1、以太網(wǎng)技術(shù)原理,ISSUE 1.0,Page 1,以太網(wǎng)是當(dāng)今應(yīng)用最廣泛的局域網(wǎng)技術(shù),前 言,Page 2,學(xué)習(xí)指南,理解以太網(wǎng)技術(shù)原理，可以遵循兩個邏輯：以太網(wǎng)設(shè)備的發(fā)展和鏈路物理介質(zhì)速率提升,Page 3,參考資料,IEEE802.3 IEEE802.3u IEEE802.3z IEEE802.3ab IEEE802.3ae,Page 4,學(xué)習(xí)完此課程，您將會： 了解以太網(wǎng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn) 掌握以太網(wǎng)技術(shù)原理和發(fā)展過程,目 標(biāo),Page 5,第1章 以太網(wǎng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn) 第2章 以太網(wǎng)技術(shù)原理,內(nèi)容介紹,Page 6,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(shù)，使用同軸電纜作為網(wǎng)

2、絡(luò)媒體，采用載波多路訪問和碰撞檢測（CSMA/CD）機制,數(shù)據(jù)傳輸速率達到10Mbps。 以太網(wǎng)被設(shè)計用來滿足非持續(xù)性網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?，而IEEE 802.3規(guī)范則是基于最初的以太網(wǎng)技術(shù)于1980年制定。以太網(wǎng)版本2.0由Digital Equipment Corporation、Intel和Xerox三家公司聯(lián)合開發(fā)，與IEEE 802.3規(guī)范相互兼容,Page 7,以太網(wǎng)與IEEE802.3（一）,Page 8,以太網(wǎng)與IEEE802.3（二）,Page 9,IEEE802.3 線纜,Page 10,IEEE802.3連接方式,Page 11,快速（100M）以太網(wǎng),數(shù)據(jù)傳輸速率為100

3、Mbps的快速以太網(wǎng)是一種高速局域網(wǎng)技術(shù)，能夠為桌面用戶以及服務(wù)器或者服務(wù)器集群等提供更高的網(wǎng)絡(luò)帶寬。 IEEE為快速以太網(wǎng)制訂的標(biāo)準(zhǔn)為IEEE802.3u,Page 12,IEEE802.3u的線纜,Page 13,IEEE802.3u 的線纜長度,Page 14,千兆以太網(wǎng),千兆以太網(wǎng)是對IEEE802.3以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的擴展，在基于以太網(wǎng)協(xié)議的基礎(chǔ)之上，將快速以太網(wǎng)的傳輸速率100Mbps提高了10倍，達到了1 Gbps。 標(biāo)準(zhǔn)為IEEE802.3z（光纖與銅纜）和IEEE802.3ab（雙絞線）,Page 15,IEEE802.3z的線纜標(biāo)準(zhǔn),1000BaseLX是一種使用長波激光作信號源

4、的網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)技術(shù)，在收發(fā)器上配置波長為1270-1355nm（一般為1300nm）的激光傳1270-1355nm（一般為1300nm）的激光傳輸器，既可以驅(qū)動多模光纖，也可以驅(qū)動單模光纖。 1000BaseSX是一種使用短波激光作為信號源的網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)技術(shù)，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(qū)動多模光纖。 1000BaseT使用的一種特殊規(guī)格的高質(zhì)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。,Page 16,IEEE802.3ab的線纜標(biāo)準(zhǔn),1000BaseT是一種使用5類UTP作為網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)的千兆以太網(wǎng)技術(shù)

5、，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(shù)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。,Page 17,萬兆以太網(wǎng),已經(jīng)開始部署，預(yù)計未來將有大規(guī)模的應(yīng)用 標(biāo)準(zhǔn)為IEEE802.3ae 網(wǎng)絡(luò)線纜只可以使用光纖 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(guān)子層(PDM),Page 18,第1章 以太網(wǎng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn) 第2章 以太網(wǎng)技術(shù)原理,內(nèi)容介紹,Page 19,第2章 以太網(wǎng)技術(shù)原理 第1節(jié) 以太網(wǎng)技術(shù)基本概念 第2節(jié) HUB和L2交換機的出現(xiàn) 第3節(jié) VLAN和L3交換機的出現(xiàn) 第4節(jié) GE/10GE以太網(wǎng)出現(xiàn),內(nèi)容介紹,

6、Page 20,沖突的檢測： 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/CD,CS：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。,Page 21,你知道為什么IP地址不像MAC地址一樣做成固定的？,以太網(wǎng)的MAC地址,00e0.fc39.8034 1.M A C地址有4 8位，但它通常被表示為12位的點分十六進制數(shù)。 2.M A C地址全球唯

