以太網(wǎng)知識(shí)學(xué)習(xí)

第三章以太網(wǎng)技術(shù)3.1以太網(wǎng)概述3.1.1以太網(wǎng)發(fā)展歷史1973~1982年：1973年，Xerox公司提出并實(shí)現(xiàn)最初的以太網(wǎng)；1979年，Xerox與DEC聯(lián)合，后來Intel加入，1980年發(fā)布10Mb/s版以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)[DIX80]；1980年，IEEE的802組成立。1983~1990年：1983年，IEEE發(fā)布了802.3標(biāo)準(zhǔn)；1984年,DEC發(fā)布透明LAN網(wǎng)橋產(chǎn)品；1987年，開始研究不同的LAN互聯(lián)，1990年產(chǎn)生802.1D標(biāo)準(zhǔn)；1990年，IEEE通過了雙絞線以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。1991~1997年：1991年，Kalpana公司開始開發(fā)新型的以太網(wǎng)交換機(jī)，1995年IEEE802.3委員會(huì)開始研究全雙工交換標(biāo)準(zhǔn)，1997年通過該標(biāo)準(zhǔn)；1991～1992年，GrandJunction公司開始開發(fā)100Mb/s以太網(wǎng)，1995年IEEE通過了快速以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，自[DIX80]后，以太網(wǎng)第一次速度升級(jí)。1998~今：1996年，IEEE802.3成立千兆以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)組，1998年完成并同過了該標(biāo)準(zhǔn)，以太網(wǎng)第二次提速；1999年，IEEE成立高速研究組HSSG致力于萬兆以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的研究，2002年完成并通過了該標(biāo)準(zhǔn)，以太網(wǎng)第三次提速。第三章以太網(wǎng)技術(shù)3.1.2全雙工交換式以太網(wǎng)從共享介質(zhì)到專用介質(zhì)：由同軸電纜向雙絞線、光纖布線轉(zhuǎn)換。從共享LAN到專用LAN：由集線器HUB向交換機(jī)轉(zhuǎn)換，消除沖突域。交換機(jī)核心結(jié)構(gòu)：交換矩陣，交換帶寬＝M（端口帶寬）×N（端口個(gè)數(shù)）。模塊模塊模塊模塊3.1.3交換機(jī)功能構(gòu)件透明網(wǎng)橋自協(xié)商機(jī)制訪問端口端口管理訪問端口上行端口端口管理端口管理

地址轉(zhuǎn)發(fā)表MAC地址;端口;狀態(tài);過濾;VLAN;…轉(zhuǎn)發(fā)、學(xué)習(xí)生成樹檢查、過濾交換矩陣VTP第三章以太網(wǎng)技術(shù)3.2以太網(wǎng)接線標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)名稱介質(zhì)類型全雙工支持10BASE550歐同軸電纜（粗）否10BASE250歐同軸電纜（細(xì)）否10BASE-T2對(duì)3/4/5類UTP是10BASE-FL2路光纖（62.5μm）是10BASE-FB2路光纖（62.5μm）否10BASE-FP2路光纖（62.5μm）否10ROAD3675歐同軸電纜否100BASE-TX2對(duì)5類UTP或STP是100BASE-FX2路光纖（62.5μm）是100BASE-T44對(duì)3類UTP否100BASE-T22對(duì)3/4/5類UTP是1000BASE-SX2路光纖（62.5/50μm）是1000BASE-LX2路光纖（62.5/50/10μm）是1000BASE-CX2對(duì)STP（25m）是1000BASE-T4對(duì)5類UTP是第三章以太網(wǎng)技術(shù)3.2.1100BASE-FX非歸零反轉(zhuǎn)碼：如果傳輸?shù)臄?shù)字是1，則進(jìn)行高低電平跳轉(zhuǎn)；如果傳輸?shù)臄?shù)字是0，則不進(jìn)行高低電平跳轉(zhuǎn)。011010001＋－4B/5B編碼：每4位比特的數(shù)據(jù)用一個(gè)5位比特的碼組表示。每個(gè)碼組中至少有2次電平轉(zhuǎn)換（2個(gè)“1”）；連續(xù)“0”排列不超過2個(gè)。0000011110100010100120010101003001110101401000101050101010116011001110701110111181000100109100110011A101010110B101110111C110011010D110111011E111011100F1111111013.2.2100BASE-T48B/6T編碼：采用每8個(gè)比特?cái)?shù)據(jù)映射為一個(gè)6比特三進(jìn)制符號(hào)組成的碼組。011010001＋0－00＋－00＋－010＋－＋－002＋－0＋－003－0++－004－0＋0＋－0E－＋0－0＋0F＋0－－0＋58＋＋＋0－－59＋＋＋－0－5A＋＋＋－－0MLT-3碼：使用3種不同的電平信號(hào)。加權(quán)求反平衡規(guī)則：碼組每個(gè)符號(hào)位相加計(jì)算權(quán)值，如果前一碼組和當(dāng)前碼組的權(quán)值都為1，則當(dāng)前碼組求反；接收方進(jìn)行類似的加權(quán)求反處理。使用4對(duì)3類UTP：采用特殊編碼標(biāo)志幀開始和結(jié)束；用3對(duì)線同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)，1對(duì)線報(bào)告沖突；數(shù)據(jù)字節(jié)按循環(huán)方式分配給3對(duì)線。8B8B

