網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與網(wǎng)絡(luò)安全第03講以太網(wǎng)技術(shù)

第三講以太網(wǎng)技術(shù)0主要內(nèi)容以太網(wǎng)簡介以太網(wǎng)與Internet、OSICSMA/CD原理以太網(wǎng)技術(shù)及其發(fā)展以太網(wǎng)相關(guān)技術(shù)以太網(wǎng)技術(shù)標準第三講以太網(wǎng)技術(shù)1以太網(wǎng)簡介以太網(wǎng)Ethernet1972年，RobertMetcalfe博士在Xerox公司PARC研究中心試驗了第一個2.94Mbps以太網(wǎng)原型系統(tǒng)AltoAlohaNetwork，實現(xiàn)不同計算機系統(tǒng)之間的互連，并共享打印機設(shè)備1973年，Metcalfe將自己的系統(tǒng)更名為以太網(wǎng)（Ethernet），并指出該設(shè)計不局限于PARC的Alto計算機互連，也適用于其它計算機系統(tǒng)1979年，Metcalfe成立3Com公司，研制出以太網(wǎng)網(wǎng)卡（NIC）1980年，DEC、Intel、Xerox聯(lián)合研發(fā)了10M以太網(wǎng)1.0規(guī)范1982年，發(fā)布以太網(wǎng)2.0規(guī)范（EthernetV2）1983年，IEEE采納并發(fā)布以太網(wǎng)正式標準802.3以太網(wǎng)分層結(jié)構(gòu)：數(shù)據(jù)鏈路層介質(zhì)訪問控制子層（MAC，MediaAccessControl）邏輯鏈路控制子層（LLC，LogicLinkControl）物理層第三講以太網(wǎng)技術(shù)2以太網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)第三講以太網(wǎng)技術(shù)3MAC/LLC幀結(jié)構(gòu)（兩種）第三講以太網(wǎng)技術(shù)4CSMA/CD算法CSMA/CD帶沖突檢測的載波偵聽多址訪問Carrier-SenseMultipleAccesswithCollisionDetection用“載波偵聽”方法檢查信道是否空閑。若空閑，進入下一步；若忙，等待并繼續(xù)監(jiān)測。發(fā)送數(shù)據(jù)，同時檢測信道沖突。若成功發(fā)送完畢（未發(fā)生沖突），完成；若遇沖突，進入下一步。中止本次發(fā)送。進入下一步。等待一段隨機時間。返回第1步。第三講以太網(wǎng)技術(shù)5以太網(wǎng)幀發(fā)送的“微觀特性”Ｔｓ＞Ｔｄ設(shè)：站點相距1Km，數(shù)據(jù)傳輸速率100Mbps則：報文長度＞500bits≈64bytesWHY？第三講以太網(wǎng)技術(shù)6發(fā)送碰撞圖解發(fā)送數(shù)據(jù)幀的站點，在發(fā)送數(shù)據(jù)幀后至多經(jīng)過2τ就可以知道該幀是否發(fā)生了碰撞。第三講以太網(wǎng)技術(shù)7以太網(wǎng)技術(shù)發(fā)展第一階段：同軸電纜（CoaxCable）第二階段：集線器（Hub）第三階段：二層交換機（SwitchHub）第四階段：三層交換機（Switch）速率、介質(zhì)、聯(lián)網(wǎng)方式、吞吐能力、網(wǎng)絡(luò)規(guī)模、安全性、QoS、功能……第三講以太網(wǎng)技術(shù)8第一階段：同軸電纜同軸電纜（CoaxCable）存在問題和缺陷：線路的布局受到較大制約，難以靈活調(diào)整；增加設(shè)備時T形接頭制作難度較大、要求較高，且容易損壞，還容易造成線路連接不良，嚴重的將造成斷線；同軸電纜成本較高；受限于同軸電纜長度，網(wǎng)絡(luò)覆蓋的范圍十分有限；同軸電纜本身是“單點故障”易發(fā)點；隨著通信速率的提高，同軸電纜的通信效率會大大降低；隨著線路上設(shè)備數(shù)的增多，沖突增加，將導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)通信效率急劇下降，最終可能引起癱瘓。10Base2（細纜）10Base5（粗纜）第三講以太網(wǎng)技術(shù)9第二階段：集線器集線器（Hub）主要改進：聯(lián)網(wǎng)方式——HUB的引入速率提高——FastEthernet，快速以太網(wǎng)，100M傳輸介質(zhì)——UTP，非屏蔽雙絞線通信方式——FullDuplex，全雙工（注意避免沖突的條件）10BaseT100BaseT12345678RJ45第三講以太網(wǎng)技術(shù)10以太網(wǎng)沖突（碰撞）域第三講以太網(wǎng)技術(shù)11第三階段：二層交換機二層交換機（SwitchHub）①②③④⑤⑥⑦⑧C1/A1C2/A2C3/A3C4/A4端口號MAC地址終端①②③A1C1④A3C3⑤A2C2⑥A4C4⑦⑧轉(zhuǎn)發(fā)表思考：當(dāng)一個端口上連接另一個交換機時，轉(zhuǎn)發(fā)表如何設(shè)計？