7、一，由 I E E E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(yīng)商代碼和序列號。其中前2 4位二進制代表該供應(yīng)商代碼。剩下的24位由廠商自己分配。 3.如果48位全是1，則表明該地址是廣播地址。 4.如果第8位是1，則表示該地址是組播地址。,Page 22,Ethernet_II,DMAC,SMAC,Length/T,DATA/PAD,FCS,Length/Type值,含義,Length/T 1500 Length/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(jié)構(gòu),Page 23,第2章 以太網(wǎng)技術(shù)原理 第1節(jié) 以太網(wǎng)技術(shù)基本概念 第2節(jié) HUB和

8、L2交換機的出現(xiàn) 第3節(jié) VLAN和L3交換機的出現(xiàn) 第4節(jié) GE/10GE以太網(wǎng)出現(xiàn),內(nèi)容介紹,Page 24,HUB設(shè)備工作模型：,注意：HUB僅僅是物理上的連接設(shè)備。,傳統(tǒng)以太網(wǎng)連接設(shè)備HUB,Page 25,HUB設(shè)備工作原理：,HUB僅僅改變了以太網(wǎng)的物理拓撲,所有的HUB都是半雙工的,Page 26,HUB,LAN,LAN,LAN,LAN,LAN,HUB對所連接的LAN只做信號的中繼，所有的物理設(shè)備構(gòu)成了一個沖突域。,沖突域,Page 27,由HUB組建以太網(wǎng)，依然是一種共享式以太網(wǎng)。,由HUB組建以太網(wǎng)的實質(zhì),實際上網(wǎng)絡(luò)中由HUB組建以太網(wǎng)，仍然存在以下缺陷： 沖突嚴(yán)重； 廣播泛

9、濫； 無任何安全性。,Page 28,(BRIDGE/以太網(wǎng)交換機/L2) 設(shè)備工作模型：,L2工作模型,Page 29,分段1,分段2,A,B,C,PORT1,PORT2,D,交換機典型應(yīng)用,交換機,基于源地址學(xué)習(xí),注意： 多播情況下，CAM表項的建立不是通過學(xué)習(xí)得到的，而是通過IGMP窺探，CGMP等協(xié)議獲得的。,Page 30,MAC地址,所在端口,MACA,1,MACB,1,MACC,2,MACD,2,MACD,MACA,.,端口1,MACD,MACA,.,端口2,基于目的地址轉(zhuǎn)發(fā),Page 31,上述原則中存在三處嚴(yán)重的錯誤，你知道是什么嗎？,二層交換機原理,接收網(wǎng)段上的所有數(shù)據(jù)幀；

10、 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(xué)習(xí)），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(yīng)的端口，如果找不到，就向所有的端口發(fā)送(除接收幀的端口)； 向所有端口轉(zhuǎn)發(fā)廣播幀和多播幀。,Page 32,正確答案,1.接收網(wǎng)段上的所有數(shù)據(jù)幀； 2.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(xué)習(xí)），使用地址老化機制進行地址表維護； 3.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(yīng)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）； 4.向所有端口轉(zhuǎn)

11、發(fā)廣播幀和多播幀（不包括源端口）。,你知道為什么有這樣的限制嗎？,Page 33,正確答案,從這個端口接收的報文，肯定被這個端口所在的網(wǎng)段已知，所以沒有必要從這個端口再發(fā)送一遍。,不僅僅是沒有必要的問題，而是一定不能再發(fā)送，因為這樣一個報文會在網(wǎng)段中出現(xiàn)兩次。造成嚴(yán)重錯誤,Page 34,三種交換模式,Cut-Through： 交換機接收到目的地址即開始轉(zhuǎn)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(nèi)容接收才開始轉(zhuǎn)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(zhuǎn)發(fā)。

12、結(jié)合了直通方式和存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式的優(yōu)點。,Page 35,全雙工簡述,實現(xiàn)全雙工的物質(zhì)保證 全雙工對以太網(wǎng)技術(shù)的影響 支持全雙工的設(shè)備,Page 36,雙工方式,運行速率,全雙工 半雙工,10M 100M 1000M 10G,8種組合,自動協(xié)商,Page 37,雙工模式,運行速率,100M 10M,全雙工 半雙工,運行速率,雙工模式,100M 10M,全雙工 半雙工,100M，全雙工,協(xié)商原則,Page 38,沖突域,廣播域,L2對所接收到的數(shù)據(jù)幀根據(jù)MAC地址進行二層轉(zhuǎn)發(fā)，沖突域被限制到了一個端口上。但是無法限制廣播域的大小。,廣播域,沖突域,沖突域,沖突域,沖突域,Page 39,其中廣播泛濫