8B6T6T6T8B8B

8B6T6T6T1#2#3#4#發(fā)送方接收方第三章以太網(wǎng)技術(shù)3.2.31000BASE-X（802.3z）8B/10B編碼：對(duì)每8位比特的數(shù)據(jù)字節(jié)用10個(gè)比特的碼組表示。流動(dòng)不等量RD：10位碼組按前6位子串和后4位子串構(gòu)成一個(gè)流動(dòng)不等量，如果某個(gè)子串在其RD－中“0，1”不平衡，則在其RD＋中對(duì)該子串求反。hexRD－RD＋hexRD－RD＋001001110100011000101101011101010010001010110E011100101101110001005711101001010001010101選碼：按照0、1平衡原則，為碼組流選擇合適的RD－或RD＋組成信息碼流。3.2.41000BASE-T（802.3ad）8B1Q4編碼：將8比特的字節(jié)轉(zhuǎn)換為4個(gè)有5種電平值的碼組（An,Bn,Cn,Dn)，n為序列周期，即轉(zhuǎn)換不僅與源字節(jié)數(shù)字有關(guān)，也與字節(jié)在字節(jié)流中的順序位置有關(guān)。使用4對(duì)UTP：采用4對(duì)線同時(shí)全雙工通信傳輸。250Mb/s250Mb/sTRTRTRTRTRTRTRTR轉(zhuǎn)換步驟：1)對(duì)輸入的字節(jié)加入一個(gè)特殊位進(jìn)行置亂計(jì)算，得到一個(gè)9位字，以使生成的位流不會(huì)對(duì)雙工傳輸?shù)囊粚?duì)雙絞線產(chǎn)生很強(qiáng)的干擾。2)查找9位到4符號(hào)碼組的映射表，即8B1Q4編碼。例如：000000000＝[0，0，0，0]；000000001＝[－2，0，0，0]；000000010＝[0，－2，0，0]；000000011＝[－2，－2，0，0]；010000000＝[0，0，＋1，＋1]；010000001＝[－2，0，＋1，＋1]3）利用公式，調(diào)整某些符號(hào)，使傳輸線上的“＋”、“－”平衡。第三章以太網(wǎng)技術(shù)3.3以太網(wǎng)透明網(wǎng)橋3.3.1轉(zhuǎn)發(fā)與學(xué)習(xí)幀的錯(cuò)誤校驗(yàn)以及過濾的限制查詢邏輯開始結(jié)束轉(zhuǎn)發(fā)表有目的MAC？向除了X外的端口轉(zhuǎn)發(fā)或者向上行端口轉(zhuǎn)發(fā)目的端口Y＝X？向端口Y轉(zhuǎn)發(fā)更新轉(zhuǎn)發(fā)表定時(shí)器轉(zhuǎn)發(fā)表有源MAC？將源MAC和端口號(hào)添加到轉(zhuǎn)發(fā)表中。丟棄幀幀正確地從端口接收？NoNoNoNoYesYesYesYes存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)模式進(jìn)行完全的錯(cuò)誤校驗(yàn)、報(bào)文過濾和速率轉(zhuǎn)換；直通式模式接收到目的MAC地址后即開始轉(zhuǎn)發(fā)；碎片避免模式采用直通方式轉(zhuǎn)發(fā)大于64字節(jié)的數(shù)據(jù)幀；智能模式通過幀錯(cuò)誤率在存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)和直通模式間切換；核心交換機(jī)可偵聽網(wǎng)絡(luò)內(nèi)主機(jī)和路由器的ARP廣播流，建立自己的IP地址到MAC地址映射表；學(xué)習(xí)到的新的轉(zhuǎn)發(fā)信息被分布到所有端口模塊的轉(zhuǎn)發(fā)引擎，轉(zhuǎn)發(fā)決策通過位于端口模塊的多個(gè)分布轉(zhuǎn)發(fā)引擎獨(dú)立完成。第三章以太網(wǎng)技術(shù)3.3.2生成樹協(xié)議STP廣播風(fēng)暴：生成樹協(xié)議：定義一個(gè)覆蓋交換域（子網(wǎng)）中所有交換機(jī)的樹，強(qiáng)迫某些冗余鏈路進(jìn)入備份（阻塞）狀態(tài)；一旦有鏈路失效，重新配置生成樹，激活阻塞的鏈路。工作步驟：1）選舉根網(wǎng)橋；

