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网络技术培训之 以太网技术讲解 主讲人：辛庆祥

网络技术培训之 以太网技术讲解 主讲人：辛庆祥 宽带产品技术支持部 2002/3. 主要内容. 本课程主要内容. 以太网物理层 以太网数据链路层 以太网交换机 VLAN 生成树协议 二层组播 千兆以太网 其他各种高级技术. 以太网起源. 起源和目标. 起源 起源与 Xerox 公司的一个实验网，该网络的 经验是 Xerox,DEC,Intel1980 年提出的以太网 建议的基础。

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网络技术培训之 以太网技术讲解 主讲人：辛庆祥

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Presentation Transcript

  1. 网络技术培训之 以太网技术讲解 主讲人：辛庆祥 宽带产品技术支持部 2002/3

  2. 主要内容 本课程主要内容 以太网物理层 以太网数据链路层 以太网交换机 VLAN 生成树协议 二层组播 千兆以太网 其他各种高级技术

  3. 以太网起源 起源和目标 起源 起源与Xerox公司的一个实验网，该网络的 经验是Xerox,DEC,Intel1980年提出的以太网 建议的基础。 目标 简明和成本低 寻址灵活 公平高速 稳定和低延迟

  4. 物理层（一） 物理层标准 10BASE2 10BASE5 10BASE-T 100BASE-TX 100BASE-FX 100BASE-T4 100BASE-T2

  5. 物理层（二） 半双工物理层 一.任一时刻只能接收或发送 二.采用CSMA/CD访问机制 三.物理上有距离限制

  6. 物理层（三） 全双工物理层 一.同一时刻可以发送和接收 二.最大吞吐量达到双倍速率 三.从根本上消除了半双工的物理 距离限制

  7. 物理层（四） 集线器——I类 1.可以连接不同的物理介质 2.相当于一条高速总线，使用 CSMA/CD方式工作。

  8. 物理层（五） 集线器——II类 与I类不同的是，它只能连接一种 类型的物理线路，并针对该线路 进行了优化，效率较高。

  9. 自动协商（一） 8种组合 双工方式 运行速率 10M 100M 1000M 10G 全双工 半双工 目前存在的以太网运行情况 有多种组合，如果按照实际 情况配置，非常不方便，通 过自动协商，可以让局域网 设备自动配置运行方式，避 免复杂的手工配置。

  10. 自动协商（二） 自动协商实现基础 16ms 双绞线物理链路在空闲的时候 以周期16ms发送脉冲，如果在 这16ms中间插入周期更小1.6ms 的脉冲，两端设备也能够辨认。 于是，我们可以使用1.6ms的脉 冲来携带自动协商信息。 每个大脉冲插入16小脉冲

  11. 自动协商（三） 编码支持能力 运行速率 双工模式 流量控制 …... 系统加电的时候，检测自动协商 标志，如果允许，则从配置寄存 器读出支持模式标志，编码后通 过空闲脉冲发送出去。发送出去 的编码格式称为基页。 如果接收到对方的基页，则跟自己发送的基页比较，找出支持能 力的交集，选取最优组合运行。 101001010111000101001101010101…...

  12. 自动协商（四） 协商原则 根据通常情况下运行效率最好的原则选择最优组合。 在本例中，交换机和PC将以100M全双工模式运行。 运行速率 双工模式 运行速率 双工模式 全双工 半双工 100M 10M 全双工 半双工 100M 10M 100M，全双工

  13. 自动协商（五） 总结与思考 图中各PC机安装了10/100M自适应网卡，交换机和HUB都支持自动协商，请问： 1.PCA和交换机之 间工作在什么方 式？ 2.PCB和HUB之间 工作在什么方式？ 3.HUB和交换机之 间工作在什么方 式？ PCA PCB

  14. 数据链路层（一） 数据链路层位置和结构 网络层 LLC子层 数据链路层 数据链路层内部分为LLC 和MAC子层： LLC 给网络层提供一个统 一逻辑视图。 MAC 针对不同的物理层提 供不同的访问方式， 但提供给LLC子层一 个统一的接口。 MAC子层 物理层

