企業(yè)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與實(shí)施 課件 第2章 交換技術(shù)

第2章交換技術(shù)2.1物理層2.2數(shù)據(jù)鏈路層2.3交換機(jī)本章小結(jié)

2.1物理層

1.?物理層的功能物理層是TCP/IP模型的最底層，為數(shù)據(jù)傳輸提供可靠的環(huán)境，物理層在TCP/IP五層模型中的位置如下圖2.1所示。

圖2.1物理層的位置

物理層的主要功能是完成相鄰節(jié)點(diǎn)之間原始比特流的傳輸。

物理層協(xié)議關(guān)心的是以下幾個方面。

(1)使用什么樣的物理信號來表示數(shù)據(jù)1和0。

(2)數(shù)據(jù)傳輸是否可同時在兩個方向上進(jìn)行。

(3)連接如何建立以及完成通信后連接如何終止。

(4)物理接口(插頭和插座)有多少針以及各針的用處等。

2.?物理層的傳輸介質(zhì)

物理層的傳輸介質(zhì)包括有線介質(zhì)和無線介質(zhì)，如圖2.2所示。圖2.2物理層的傳輸介質(zhì)

1)?有線介質(zhì)

使用最普及的有線介質(zhì)是雙絞線。雙絞線既可用于傳輸模擬信號，也可以用于傳輸數(shù)字信號。

雙絞線將一對互相絕緣的金屬導(dǎo)線按逆時針方向互相絞合在一起，用來抵御一部分電磁波干擾，扭線越密，其抗干擾能力就越強(qiáng)，雙絞線由此而得名。雙絞線由多對銅線組成并被包在一個絕緣電纜套管里。典型的雙絞線由四對銅線組成。

雙絞線可以分為屏蔽雙絞線(STP)和非屏蔽雙絞線(UTP)，如圖2.3所示。

圖2.3屏蔽雙絞線和非屏蔽雙絞線

隨著光通信技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)在人們已經(jīng)可以利用光導(dǎo)纖維(簡稱光纖)來傳輸數(shù)據(jù)。

按照傳輸模式的不同，光纖可分為單模光纖和多模光纖。

如果光纖纖芯的直徑較大，則光纖中可能存在多種入射角度，具有這種特性的光纖稱為多模光纖(Multi-modeFiber)，如圖2.4(a)所示。如果將光纖纖芯直徑減小到只有光波波長大小，則光纖中只能傳輸一種模的光，這樣的光纖稱為單模光纖(Single-modeFiber)，如圖2.4(b)所示。

圖2.4多模光纖和單模光纖

2)?無線介質(zhì)

無線傳輸介質(zhì)不需要架設(shè)或鋪埋電纜或光纖，而是通過大氣傳輸?？梢苑譃闊o線電波、微波、紅外線和激光等。

無線電波是指在自由空間(包括空氣和真空)傳播的射頻頻段的電磁波。

微波頻率比一般的無線電波頻率高，通常也稱為超高頻電磁波。紅外通信和激光通信也像微波通信一樣，有很強(qiáng)的方向性，都是沿直線傳播的。這三種技術(shù)對環(huán)境氣候較為敏感，如雨、霧和雷電。

3.?物理層的設(shè)備

1)?網(wǎng)絡(luò)接口卡

網(wǎng)絡(luò)接口卡(Network?Interface?Card)簡稱網(wǎng)卡(NIC)，是網(wǎng)絡(luò)中必不可少的基本設(shè)備，它為計算機(jī)之間的通信提供物理連接，如圖2.5所示。

圖2.5網(wǎng)卡

2)?中繼器

中繼器適用于完全相同的兩類網(wǎng)絡(luò)之間的互連，主要功能是通過對數(shù)據(jù)信號的重新發(fā)送或者轉(zhuǎn)發(fā)，來擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)木嚯x，如圖2.6所示。

圖2.6中繼器

3)?集線器

集線器(Hub)是將多條以太網(wǎng)雙絞線或光纖集合連接在同一段物理介質(zhì)下的設(shè)備，如圖2.7所示。圖2.7集線器

2.2數(shù)據(jù)鏈路層

2.2.1數(shù)據(jù)鏈路層概述

數(shù)據(jù)鏈路層在物理線路上提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸，對網(wǎng)絡(luò)層而言，它是一條無差錯的線路。其在TCP/IP5層模型中的位置如圖2.8所示。圖2.8數(shù)據(jù)鏈路層的位置

數(shù)據(jù)鏈路層的作用如下：

(1)?進(jìn)行數(shù)據(jù)鏈路的建立、維護(hù)與拆除。

(2)?進(jìn)行幀包裝、幀傳輸、幀同步。

(3)?進(jìn)行幀的差錯控制，必要時重新傳輸。

(4)?進(jìn)行幀的流量控制。

2.2.2以太網(wǎng)

1.?以太網(wǎng)的歷史

1973年，位于加利福尼亞的Xerox公司提出并實(shí)現(xiàn)了最初的以太網(wǎng)。

2.?以太網(wǎng)的工作原理

如圖2.9所示，在以太網(wǎng)中需要解決的問題如下：

(1)?如果中間的鏈路是共享的，那么這條鏈路在同一時間由誰來使用呢？如何來保證這些主機(jī)能有序地使用共享鏈路，不發(fā)生數(shù)據(jù)沖突？

(2)?如果主機(jī)A發(fā)出一個數(shù)據(jù)幀給主機(jī)B，如何標(biāo)識主機(jī)A和主機(jī)B呢？

(3)?主機(jī)之間發(fā)送的數(shù)據(jù)，需要保證雙方互相都能讀懂，那么它們發(fā)送的數(shù)據(jù)的格式是不是需要有一個統(tǒng)一的規(guī)范呢？