2）發(fā)現(xiàn)根通路；

3）監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌?/p>

4）改變端口狀態(tài)。

BOOTBPDU內(nèi)容：目的MAC地址＝0180C2000000;源MAC地址＝目的服務(wù)訪問點(diǎn)＝42；源服務(wù)訪問點(diǎn)＝42；控制字段＝03；協(xié)議標(biāo)識(shí)符＝0000版本＝類型＝00（配置消息）/80（拓?fù)渥兓?；根?biāo)識(shí)符＝優(yōu)先級(jí)＋MAC地址根路徑費(fèi)用＝發(fā)送消息網(wǎng)橋標(biāo)識(shí)符＝優(yōu)先級(jí)＋MAC地址；發(fā)送端口標(biāo)識(shí)符＝優(yōu)先級(jí)＋端口號(hào)；消息壽命＝最大期限＝Hello時(shí)間＝轉(zhuǎn)發(fā)延時(shí)＝根交換機(jī)向鄰居發(fā)出一個(gè)“配置”BPDU；收到“配置”BPDU的交換機(jī)將接收端口設(shè)置為根端口，更改BPDU（加入自己通往根的費(fèi)用，設(shè)自己為發(fā)送消息的網(wǎng)橋），再向除根端口外的鄰居轉(zhuǎn)發(fā)該BPDU。如果交換機(jī)從多個(gè)端口收到“配置”BPDU，則說明存在冗余鏈路；交換機(jī)選擇根費(fèi)用最低的端口作為本機(jī)的

根端口，并將其他幾個(gè)收到“配置”BPDU的端口設(shè)為“阻塞”狀態(tài)；類似的修改BPDU，繼續(xù)傳遞該BPDU。發(fā)現(xiàn)拓?fù)渥兓慕粨Q機(jī)向指定網(wǎng)橋（根端口）發(fā)送“變化”BPDU，等待；收到“變化”BPDU的交換機(jī)發(fā)送確認(rèn)消息，同時(shí)繼續(xù)向自己的指定網(wǎng)橋傳遞該“變化”BPDU；傳遞一直到根交換機(jī)，根除了改變配置信息，還重新發(fā)出“配置”BPDU。交換機(jī)根據(jù)新的“配置”BPDU，改變對(duì)端口的配置。開始，所有交換機(jī)都將自己設(shè)為根，并把自己根標(biāo)識(shí)符的BPDU泛洪出去；如果交換機(jī)收到一個(gè)有更低標(biāo)識(shí)符的BPDU，則修該根網(wǎng)橋信息。這樣，通過交換BPDU就可以選舉出根網(wǎng)橋。第三章以太網(wǎng)技術(shù)3.4流量控制與自協(xié)商機(jī)制3.4.1以太網(wǎng)流量控制丟幀的影響：整個(gè)網(wǎng)絡(luò)吞吐量隨著幀丟失率迅速下降。幀丟失率最好吞吐量比率超時(shí)＝10s超時(shí)＝5s超時(shí)＝1s超時(shí)＝100msMAC控制層：IEEE802.3MAC控制結(jié)構(gòu)及其幀格式增加了流量控制。物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層傳輸層會(huì)話層表示層應(yīng)用層MAC介質(zhì)訪問控制MAC控制MAC客戶端（網(wǎng)橋，LLC）OSI模型PAUSE功能：在全雙工以太網(wǎng)鏈路實(shí)現(xiàn)流量控制，使用MAC控制幀。PAUSE操作：實(shí)現(xiàn)“停－啟”形式的流量控制。PAUSE配置：1）手工配置；2）自動(dòng)協(xié)商機(jī)制配置。如果某個(gè)設(shè)備需要阻止幀的到來，它發(fā)送一個(gè)帶有等待時(shí)間PAUSE幀；對(duì)方設(shè)備收到該P(yáng)AUSE后，按照其中的時(shí)間參數(shù)暫停發(fā)送幀；暫停時(shí)間計(jì)時(shí)滿后，繼續(xù)正常的幀傳輸；如果希望對(duì)方提前結(jié)束暫停狀態(tài)，可發(fā)送等待0時(shí)間參數(shù)的PAUSE幀來激活對(duì)方。PAUSE實(shí)現(xiàn)：1）在發(fā)送隊(duì)列中插入PAUSE幀。