主要改進：有效減少碰撞，提高利用率，擴大聯(lián)網(wǎng)規(guī)模不同速率端口互連（適配能力）反而失去以太網(wǎng)“天生”的流控能力！第三講以太網(wǎng)技術(shù)12二層交換機～網(wǎng)橋網(wǎng)橋Bridge第三講以太網(wǎng)技術(shù)13存儲轉(zhuǎn)發(fā)與切入轉(zhuǎn)發(fā)存儲轉(zhuǎn)發(fā)（Store-and-Forward）網(wǎng)絡(luò)中繼設(shè)備接收完整報文解析、排隊并轉(zhuǎn)發(fā)到目的端口（線路）切入轉(zhuǎn)發(fā)（Cut-Through）網(wǎng)絡(luò)中繼設(shè)備接收到地址字段后，立即解析轉(zhuǎn)接到目的端口“直通式”轉(zhuǎn)發(fā)比較：●實現(xiàn)機制；●轉(zhuǎn)發(fā)延遲；●可靠傳輸；●流量管理第三講以太網(wǎng)技術(shù)14廣播風(fēng)暴與死鎖環(huán)路廣播風(fēng)暴（BroadcastStorm）共享網(wǎng)絡(luò)中大量設(shè)備進行廣播死鎖環(huán)路（DeadlockLoop）BridgeBridge第三講以太網(wǎng)技術(shù)15第四階段：三層交換機三層交換機（Layer3Switch/IPSwitch）三層交換機已經(jīng)不是“純粹”的以太網(wǎng)交換機了！思考：IP交換機與路由器有什么區(qū)別？IP和MAC地址對的發(fā)現(xiàn)——ARP協(xié)議（AddressResolutionProtocol，地址解析協(xié)議）主機A主機B主機C主機A“192.168.1.3的MAC地址是什么？”（MAC＝ff-ff-ff-ff-ff-ff）主機C192.168.1.3的MAC地址是03-aa-01-75-c3-06第三講以太網(wǎng)技術(shù)16局域網(wǎng)標準802系列IEEE802.1通用網(wǎng)絡(luò)概念及網(wǎng)橋IEEE802.2邏輯鏈路控制IEEE802.3以太網(wǎng)CSMA/CD復(fù)用方法及物理層規(guī)定IEEE802.4令牌總線結(jié)構(gòu)和訪問方法及物理層規(guī)定IEEE802.5令牌環(huán)訪問方法及物理層規(guī)定IEEE802.6城域網(wǎng)的訪問方法及物理層規(guī)定IEEE802.7寬帶局域網(wǎng)IEEE802.8光纖局域網(wǎng)IEEE802.9ISDN局域網(wǎng)IEEE802.10網(wǎng)絡(luò)安全IEEE802.11無線局域網(wǎng)IEEE802.12優(yōu)先高速局域網(wǎng)（100Mbps）IEEE802.13有線電視（Cable-TV）第三講以太網(wǎng)技術(shù)17以太網(wǎng)802.3標準及其發(fā)展軌跡IEEE802.3（工作組）標準系列802.3：傳統(tǒng)以太網(wǎng)10Base-2，10M粗纜總線10Base-5，10M細纜總線1Base-5，1M總線（短暫的后退）10Base-T，10M星形雙絞線802.3u：100M，快速以太網(wǎng)（FastEthernet）100Base-TX，UTP5100Base-T4，UTP3100Base-FX，OpticalFiber802.3z：1000M＝1G，千兆以太網(wǎng)（GigabitEthernet）1000Base-SX，短波長光傳輸1000Base-LX，長波長光傳輸1000Base-T，五類線傳輸802.3ae：基于光纜的萬兆以太網(wǎng)（10G）10GBase-X10GBase-R10GBase-W802.3an：基于銅纜的萬兆以太網(wǎng)10GBase-T802.3ba：包含兩個速度的規(guī)范，每種速度提供一組物理接口40G——1m交換機背板鏈路、10m銅纜鏈路和100m多模光纖鏈路標準100G——10m銅纜鏈路、100m多模光纖鏈路和10Km、40Km單模光纖鏈路標準第三講以太網(wǎng)技術(shù)18Ethernetover‘Anything’EthernetoverFiber－光纖以太網(wǎng)直接在光纖上傳輸以太網(wǎng)，用于城區(qū)的短距離傳送(<70公里)EthernetoverSDH－RPR(ResilientPacketRing)以太網(wǎng)IEEE802.17標準使以太網(wǎng)業(yè)務(wù)能夠借助SDH環(huán)路網(wǎng)絡(luò)傳輸幾千公里EthernetoverDWDM/CWDM－波分復(fù)用以太網(wǎng)使以太網(wǎng)可以通過多個波長光波在一根光纖上傳送EthernetoverSONET－同步光網(wǎng)以太網(wǎng)萬兆以太網(wǎng)與SONETOC-192幀結(jié)構(gòu)的融合，可以與SONET/SDH設(shè)備一起運行，保護了傳統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施投資，可通過城域網(wǎng)提供端到端以太網(wǎng)EthernetoverPON－EPON(EthernetPON)和GPON(GigabitPON)EPON是點到多點光以太