BA000007 以太網(wǎng)技術(shù)

1、BA000007 以太網(wǎng)技術(shù),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),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,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),10BASE2 10BASE5 10BASE-T 100BASE-TX 100BASE-FX 100BASE-T4 100BASE-T2

2、,物理層標(biāo)準(zhǔn),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,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,雙工方式,運(yùn)行速率,全雙工 半雙工,10M 100M 1000M 10G,8種組合,自動(dòng)協(xié)商,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),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(chēng)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)

3、組合運(yùn)行。,雙工模式,運(yùn)行速率,流量控制,.,101001010111000101001101010101.,編碼支持能力,運(yùn)行速率,雙工模式,100M 10M,全雙工 半雙工,運(yùn)行速率,雙工模式,100M 10M,全雙工 半雙工,100M，全雙工,協(xié)商原則,它只能連接一種類(lèi)型的物理線(xiàn)路,集線(xiàn)器I類(lèi),可以連接不同的物理介質(zhì) 相當(dāng)于一條高速總線(xiàn)，使用CSMA/CD方式工作。,集線(xiàn)器II類(lèi),圖中各PC機(jī)安裝了10/100M自適應(yīng)網(wǎng)卡，交換機(jī)和HUB都支持自動(dòng)協(xié)商，請(qǐng)問(wèn)： PCA和交換機(jī)之間工作在什么方式？ PCB和HUB之間工作在什么方式？ HUB和交換機(jī)之間工作在什么方式？,PCA,PCB,總結(jié)

4、與思考,HUB,LAN switch,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,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),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(xiàn) 發(fā)送數(shù)據(jù)線(xiàn) 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,HalfDuplexMAC,Physical_Layer,數(shù)據(jù)線(xiàn),指示信號(hào),沖突和檢測(cè)信號(hào),MAC子層半雙工MAC（CSMA/CD）,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(xiàn) 發(fā)送數(shù)據(jù)線(xiàn) 接收數(shù)據(jù)指示 發(fā)送數(shù)據(jù)指示,HalfDuplexMAC,Physical_

5、Layer,數(shù)據(jù)線(xiàn),指示信號(hào),MAC子層全雙工MAC,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。,LLC子層,TokenRingMAC,EthernetMAC,FDDIMAC,HalfDuplexMAC,FullDuplexMAC,MAC子層位置,LLC子層,MAC子層,DSAP,SSAP,Control,8bit,8bit,8/16bit,DMAC,SMAC,Length,LLC,DATA/FCS,IEEE802.3幀結(jié)構(gòu),LLC子層幀結(jié)構(gòu)和服務(wù),LLC層維護(hù)一張以DSAP為索引的函數(shù) 列表，每接收到一個(gè)數(shù)據(jù)包，以D

6、SAP 為索引調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)，該函數(shù)把數(shù) 據(jù)包掛到相應(yīng)接收隊(duì)列。,.,函數(shù)列表,OnReceivedData_IP(Length,PDU) OnReceivedData_IPX(Length,PDU) OnReceivedData_NetBEUI(Length,PDU) OnReceivedData_05(Length,PDU) OnReceivedData_06(Length,PDU) .,126,SSAP,Control,LLC子層數(shù)據(jù)的上層分發(fā),Ethernet_II,DMAC,SMAC,Length/T,DATA/PAD,FCS,Length/Type值,含義,Length/T 150

7、0 Length/T = 1500,代表了該幀的類(lèi)型 代表了該幀的長(zhǎng)度,802.3,以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu),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,.,RX TX,RX TX,接 收 緩 沖 區(qū),發(fā) 送 緩 沖 區(qū),高速背板總線(xiàn),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(xiàn)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),交換機(jī)維持一個(gè)CAM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.