圖2.9以太網(wǎng)

以太網(wǎng)采用CSMA/CD(基帶沖突檢測的載波監(jiān)聽多路訪問)避免信號的沖突，其工作原理如下：

(1)?發(fā)送前先監(jiān)聽信道是否空閑。

(2)?若空閑則立即發(fā)送數(shù)據(jù)。

(3)?在發(fā)送時，邊發(fā)邊繼續(xù)監(jiān)聽。

(4)?若監(jiān)聽到?jīng)_突，則立即停止發(fā)送。

(5)?等待一段隨機(jī)時間(稱為退避)以后，再重新嘗試發(fā)送。

3.?MAC地址

通信中，用來標(biāo)識主機(jī)身份的地址就是MAC地址。

MAC地址由48位二進(jìn)制數(shù)組成，通常分成六段，用十六進(jìn)制表示，如00-E0-FC-39-80-34。其中，前24位是生產(chǎn)廠商向IEEE申請的廠商編號(供應(yīng)商標(biāo)識)，后24位是網(wǎng)絡(luò)接口卡的序列號(網(wǎng)卡編號)，如圖2.10所示。

圖2.10MAC地址

4.?以太網(wǎng)的幀格式

以太網(wǎng)有多種幀格式，最常用的是EthernetⅡ幀格式，如圖2.11所示。圖2.11EthernetⅡ幀格式

使用科來抓包查看的幀格式如圖2.12所示。圖2.12幀格式的抓包

2.3交換機(jī)

2.3.1交換機(jī)的工作原理交換機(jī)是用來連接局域網(wǎng)的主要設(shè)備，交換機(jī)工作在數(shù)據(jù)鏈路層，能夠根據(jù)以太網(wǎng)幀中的目的地址智能地轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，如圖2.13所示。

圖2.13交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)

1.?初始狀態(tài)

如圖2.14所示，初始狀態(tài)的交換機(jī)其MAC地址表是空的。圖2.14初始狀態(tài)

2.?學(xué)習(xí)MAC地址

如圖2.15所示圖2.15學(xué)習(xí)MAC地址

3.?廣播未知數(shù)據(jù)幀

如圖2.16所示圖2.16廣播未知數(shù)據(jù)幀

4.?接收方回應(yīng)

如圖2.17所示圖2.17接收方回應(yīng)

5.?單播通信

此時，交換機(jī)MAC地址表中已經(jīng)有主機(jī)A和主機(jī)B的條目，如圖2.18所示圖2.18單播通信

2.3.2沖突域與廣播域

1.接口的雙工模式

交換機(jī)接口的雙工模式有單工、半雙工與全雙工。

1)?單工

單工傳輸是指兩個數(shù)據(jù)站之間只能沿單一方向傳輸數(shù)據(jù)，如麥克風(fēng)、電臺廣播等。

2)?半雙工

半雙工傳輸是指兩個數(shù)據(jù)站之間可以實(shí)現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)傳輸，但不能同時進(jìn)行。

3)?全雙工

全雙工傳輸是指兩個數(shù)據(jù)站之間可以雙向且同時進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

2.沖突域

在以太網(wǎng)中，如果某個CSMA/CD網(wǎng)絡(luò)中的兩臺計算機(jī)同時通信時會發(fā)生沖突，那么這個網(wǎng)絡(luò)就是一個沖突域，如圖2.19所示。

圖2.19沖突域

3.廣播域

廣播域是指接收同樣廣播消息的節(jié)點(diǎn)的集合，該集合中的任何一個節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個廣播幀，則所有其他節(jié)點(diǎn)都能收到這個幀。

交換機(jī)分割沖突域，但是不分割廣播域，即交換機(jī)的所有端口屬于同一個廣播域，如圖2.20所示。圖2.20廣播域

2.3.3交換機(jī)的基本配置

如圖2.21所示，使用eNSP搭建實(shí)驗(yàn)環(huán)境，配置各PC的IP地址，使用ping命令來測試連通性。

圖2.21實(shí)驗(yàn)拓?fù)?/p>

1.?查看交換機(jī)地址與MAC地址表

查看交換機(jī)MAC地址的命令如下：

<Huawei>displaybridgemac-address

SystembridgeMACaddress:4c1f-cc72-4328

查看交換機(jī)MAC地址表的命令如圖2.22所示，可以看到交換機(jī)已經(jīng)動態(tài)學(xué)習(xí)到四臺主機(jī)的MAC地址。

圖2.22查看交換機(jī)MAC地址表

2.?配置LLDP協(xié)議

LLDP(LinkLayerDiscoveryProtocol，鏈路層發(fā)現(xiàn)協(xié)議)是第二層發(fā)現(xiàn)協(xié)議，通過采用LLDP技術(shù)，網(wǎng)管系統(tǒng)可以快速掌握二層網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔⒑屯負(fù)渥兓畔ⅰ?/p>

3.?配置接口的工作模式

本章小結(jié)

物理層的設(shè)備包括網(wǎng)絡(luò)接口卡、中繼器和集線器。數(shù)據(jù)鏈路層在物理線路上提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸，它對網(wǎng)絡(luò)層而言是一條無差錯的線路。MAC地址即網(wǎng)卡的物理地址，MAC地址由48位二進(jìn)制數(shù)組成，通常分成六段，用16進(jìn)制表示。以太網(wǎng)有多種幀格式，最為常用的是EthernetⅡ幀格式。

交換機(jī)可以動態(tài)學(xué)習(xí)MAC地址，形成MAC地址表，對未知數(shù)據(jù)幀采用廣播的方式轉(zhuǎn)發(fā)。

交換機(jī)接口的雙工模式有單工、半雙工與全雙工。

在以太網(wǎng)中，如