13、嚴(yán)重是L2以太網(wǎng)的主要缺點,為什么使用L2會在一定程度上提高以太網(wǎng)的安全性？,全雙工和L2交換機的缺點,全雙工和L2帶來了以太網(wǎng)兩次重大飛躍，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,Page 40,第2章 以太網(wǎng)技術(shù)原理 第1節(jié) 以太網(wǎng)技術(shù)基本概念 第2節(jié) HUB和L2交換機的出現(xiàn) 第3節(jié) VLAN和L3交換機的出現(xiàn) 第4節(jié) GE/10GE以太網(wǎng)出現(xiàn),內(nèi)容介紹,Page 41,SWITCH,工程部,市場部,銷售部,10.110.10.0,10.110.20.0,10.110.30.0

14、,1,2,9,8,5,實現(xiàn)簡單，但只能適用于一臺交換機,VLAN的起源基于端口分組,解決廣播泛濫問題的主導(dǎo)思想：將沒有互訪需求的主機隔離開,Page 42,我有個辦法，你看行嗎 讓VLAN只限制廣播報文，不限制單播報文！,VLAN技術(shù)的優(yōu)點和缺點,VLAN技術(shù)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(shù)趨于完美。 但VLAN技術(shù)也有缺點： 使用VLAN來劃分網(wǎng)絡(luò)后，網(wǎng)絡(luò)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？,Page 43,SWITCH,工程部 VLAN,市場部 VLAN,銷售部 VLAN,10.110.10.0

15、,10.110.20.0,10.110.30.0,前提：VLAN和IP子網(wǎng)間是一對一的關(guān)系,缺點：每個VLAN需要占用一個路由器的端口； 不同VLAN中的主機需配置不同的缺省網(wǎng)關(guān),解決辦法（一）,使用路由器連接不同的VLAN,Page 44,SWITCH,工程部 VLAN,市場部 VLAN,銷售部 VLAN,10.110.10.0,10.110.20.0,10.110.30.0,前提：VLAN和IP子網(wǎng)間是一對一的關(guān)系,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,Page 45,傳統(tǒng)路由器整機64字節(jié)包轉(zhuǎn)發(fā)能力通常100,100pps,LANSwitch單個100

16、M端口64字節(jié)包轉(zhuǎn)發(fā)能力148,810pps,（L2+路由器）模式的缺陷,1.需要多個設(shè)備，組網(wǎng)復(fù)雜； 2.VLAN間通信通過路由器完成； 3.路由器價格昂貴，速率較低。,SWITCH,工程部 VLAN,市場部 VLAN,銷售部 VLAN,10.110.10.0,10.110.20.0,10.110.30.0,Page 46,前提：VLAN和IP子網(wǎng)間是一對一的關(guān)系,解決辦法（三）,將路由器和交換機合成一個設(shè)備三層交換機,SWITCH,工程部 VLAN,市場部 VLAN,銷售部 VLAN,10.110.10.0,10.110.20.0,10.110.30.0,Page 47,什么是三層交換機,

17、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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)發(fā)； 三層交換機的轉(zhuǎn)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。,Page 48,三層交換機的應(yīng)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,Page 49,低端的路由器和L3的區(qū)別,Page 50,二個問題,為什么L3不增強對路由變化的適應(yīng)能力？ 答：必須使用更昂貴的CPU，

18、成本增高。 為什么路由器不使用L3的硬件轉(zhuǎn)發(fā)？ 答：廣域網(wǎng)路由太多，且不固定，CACHE命中率太低。,Page 51,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。,Page 52,第2章 以太網(wǎng)技術(shù)原理 第1節(jié) 以太網(wǎng)技術(shù)基本概念 第2節(jié) HUB和L2交換機的出現(xiàn) 第3節(jié) VLAN和L3交換機的出現(xiàn) 第4節(jié) GE/10GE以太網(wǎng)出現(xiàn),內(nèi)容介紹,Page 53,GE對以太網(wǎng)技術(shù)的深遠影響,GE的特點: 以低廉的價格提供巨大的帶寬 對以太網(wǎng)技術(shù)提供平滑的升級和良好的兼容 GE的出現(xiàn)使以太網(wǎng)技術(shù)從企業(yè)網(wǎng)走向城域網(wǎng) 10GE的特點: 10G是目前路由器技術(shù)中所能達到的最高單端口帶寬，而10GE由于具有以太網(wǎng)技術(shù)的許多天然優(yōu)勢，已經(jīng)遠遠走在10G POS之前，并很可能取而代之。 10GE的出現(xiàn)將使以太網(wǎng)技術(shù)最終沖出城域網(wǎng)，走向骨干網(wǎng)。,Page 54,添翼！,(GE/10GE+L3) = 如,GE/10GE與L3,早期的L3由于主要基于以太網(wǎng)技術(shù)，所以相對于路由器，主要的缺點是沒有或者只要少量的低速廣域網(wǎng)口，而GE/10GE的出現(xiàn)，恰好彌補了L3的不足。,Page