和IP子網(wǎng)間是一對一的關系缺點：每個VLAN需要占用一個路由器的接口；不同VLAN中的主機需配置不同的缺省網(wǎng)關工程部VLAN市場部VLAN銷售部VLAN10.110.10.010.110.20.010.110.30.0交換機解決辦法（一）使用路由器連接不同的VLAN前提：VLAN和I解決辦法（二）---單臂路由使用支持VLAN屬性的路由器連接不同的VLAN前提：VLAN和IP子網(wǎng)間是一對一的關系工程部VLAN市場部VLAN銷售部VLAN10.110.10.010.110.20.010.110.30.0交換機解決辦法（二）---單臂路由使用支持VLAN屬性的路由器連接（L2+路由器）模式的缺陷需要多個設備，組網(wǎng)復雜；VLAN間通信通過路由器完成；路由器價格昂貴，速率較低。工程部VLAN市場部VLAN銷售部VLAN10.110.10.010.110.20.010.110.30.0交換機（L2+路由器）模式的缺陷需要多個設備，組網(wǎng)復雜；工程部市場解決辦法（三）將路由器和交換機合成一個設備－－三層交換機前提：VLAN和IP子網(wǎng)間是一對一的關系SWITCH工程部VLAN市場部VLAN銷售部VLAN10.110.10.010.110.20.010.110.30.0解決辦法（三）將路由器和交換機合成一個設備－－三層交換機前提什么是三層交換機在邏輯上，三層交換和路由是等同的，三層交換的過程就是IP報文選路的過程。三層交換機與路由器在轉發(fā)操作上的主要區(qū)別在于其實現(xiàn)的方式：三層交換機通過硬件實現(xiàn)查找和轉發(fā)；傳統(tǒng)路由器通過微處理器上運行的軟件實現(xiàn)查找和轉發(fā)；三層交換機的轉發(fā)路由表與路由器一樣，需要軟件通過路由協(xié)議來建立和維護。在局域網(wǎng)中引入三層交換：能夠更加經(jīng)濟的替代傳統(tǒng)路由器什么是三層交換機在邏輯上，三層交換和路由是等同的，三層交換的選擇二層交換或三層交換進行三層轉發(fā)VLAN間轉發(fā)進行二層轉發(fā)VLAN內轉發(fā)是否是路由接口的MAC地址VLAN屬性幀輸入是否選擇二層交換或三層交換進行三層轉發(fā)進行二層轉發(fā)是否是路由接口三層交換機的應用三層交換機特別適合下面這樣的組網(wǎng)幾乎全以太網(wǎng)接口路由比較穩(wěn)定，變化比較少三層交換機的應用三層交換機特別適合下面這樣的組網(wǎng)低端的路由器和L3的區(qū)別項目路由器三層交換機端口類型非常豐富，幾乎可以支持所有通信端口比較單一，主要支持以太網(wǎng)轉發(fā)實現(xiàn)途徑主要以CPU加軟件實現(xiàn)為主。由硬件ASIC實現(xiàn)轉發(fā)路由算法最長匹配第一包路由，以后做精確匹配包轉發(fā)率低高（命中）或者更低（沒命中）成本高低對路由變化的適應能力強弱二層交換不支持支持低端的路由器和L3的區(qū)別項目路由器三層交換機端口類型非常豐富二個問題為什么L3不增強對路由變化的適應能力？答：必須使用更昂貴的CPU，成本增高。為什么路由器不使用L3的硬件轉發(fā)？答：廣域網(wǎng)路由太多，且不固定，CACHE命中率太低。二個問題為什么L3不增強對路由變化的適應能力？L3交換機仍有不足之處L3交換機仍有不足之處：L3雖然幾乎具備了路由器的所有功能，但在走向廣域網(wǎng)的過程中卻遇到了廣域網(wǎng)接口帶寬不足，路由性能低下的尷尬。