  15. 数据链路层（二） LLC子层——帧结构和服务 DSAP SSAP Control LLC子层 8bit 8bit 8/16bit DMAC SMAC Length LLC DATA/FCS MAC子层 IEEE802.3帧结构 LLC层提供三种服务： 1.面向连接的可靠数据传输； 2.无连接的不可靠数据传输； 3.带确认的可靠数据报传输。 根据SAP来决定上层的进程。

  16. 数据链路层（三） LLC子层——数据的上层分发 126 SSAP Control OnReceivedData_IP(Length,PDU) OnReceivedData_IPX(Length,PDU) OnReceivedData_NetBEUI(Length,PDU) OnReceivedData_05(Length,PDU) OnReceivedData_06(Length,PDU) ………. …... LLC层维护一张以DSAP为索引的函数 列表，每接收到一个数据包，以DSAP 为索引调用相应的函数，该函数把数 据包挂到相应接收队列。 函数列表

  17. 数据链路层（四） MAC子层——位置 LLC子层 EthernetMAC TokenRingMAC FDDIMAC 针对不同的物理介质提供 不同的MAC层面来访问。 针对不同的双工模式，Ethernet划分为半双工MAC和全双工MAC。 HalfDuplexMAC FullDuplexMAC

  18. 数据链路层（五） MAC子层——半双工MAC（CSMA/CD） 半双工MAC跟物理层之间至少有六种信号： 接收数据线 发送数据线 接收数据指示 发送数据指示 载波侦听 冲突发生 HalfDuplexMAC Physical_Layer 数据线 指示信号 冲突和检测信号

  19. 数据链路层（六） MAC子层——全双工MAC 全双工MAC跟物理层之间至少有四种信号： 接收数据线 发送数据线 接收数据指示 发送数据指示 HalfDuplexMAC Physical_Layer 数据线 指示信号

  20. 数据链路层（七） Ethernet_II DMAC SMAC Length/T DATA/PAD FCS Length/Type值 含义 跟IEEE802.3完全兼容， 如果Length/Type <1500，则该帧就是802.3帧，否则有类型直接指示上层模块。 Length/T > 1500 Length/T <= 1500 代表了该帧的类型 代表了该帧的长度

  21. 数据链路层（八） 总结与思考 图中路由器跟一台PC通过CAT5线连接，但没法正常通信，在路由器上运行SHOW INT命令，提示物理层活动（UP），但线路协议（LINE PROTOCOL）处于DOWN状态。请问，最可能的原因是什么，应该怎么解决？

  22. 以太网交换机（一） 交换机基础结构 交换机工作过程： 1. 接收数据并缓冲； 2. 缓冲发送的数据； 3. 利用总线完成接口交换。 CAUTION： 发送缓冲区要比接收缓冲区 大。 高速背板总线 接 收 缓 冲 区 发 送 缓 冲 区 ……... RX TX RX TX 物理接口

  23. 以太网交换机（二） 交换机背板总线结构 纵横式 纵横式： 传统的PBX交换结构 宽总线： 提高时钟频率和总线 宽度，来提高速率 无阻塞网络： 一些交换网络结构，比 如Banyan等，能实现线 速转发。 线速转发条件： 背板总线速率 >= 端口速率* 端口数 宽总线结构 . . . . . . Banyan 无阻塞网络

  24. 以太网交换机（三） 交换机工作过程——学习 交换机维持一个CAM（Context Address Memory）数据结构，这 个数据结构来决定交换机的转发 过程。 在学习过程中，每接收到一个 MAC帧，则剥取源MAC建立 CAM项，然后向所有端口转发 该帧。 出口集合 MAC {1} {2} {3} . . 1234.ABCD.0001 1234.ABCD.0002 1234.ADCB.0005 . .