8、ABCD.0001 1234.ABCD.0002 1234.ADCB.0005 . .,1 2 3 . .,交換機(jī)工作過(guò)程學(xué)習(xí),交換機(jī)接收到數(shù)據(jù)幀后，根據(jù)目的 地址查詢(xún)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.0001,1234.ADCB.0005,MAC,出口集合,1234.ABCD.0001 1234.ABCD.0002 1234.ADCB.0005

9、 . .,1 2 3 . .,交換機(jī)工作過(guò)程轉(zhuǎn)發(fā),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,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基本概念,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,通過(guò)MAC地址指定端口的VLAN， 需要服務(wù)器和客戶(hù)端的支持。 特點(diǎn)： 安全性高 配置比較煩瑣,1234.ABCD.0001 100 1234.ABCD.0002 200 1234.ABCD.0

10、003 100 1234.ABCD.0004 200 . .,Server,1234.ABCD.0001,1234.ABCD.0003,劃分方式基于MAC地址,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.0001,1234.ABCD.0003,跨越交換機(jī)的VLAN,兩個(gè)交換機(jī)間用來(lái)傳遞VLAN通信的 鏈路稱(chēng)為T(mén)RUNK。 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.0001,1234.ABCD.0003,Trunk鏈路,TRUNK鏈路,在TAG鏈路上傳輸這種類(lèi)型的幀， 對(duì)端交換

11、機(jī)根據(jù)802.1q中的VLAN ID來(lái)區(qū)分正確的VLAN,然后向該 VLAN包含的端口轉(zhuǎn)發(fā).,D_Addr,S_Addr,802.1q,L/T,DATA,TYPE,PRI/CFI/VID,NAME,VLUE,TYPE PRI CFI VID,8100 優(yōu)先級(jí) 用于環(huán)形結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò) VLAN ID,802.1q幀格式,端口類(lèi)型,類(lèi)型含義,TAGED 非TAGED,能接收包含VLAN ID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(lèi)型,類(lèi)型含義,TAGED ACCESS,交換機(jī)間鏈路,

12、傳輸 的幀攜帶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(lèi)型和交換機(jī)間鏈路類(lèi)型,混合,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?不到帶寬而受影響,以太網(wǎng)QoS保證,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_Addr,S_Addr,802.1q,L/T,DATA,TYPE,PRI/CFI/VID,優(yōu)先級(jí),隊(duì)列,0 1 2 3 4 5 6 7,1,2,優(yōu)先級(jí),隊(duì)列,0 1 2 3 4 5 6 7,1,2,3,優(yōu)先級(jí)跟交

13、換機(jī)發(fā)送隊(duì)列的對(duì)應(yīng)關(guān)系,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,01010101 10101010 .,0101010101 1010101010 .,鏈路層,物理層,千兆以太網(wǎng)物理層8B10B編碼,8B10B不對(duì)稱(chēng)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,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， 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)?/p>

14、開(kāi)始,有序集和數(shù)據(jù)封裝,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,大量數(shù)據(jù),PAUSE幀,流量控制,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,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,媒體流服務(wù)器,媒體流接收端,概念

15、,媒體流服務(wù)器,IGMP加入消息,每當(dāng)終端想要接收針對(duì)組G的組播 數(shù)據(jù)時(shí)，它發(fā)出IGMP加入消息，交 換機(jī)探測(cè)到這個(gè)消息，建立轉(zhuǎn)發(fā)項(xiàng) （G，I），其中I為終端所在的端 口。若另外有終端也加入G，則交 換機(jī)僅僅把另外終端所在端口加入 轉(zhuǎn)發(fā)項(xiàng)即可。,IGMP窺探,媒體流服務(wù)器,針對(duì)組G的組播數(shù)據(jù)流,交換機(jī)必須檢測(cè)每個(gè)組G的組播數(shù)據(jù)包。,IGMP窺探存在的問(wèn)題,媒體流服務(wù)器,GMRP請(qǐng)求消息,組播數(shù)據(jù)流,GMRP：General Multicast Register Protocol GMRP是一種交換設(shè)備和交換設(shè)備之 間，交換設(shè)備和終端設(shè)備之間的信息 交流協(xié)議，用來(lái)表達(dá)自己的請(qǐng)求和分 發(fā)自己的本地

16、信息。,GMRP協(xié)議,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,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,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,SPT協(xié)議把該端口阻塞,生成樹(shù)協(xié)議,SPT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)數(shù),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,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ID,COST,優(yōu)先級(jí),M