L3交換機仍有不足之處L3交換機仍有不足之處：本次課主要介紹以太網(wǎng)原理和發(fā)展過程介紹L2交換機和L3交換機的工作原理介紹自協(xié)商、自適應、流量控制等以太網(wǎng)端口技術小結本次課主要介紹以太網(wǎng)原理和發(fā)展過程小結以太網(wǎng)技術以太網(wǎng)技術我們知道局域網(wǎng)包含以太網(wǎng),令牌環(huán)和令牌總線等等,這些技術當中以太網(wǎng)技術以其簡明高效的特點逐漸占據(jù)了主導地位前言我們知道局域網(wǎng)包含以太網(wǎng),令牌環(huán)和令牌總線等等,這些技術當中學習完此課程，您將會：了解以太網(wǎng)的發(fā)展史掌握以太網(wǎng)的基本原理掌握以太網(wǎng)端口技術理解L2交換機和L3交換機的工作原理目標學習完此課程，您將會：目標第1節(jié)以太網(wǎng)技術發(fā)展史第2節(jié)以太網(wǎng)端口技術第3節(jié)以太網(wǎng)設備介紹內容介紹第1節(jié)以太網(wǎng)技術發(fā)展史內容介紹第1節(jié)以太網(wǎng)發(fā)展史1.1以太網(wǎng)起源及原理簡介1.2以太網(wǎng)發(fā)展及標準協(xié)議內容介紹第1節(jié)以太網(wǎng)發(fā)展史內容介紹以太網(wǎng)的誕生以太網(wǎng)最初是由Xerox公司開發(fā)的一種基帶局域網(wǎng)技術，使用同軸電纜作為網(wǎng)絡媒體，采用載波多路訪問和沖突檢測（CSMA/CD）機制,數(shù)據(jù)傳輸速率達到10Mbps。以太網(wǎng)被設計用來滿足非持續(xù)性網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰鳬EEE802.3規(guī)范則是基于最初的以太網(wǎng)技術于1980年制定。以太網(wǎng)版本2.0由DigitalEquipmentCorporation、Intel和Xerox三家公司聯(lián)合開發(fā)，與IEEE802.3規(guī)范相互兼容。以太網(wǎng)的誕生以太網(wǎng)最初是由Xerox公司開發(fā)的一種基帶局域網(wǎng)沖突檢測：由于兩個站點同時發(fā)送信號，經(jīng)過疊加后，會使線路上電壓的擺動值超過正常值一倍。據(jù)此可判斷沖突的產(chǎn)生。以太網(wǎng)原理---CSMA/CDCS：載波偵聽在發(fā)送數(shù)據(jù)之前進行監(jiān)聽，以確保線路空閑，減少沖突的機會。MA：多址訪問每個站點發(fā)送的數(shù)據(jù)，可以同時被多個站點接收。CD：沖突檢測邊發(fā)送邊檢測，發(fā)現(xiàn)沖突就停止發(fā)送，然后延遲一個隨機時間之后繼續(xù)發(fā)送。沖突檢測：以太網(wǎng)原理---CSMA/CDCS：載波偵聽以太網(wǎng)幀結構Ethernet_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度802.3以太網(wǎng)幀結構Ethernet_IIDMACSMACLengt以太網(wǎng)幀結構以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀格式（Ethernet-II）類型值大于等于600H

以太網(wǎng)幀結構以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀格式（Ethernet-II）以太網(wǎng)的MAC地址MAC地址有48位，但它通常被表示為12位的點分十六進制數(shù)。MAC地址全球唯一，由IEEE對這些地址進行管理和分配。每個地址由兩部分組成，分別是供應商代碼和序列號。其中前24位二進制代表該供應商代碼。剩下的24位由廠商自己分配。如果48位全是1，則表明該地址是廣播地址。如果第8位是1，則表示該地址是組播地址。00e0.fc39.8034以太網(wǎng)的MAC地址MAC地址有48位，但它通常被表示為12最小幀長與最大傳輸距離最大傳輸距離：通常由線路質量、信號衰減程度等因素決定。最小幀長（64字節(jié)）：由最大傳輸距離和沖突檢測機制共同決定。規(guī)定最小幀長是為了避免如下情況發(fā)生：即某站點已經(jīng)將一個數(shù)據(jù)包的最后一個BIT發(fā)送完畢，但這個報文的第一個BIT還沒有傳送到距離很遠的一個站點。而站點認為線路空閑而發(fā)送數(shù)據(jù)，導致沖突。