2）對(duì)收到的PAUSE幀進(jìn)行語法分析。

3）PAUSE時(shí)序。

4）流量緩沖。流量控制：1）緩沖區(qū)閾值。

2）PAUSE時(shí)間的選取。

3）對(duì)稱性（單向控制、雙向控制）。第三章以太網(wǎng)技術(shù)3.4.2以太網(wǎng)自協(xié)商機(jī)制目的：讓計(jì)算機(jī)和交換機(jī)相互確定對(duì)方的能力，并把它們自己設(shè)置為“最高公共體”——雙方共同支持的最大功能集合。自協(xié)商協(xié)議功能：1）檢查和控制接口；

2）雙絞線的技術(shù)能力；

3）對(duì)流量控制的協(xié)商；

4）確定主/從定時(shí)器；

5）雙絞線電纜的并行檢測(cè)；

6）通過雙絞線交換協(xié)商數(shù)據(jù)。0123456789101112131415基本頁信息報(bào)文類型10BASE-T半雙工10BASE-T全雙工100BASE-TX半雙工100BASE-TX全雙工100BASE-T4半雙工流控制支持遠(yuǎn)程故障指示確認(rèn)下一頁指示保留0123456789101112131415基本頁信息報(bào)文類型全雙工半雙工PAUSE非對(duì)稱方向遠(yuǎn)程故障1確認(rèn)下一頁指示保留遠(yuǎn)程故障21000BASE－X接口的自協(xié)商相同類型接口間的數(shù)據(jù)交換包括：

1）全雙工或半雙工能力：

2）流量控制機(jī)制；

3）遠(yuǎn)程故障狀況；

4）廠商產(chǎn)品的相關(guān)數(shù)據(jù)。3.5優(yōu)先級(jí)管理與鏈路聚合3.5.1以太網(wǎng)信息流優(yōu)先級(jí)優(yōu)先級(jí)分配管理：1）由（核心）交換機(jī)完成對(duì)輸入幀的確認(rèn)、分類和優(yōu)先級(jí)分配；2）由終端系統(tǒng)完成對(duì)幀的確認(rèn)、分類和優(yōu)先級(jí)分配。802.1p：在鏈路層定義優(yōu)先級(jí)。目的MAC源MAC協(xié)議標(biāo)志類型數(shù)據(jù)CRC3112優(yōu)先級(jí)VLAN_ID7保留6交互式語音5交互式多媒體4多媒體流3實(shí)時(shí)控制數(shù)據(jù)2標(biāo)準(zhǔn)信息流1后臺(tái)數(shù)據(jù)0盡力而為實(shí)現(xiàn)過程：第三章以太網(wǎng)技術(shù)邊緣交換機(jī)核心交換機(jī)虛鏈路MACMAC1端口AMAC2端口BMAC3端口CMAC4端口D第三章以太網(wǎng)技術(shù)3.5.2鏈路聚合目的：把一組傳輸鏈路聚合起來，形成一條更高速率的虛鏈路或主干鏈路。鏈路聚合子層：也屬于MAC控制子層。鏈路聚合控制協(xié)議LACP與每條真實(shí)的鏈路獨(dú)立協(xié)商，對(duì)輸出幀進(jìn)行調(diào)度，對(duì)接收幀排序并轉(zhuǎn)交給高層應(yīng)用。聚合虛鏈路：聚合后的虛鏈路必需有自己的MAC地址。鏈路聚合消息：使用的參數(shù)大多來自于生成樹協(xié)議，同時(shí)要為每個(gè)端口指定一個(gè)“關(guān)健字”。目的MAC地址＝0180C2000002協(xié)議類型＝8809本地系統(tǒng)標(biāo)識(shí)符＝優(yōu)先級(jí)＋MAC地址本地端口標(biāo)識(shí)符＝優(yōu)先級(jí)＋端口號(hào)分配給端口的關(guān)鍵字＝本地狀態(tài)標(biāo)志＝同伴系統(tǒng)標(biāo)識(shí)符＝優(yōu)先級(jí)＋MAC地址同伴端口標(biāo)識(shí)符＝優(yōu)先級(jí)＋端口號(hào)分配給同伴端口的關(guān)鍵字＝同伴系統(tǒng)狀態(tài)＝計(jì)時(shí)器信息鏈路聚合：將對(duì)方交換機(jī)中某一關(guān)鍵字組的端口與自己某一關(guān)鍵字組的端口聚合，允許關(guān)鍵字交叉聚合。關(guān)鍵字1關(guān)鍵字2關(guān)鍵字3活動(dòng)聚合鏈路備份聚合鏈路幀調(diào)度方式：1）循環(huán)法（Round-Robin）；