  25. 以太网交换机（四） 交换机工作过程——转发 出口集合 MAC {1} {2} {3} . . 1234.ABCD.0001 1234.ABCD.0002 1234.ADCB.0005 . . 交换机接收到数据帧后，根据目的 地址查询CAM，找到出口后，把 数据包从该出口集合发送出去。 在单播的情况下，出口列表集合只 有一个元素，但在多播情况下，出 口列表集合就可能不只一个元素。 CAUTION： 多播情况下，CAM表项的建立不是 通过学习得到的，而是通过IGMP 窥探，CGMP等协议获得的。 1234.ADCB.0005 1234.ABCD.0001

  26. 以太网交换机（五） 交换方式——存储转发 交换机把接收到的整个数据 包缓存，检查数据包长度， 进行CRC校验，然后查询CAM 表进行转发。 提高了可靠性，可以让错误 数据包提前过滤掉，但速度 上有折扣。

  27. 以太网交换机（六） 交换方式——直通方式（CutThrough） 交换机接收数据包的时候， 只要接收完头部信息，马上 查询CAM表，根据结果立即 进行转发。 大大提高了转发速率，但有 可能转发一些错误数据包。 . . .

  28. 以太网交换机（七） 交换方式——碎片隔离(Frag-Free) 交换机接收完数据包的前64 字节（一个最端帧长度）， 然后根据头信息查表转发。 结合了直通方式和存储转发 方式的优点。 64 . . .

  29. 以太网交换机（八） 主干链路解决方案——链路聚合 有些情况下需要比交换机 支持的最大端口速率还大 的高速链路，这个时候就 可以把多条相同性质的链 路逻辑聚合成一条高速链 路。 聚合条件： 1.各分离的链路速率相同； 2.各分离的链路必须是全 双工链路； 3.各分离的链路两端参数 一致，比如流量控制； 4.各分离的链路速率不能 小于100M。

  30. 以太网交换机（九） 总结与思考 图中三个低端交换机连接 了上百终端，这些终端来 访问跟核心交换机A连接 的服务器，而核心交换机 A和B仅仅提供100M口。 请问： 1.该如何解决两个核心交 换机之间的瓶颈？ 2.如果客户跟服务器之间 的数据传输需要保持顺 序，您的解决方案能满 足要求吗？ ？ …... …... …...

  31. VLAN（一） VLAN基本概念 划分VLAN的目的： 1.抑制广播 2.安全性考虑 3.管理方便 VLAN划分方式： 1.基于端口 2.基于MAC地址 3.基于第三层协议 4.基于组播组 5.基于IP地址影射 6.基于策略

  32. VLAN（二） 划分方式——基于端口 可以通过配置的形式明确指定 端口所属的VLAN。 特点： 1.配置简单 2.含义明确 3.与实际联系紧密 4.应用广泛

  33. VLAN（三） 划分方式——基于MAC地址 1234.ABCD.0001 100 1234.ABCD.0002 200 1234.ABCD.0003 100 1234.ABCD.0004 200 . . TFTP 通过MAC地址指定端口的VLAN， 需要TFTP服务器和TFTP客户端的 支持。 特点： 1.安全性高 2.配置比较烦琐 1234.ABCD.0001 1234.ABCD.0003

  34. VLAN（四） 跨越交换机的VLAN 实际应用中，VLAN往往跨越多个 交换机。这时候，需要交换机的某 些端口有特殊的能力。 请思考：跨越交换机的VLAN如何 正确的通信？ 1234.ABCD.0001 1234.ABCD.0003

  35. VLAN（五） 交换机间链路——TAG链路 TAG链路 两个交换机间用来传递VLAN通信的 链路称为TRUNK。 在TAG链路上传输的帧携带VLAN ID， 用来正确的区分帧所属的VLAN。 1234.ABCD.0001 1234.ABCD.0003

  36. VLAN（六） 802.1q帧格式 D_Addr S_Addr 802.1q L/T DATA TYPE PRI/CFI/VID NAME VLUE 在TAG链路上传输这种类型的帧， 对端交换机根据802.1q中的VLAN ID来区分正确的VLAN,然后向该 VLAN包含的端口转发. TYPE PRI CFI VID 8100 优先级 用于环形结构网络 VLAN ID