最小幀長與最大傳輸距離最大傳輸距離：通常由線路質量、信號衰減第1節(jié)以太網(wǎng)發(fā)展史1.1以太網(wǎng)起源及原理簡介1.2以太網(wǎng)發(fā)展及標準協(xié)議內容介紹第1節(jié)以太網(wǎng)發(fā)展史內容介紹萬兆以太網(wǎng)出現(xiàn)70年代80年代90年代以太網(wǎng)產(chǎn)生10M以太網(wǎng)發(fā)展成熟共享式轉向LAN交換機100M快速以太網(wǎng)92年96年千兆以太網(wǎng)迅速發(fā)展2002年以太網(wǎng)發(fā)展簡史IEEE802.3以太網(wǎng)標準IEEE802.3u100BASE-T快速以太網(wǎng)標準IEEE802.3z/ab1000Mb/s千兆以太網(wǎng)標準IEEE802.3ae10GE以太網(wǎng)標準萬兆以太網(wǎng)出現(xiàn)70年代80年代90年代以太網(wǎng)產(chǎn)生10M以太網(wǎng)共享式以太網(wǎng)傳輸介質在共享式以太網(wǎng)之時，使用一種稱為抽頭的設備建立與同軸電纜的連接。須用特殊的工具在同軸電纜里挖一個小洞，然后將抽頭接入。此項工作存在一定的風險：因為任何疏忽，都有可能使電纜的中心導體與屏蔽層短接，導致這個網(wǎng)絡段的崩潰。同軸電纜的致命缺陷是：電纜上的設備是串連的，單點的故障可以導致這個網(wǎng)絡的崩潰。10Base5：粗同軸電纜（5代表電纜的字段長度是500米）10Base2：細同軸電纜（2代表電纜的字段長度是200米）共享式以太網(wǎng)傳輸介質在共享式以太網(wǎng)之時，使用一種稱為抽頭的設其中介質可靠性差是共享式以太網(wǎng)的主要問題。共享式以太網(wǎng)的缺點在共享式以太網(wǎng)中，所有的主機都以平等的地位連接到同軸電纜上，但如果以太網(wǎng)中主機數(shù)目較多，則存在以下嚴重問題：介質可靠性差沖突嚴重廣播泛濫無任何安全性其中介質可靠性差是共享式以太網(wǎng)的主要問題。共享式以太網(wǎng)的缺點標準以太網(wǎng)標準以太網(wǎng)（10Mbit/s）的網(wǎng)絡定位模型分類網(wǎng)絡定位接入層最終用戶和接入層交換機之間的連接匯聚層通常不使用核心層通常不使用標準以太網(wǎng)標準以太網(wǎng)（10Mbit/s）的網(wǎng)絡定位模型分類網(wǎng)IEEE802.3線纜名稱電纜最大區(qū)間長度10BASE-5粗同軸電纜500m10BASE-2細同軸電纜200m10BASE-T雙絞線100m10BASE-F光纖2000mIEEE802.3線纜名稱電纜最大區(qū)間長度10BASE-快速（100M）以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸速率為100Mbps的快速以太網(wǎng)是一種高速局域網(wǎng)技術，能夠為桌面用戶以及服務器或者服務器集群等提供更高的網(wǎng)絡帶寬。IEEE為快速以太網(wǎng)制訂的標準為IEEE802.3u快速（100M）以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸速率為100Mbps的快速以太快速以太網(wǎng)快速以太網(wǎng)（100Mbit/s）的網(wǎng)絡定位模型分類網(wǎng)絡定位接入層為高性能的PC機和工作站提供100Mbit/s的接入?yún)R聚層提供接入層和匯聚層的連接，提供匯聚層到核心層的連接，提供高速服務器的連接核心層提供交換設備間的連接快速以太網(wǎng)快速以太網(wǎng)（100Mbit/s）的網(wǎng)絡定位模型分類快速以太網(wǎng)傳輸距離技術標準線纜類型傳輸距離100BaseTXEIA/TIA5類（UTP）非屏蔽雙絞線2對100m100BaseT4EIA/TIA3、4、5類（UTP）非屏蔽雙絞線4對100m100BaseFX多模光纖（MMF）線纜550m-2km單模光纖（SMF）線纜2km-15km快速以太網(wǎng)傳輸距離技術標準線纜類型傳輸距離100BaseTX千兆以太網(wǎng)千兆以太網(wǎng)是對IEEE802.3以太網(wǎng)標準的擴展，在基于以太網(wǎng)協(xié)議的基礎之上，將快速以太網(wǎng)的傳輸速率100Mbps提高了10倍，達到了1Gbps。