2）HASH散列法（802.3ad）。會(huì)話：將需要按順序傳輸?shù)膸M成一個(gè)會(huì)話，特定會(huì)話中的所有幀都經(jīng)過同一條鏈路按順序傳輸，不屬于會(huì)話的幀分布到所有鏈路。會(huì)話轉(zhuǎn)移：為處理鏈路失效或負(fù)載均衡，可以進(jìn)行會(huì)話遷移。向源鏈路發(fā)送特殊消息，告訴同伴終止該鏈路上的會(huì)話；受到確認(rèn)后，在另外一條鏈路上建立會(huì)話傳輸。F1F2F3F4F5F6FC1F1F3F2F4F5FC1FC1FC2第三章以太網(wǎng)技術(shù)3.6虛擬局域網(wǎng)虛擬局域網(wǎng)：將分布在不同地理位置上的終端組織在一起，形成一個(gè)邏輯上的子網(wǎng)（廣播域），該子網(wǎng)為一個(gè)VLAN。3.6.1VLAN劃分方法交換機(jī)端口組；MAC地址組；IP地址；組播地址。3.6.2VLAN標(biāo)識(shí)802.1Q：在以太網(wǎng)幀加入4個(gè)字節(jié)來標(biāo)識(shí)一個(gè)VLAN。目的MAC源MAC8100TCI數(shù)據(jù)CRC3bits112bitsVLAN_IDCisco采用不改變?cè)蕴W(wǎng)幀格式，而是在幀前面加入26個(gè)字節(jié)的頭，以及在幀最后加上4個(gè)字節(jié)尾部的方法來標(biāo)識(shí)一個(gè)VLAN。12345678SwitchAVLAN1VLAN2B3.6.3虛網(wǎng)成員的自動(dòng)登記GVRP：基于GARP的工作機(jī)制，維護(hù)交換機(jī)中的VLAN成員的動(dòng)態(tài)注冊(cè)信息，并傳播該信息到其它的交換機(jī)中。GARP消息：消息類型有三類，分別為Join、Leave和LeaveAll。作用：當(dāng)一個(gè)GARP應(yīng)用實(shí)體希望其它交換機(jī)注冊(cè)自己的某屬性信息時(shí)，將對(duì)外發(fā)送Join消息。當(dāng)一個(gè)GARP應(yīng)用實(shí)體希望其它交換機(jī)注銷自己的某屬性信息時(shí)，將對(duì)外發(fā)送Leave消息。每個(gè)GARP應(yīng)用實(shí)體啟動(dòng)后，將同時(shí)啟動(dòng)LeaveAll定時(shí)器，當(dāng)超時(shí)后將對(duì)外發(fā)送LeaveAll消息。GARP應(yīng)用實(shí)體的協(xié)議數(shù)據(jù)報(bào)文的目的MAC地址都是特定的組播MAC地址。支持GARP特性的交換機(jī)在接收到GARP應(yīng)用實(shí)體的報(bào)文后，會(huì)根據(jù)其目的MAC地址加以區(qū)分并交給不同的GARP應(yīng)用（如GVRP或GMRP）去處理。

12345678Switch1AVLAN1VLAN212345678Switch2VLA