標準為IEEE802.3z（光纖與銅纜）和IEEE802.3ab（雙絞線）千兆以太網(wǎng)千兆以太網(wǎng)是對IEEE802.3以太網(wǎng)標準的擴展，千兆以太網(wǎng)千兆（1000Mbit/s）以太網(wǎng)網(wǎng)絡定位模型分類網(wǎng)絡定位接入層一般不使用匯聚層提供接入層和匯聚層設備間的高速連接核心層提供匯聚層和高速服務器的高速連接，提供核心設備間的高速互聯(lián)千兆以太網(wǎng)千兆（1000Mbit/s）以太網(wǎng)網(wǎng)絡定位模型分類千兆以太網(wǎng)傳輸距離技術標準線纜類型傳輸距離1000BaseT銅質EIA/TIA5類（UTP）非屏蔽雙絞線4對100m1000BaseCX銅質屏蔽雙絞線25m1000BaseSX多模光纖，50/62.5um光纖，使用波長為850nm的激光550m/275m1000BaseLX單模光纖，9um光纖，使用波長為1300nm的激光2km-15km千兆以太網(wǎng)傳輸距離技術標準線纜類型傳輸距離1000BaseTIEEE802.3z的線纜標準1000BaseLX是一種使用長波激光作信號源的網(wǎng)絡介質技術，在收發(fā)器上配置波長為1270-1355nm（一般為1300nm）的激光，既可以驅動多模光纖，也可以驅動單模光纖。1000BaseSX是一種使用短波激光作為信號源的網(wǎng)絡介質技術，收發(fā)器上所配置的波長為770-860nm（一般為800nm）的激光傳輸器不支持單模光纖，只能驅動多模光纖。1000BaseCX使用的一種特殊規(guī)格的高質量平衡雙絞線對的屏蔽銅纜，最長有效距離為25米，使用9芯D型連接器連接電纜。IEEE802.3z的線纜標準1000BaseLX是一種使用IEEE802.3ab的線纜標準1000BaseT是一種使用5類UTP作為網(wǎng)絡傳輸介質的千兆以太網(wǎng)技術，最長有效距離與100BASETX一樣可以達到100米。用戶可以采用這種技術在原有的快速以太網(wǎng)系統(tǒng)中實現(xiàn)從100Mbps到1000Mbps的平滑升級。IEEE802.3ab的線纜標準1000BaseT是一種使用萬兆以太網(wǎng)已經(jīng)開始部署，預計未來將有大規(guī)模的應用標準為IEEE802.3ae只有全雙工模式創(chuàng)造了一些新的概念，例如光物理媒體相關子層(PDM)萬兆以太網(wǎng)已經(jīng)開始部署，預計未來將有大規(guī)模的應用第1節(jié)以太網(wǎng)技術發(fā)展史第2節(jié)以太網(wǎng)端口技術第3節(jié)以太網(wǎng)設備介紹內容介紹第1節(jié)以太網(wǎng)技術發(fā)展史內容介紹第2節(jié)以太網(wǎng)端口技術2.1自協(xié)商技術2.2自適應技術2.3流量控制內容介紹第2節(jié)以太網(wǎng)端口技術內容介紹自協(xié)商－解決兼容問題10Mb/s半雙工10Mb/s全雙工10Mb/s自協(xié)商100Mb/s自協(xié)商100Mb/s全雙工端口1自動協(xié)商端口2自動協(xié)商端口3自動協(xié)商端口4自動協(xié)商端口5自動協(xié)商自協(xié)商－解決兼容問題10Mb/s半雙工10Mb/s全雙工10自協(xié)商基本頁信息000010123456789101112131415MessageTypeEthernet=00001Reserved10BASE-T半雙工10BASE-T全雙工100BASE-TX半雙工100BASE-TX全雙工100BASE-T4流控支持遠程故障指示確認下一頁指示自協(xié)商基本頁信息0000101234567891011121自協(xié)商信號約2ms約100ns約62.5μs時鐘數(shù)據(jù)位0時鐘數(shù)據(jù)位1數(shù)據(jù)位13時鐘數(shù)據(jù)位14時鐘……整個報文按16ms間隔重復，直到自協(xié)商完成自協(xié)商信號約2ms約100ns約62.5μs時數(shù)時數(shù)數(shù)時數(shù)時與沒有自協(xié)商機制的設備連接不使用自協(xié)商機制會出現(xiàn)以下情況：無法實現(xiàn)端口的自動雙速配置功能(如10Mbit/s和100Mbit/s)無法確定雙工工作模式無法確定是否需要流量控制功能與沒有自協(xié)商機制的設備連接不使用自協(xié)商機制會出現(xiàn)以下情況：自協(xié)商優(yōu)先級優(yōu)先級順序工作方式A100BASE-TX全雙工B100BASE-T4C100BASE-TXD10BASE-T全雙工E10BASE-T自協(xié)商優(yōu)先級優(yōu)先級順序工作方式A100BASE-TX全雙工B光纖上的自協(xié)商對光纖以太網(wǎng)而言，得出的結論是：鏈路兩端的工作模式必須使用手工配置（速度、雙工模式、流控等），如果光纖兩端的配置不同，是不能正確通信的。千兆以太網(wǎng)的自協(xié)商機制已經(jīng)實現(xiàn)。光纖上的自協(xié)商對光纖以太網(wǎng)而言，得出的結論是：第2節(jié)以太網(wǎng)端口技術2.1自協(xié)商技術2.2自適應技術2.3流量控制內容介紹第2節(jié)以太網(wǎng)端口技術內容介紹智能MDI/MDIX不需要知道電纜另一端為MDI還是MDIX設備兩種電纜（普通、交叉）都可連接交換機、集線器或NIC設備消除由于電纜配錯引起的連接錯誤簡化10/100M網(wǎng)絡安裝維護，降低開銷ReceivePairTransmitPairTransmitPairReceivePairTransmitPairReceivePairTransmitPairReceivePair交叉網(wǎng)線直連網(wǎng)線智能MDI/MDIX不需要知道電纜另一端為MDI還是MDIX第2節(jié)以太網(wǎng)端口技術2.1自協(xié)商技術2.2自適應技術2.3流量控制內容介紹第2節(jié)以太網(wǎng)端口技術內容介紹流量控制當通過交換機一個端口的流量過大，超過了它的處理能力時，就會發(fā)生端口阻塞。流量控制的作用是防止在出現(xiàn)阻塞的情況下丟幀。在半雙工方式下，流量控制是通過反壓（backpressure）技術實現(xiàn)的，模擬產(chǎn)生碰撞，使得信息源降低發(fā)送速度。在全雙工方式下流量控制一般遵循IEEE802.3x標準。流量控制當通過交換機一個端口的流量過大，超過了它的處理能力時全雙工流量控制IEEE802.3x標準定義了一種新方法，在全雙工環(huán)境中去實現(xiàn)流量控制。交換機產(chǎn)生一個PAUSE幀，PAUSE幀使用一個保留的組播地址：01-80-C2-00-00-01，將它發(fā)送給正在發(fā)送的站，發(fā)送站接收到該幀后，就會暫?；蛲Ｖ拱l(fā)送。PAUSE幀利用了一個保留的組播地址，它不會被網(wǎng)橋和交換機所轉發(fā)，這樣，PAUSE幀不會產(chǎn)生附加信息量。全雙工流量控制IEEE802.3x標準定義了一種新方法，在全全雙工流量控制PAUSE功能的應用場合：一對終端（簡單的兩點網(wǎng)絡）一個交換機和一個終端交換機和交換機之間的鏈路PAUSE功能不解決下列問題：穩(wěn)定狀態(tài)的網(wǎng)絡擁塞端到端流量控制比簡單的“?！獑ⅰ备鼜碗s的機制全雙工流量控制PAUSE功能的應用場合：第1節(jié)以太網(wǎng)技術發(fā)展史第2節(jié)以太網(wǎng)端口技術第3節(jié)以太網(wǎng)設備介紹內容介紹第1節(jié)以太網(wǎng)技術發(fā)展史內容介紹第3節(jié)以太網(wǎng)設備介紹3.1Hub的工作原理3.2二層交換機的工作原理3.3VLAN與三層交換機內容介紹第3節(jié)以太網(wǎng)設備介紹內容介紹傳統(tǒng)以太網(wǎng)連接設備HUBHub的工作模式注意：HUB僅僅是物理上的連接設備。應用層表示層會話層傳輸層網(wǎng)絡層鏈路層物理層物理層物理層HUB應用層表示層會話層傳輸層網(wǎng)絡層鏈路層物理層傳統(tǒng)以太網(wǎng)連接設備HUBHub的工作模式注意：HUB僅僅是物所有的HUB都是半雙工的Hub的工作原理12345INOUTOUTOUTOUT所有的HUB都是半雙工的Hub的工作原理12345INOUT由HUB組建以太網(wǎng)的實質實際上網(wǎng)絡中由HUB組建以太網(wǎng)實質是一種共享式以太網(wǎng)，存在共享式以太網(wǎng)的所有缺陷：沖突嚴重；廣播泛濫；無任何安全性。由HUB組建以太網(wǎng)的實質實際上網(wǎng)絡中由HUB組建以太網(wǎng)實質是第3節(jié)以太網(wǎng)設備介紹3.1Hub的工作原理3.2二層交換機的工作原理3.3VLAN與三層交換機內容介紹第3節(jié)以太網(wǎng)設備介紹內容介紹二層工作模式網(wǎng)橋/二層以太網(wǎng)交換機的工作模式應用層表示層會話層傳輸層網(wǎng)絡層鏈路層物理層物理層物理層二層交換機應用層表示層會話層傳輸層網(wǎng)絡層鏈路層物理層鏈路層鏈路層二層工作模式網(wǎng)橋/二層以太網(wǎng)交換機的工作模式應用層表示層會話基于源地址學習多播情況下，CAM表項的建立不是通過學習得到的，而是通過IGMP窺探，CGMP等協(xié)議獲得的。MAC地址所在端口MACA1MACB1MACC2MACD2分段1分段2ABCPORT1PORT2D交換機典型應用交換機基于源地址學習多播情況下，CAM表項的建立不是通過學習得到的基于目的地址轉發(fā)MACDMACA......端口1MACDMACA......端口2MAC地址所在端口MACA1MACB1MACC2MACD2基于目的地址轉發(fā)MACDMACA......端口1MACDM二層交換機原理接收網(wǎng)段上的所有數(shù)據(jù)幀；利用接收數(shù)據(jù)幀中的源MAC地址來建立MAC地址表（源地址自學習），使用地址老化機制進行地址表維護；在MAC地址表中查找數(shù)據(jù)幀中的目的MAC地址，如果找到就將該數(shù)據(jù)幀發(fā)送到相應的端口（不包括源端口）；如果找不到，就向所有的端口發(fā)送（不包括源端口）；向所有端口轉發(fā)廣播幀和多播幀（不包括源端口）。二層交換機原理接收網(wǎng)段上的所有數(shù)據(jù)幀；三種交換模式Cut-Through：交換機接收到目的地址即開始轉發(fā)過程延遲小交換機不檢測錯誤Store-and-Forward：交換機將全部內容接收才開始轉發(fā)過程延遲大交換機檢測錯誤，不會有錯包Frag-free：交換機接收完數(shù)據(jù)包的前64字節(jié)（一個最短幀長度），然后根據(jù)頭信息查表轉發(fā)。結合了直通方式和存儲轉發(fā)方式的優(yōu)點。三種交換模式Cut-Through：L2交換機的缺點L2帶來了以太網(wǎng)技術的重大飛躍，徹底解決了困擾以太網(wǎng)的沖突問題，極大的改進了以太網(wǎng)的性能。并且以太網(wǎng)的安全性也有所提高。但以太網(wǎng)存在如下缺點：廣播泛濫安全性仍舊無法得到有效的保證其中廣播泛濫嚴重是L2以太網(wǎng)的主要缺點L2交換機的缺點L2帶來了以太網(wǎng)技術的重大飛躍，徹底解決了困第3節(jié)以太網(wǎng)設備介紹3.1Hub的工作原理3.2二層交換機的工作原理3.3VLAN與三層交換機內容介紹第3節(jié)以太網(wǎng)設備介紹內容介紹VLAN的起源——基于端口分組解決廣播泛