  37. VLAN（七） 交换机端口类型和交换机间链路类型 链路类型 类型含义 端口类型 类型含义 交换机间链路,传输 的帧携带VLAN信息 ,如果在该链路上接收 到不包含VLAN信息 的帧,则按照配置动作. 不能识别包含VLANID 的帧,连接终端. 既能识别标记帧,有能 接收非标记帧,有一个 默认VLAN用于接收到 的非标记帧. 能接收包含VLAN ID帧的端口,常用作 交换机间连接 不能识别VLAN ID 帧,用来连接终端 TAGED 非TAGED TAGED ACCESS 混合

  38. VLAN（八） 简单例子 PC4 PC5 VLAN20 PC3 在这个网络结构中,哪些 链路是TAG链路,哪些链路 是ACCESS? 哪些端口必须是VLAN 知晓的,哪些端口不必是 VLAN知晓的? 假设PC1发送了一个广播 包,哪些PC 能接收到? VLAN10 PC2 PC1

  39. VLAN（九） VLAN聚合——基本概念 Sub_Vlan Super_Vlan 可以把多个VLAN聚合成 一个Super_VLAN，这样 广播抑制在Sub_VLAN里 面，而在网络层则只有 Super_VLAN一个视图。 好处： 节省网络层地址。 Sub_Vlan

  40. VLAN（十） VLAN聚合——通信过程 ARP Proxy PC1 1.PC1有一个数据包向PC2 发送，则先用ARP解析 PC2 IP 地址； 2.交换机LSW3运行ARP代 理，把ARP请求转发到 另外一个Sub_VLAN中； 3.PC2回应ARP响应，ARP 代理转发给PC1； 4.建立网络层连接，通信 开始。 Super_Vlan Sub_Vlan PC2

  41. VLAN（十一） VLAN聚合——限制 PC1 如果位于一个Super_VLAN内 的计算机运行基于广播或组播 的高层应用，则这些应用被限 制在Sub_VLAN中。 CAUTION： 使用VLAN聚合的时候，应仔 细分析高层应用，在没有基于 组播或广播的应用时，VLAN 聚合才可以使用。 Super_Vlan Sub_Vlan PC2

  42. VLAN（十二） VLAN间路由 TAG链路 VLAN间通信必须跨越路由 器。 思考： 如果路由器以太端口不是 VLAN知晓的，怎么实现 VLAN之间的通信？

  43. VLAN（十三） VLAN在交换机上的配置 创建VLAN 必须手工创建VLAN，交换机默认所有 端口位于VLAN1 将端口加入VLAN 明确将端口加入VLAN，一个端口可以加入多个VLAN，但有 一个默认VLAN 配置交换机间链路 配置链路为TAGED，默认情况下TAGED传输所有的VLAN帧， 可以手工改变。

  44. VLAN（十四） VLAN高级主题 VTP协议 VLAN和STP协议 三层交换机的实现方式 ISL 交换机间链路

  45. VLAN（十五） 思考与总结 PC1 假设有如图所示的组网结构，请问： 1.三个交换机中哪些 必须具有VLAN知 晓端口？ 2.哪些链路必须是 TAG链路？ 3.假设VLAN20中的 PC1位置移动到 LSW1上（VLAN ID 不变），请问， 需要在哪些交换机 上设置哪些数据？ VLAN20 VLAN10 LSW1 VLAN30

  46. 多层交换（一） 传统的VLAN间路由 传统的VLAN间通信是这样的： 发送终端判断接收终端跟自己不是 一个网段，于是把数据发往路由器； 路由器接收到以后，再发送给相应 的接收终端。 这个过程交换的数据包在交换机和 路由器之间的TRUNK链路上流动两 次，有很大的带宽浪费。 VLAN10 VLAN20

  47. 多层交换（二） 多层交换基本概念 在这种情况下，VLAN间通信完全 可以由交换机来完成。这时，需要 实现两个软件模块： 1.位于路由器上的RP 2.位于交换机上的SE SE的功能是转发VLAN间通信数据 包，并同RP交互；RP来控制SE，比 如，如果VLAN间路由信息变化，则 发控制信息给交换机，让交换机重 新建立转发路径。 RP SE 控制信息流 数据信息流 VLAN10 VLAN20

  48. 多层交换（三） 多层交换转发过程 交换机接收到一个数据包后，检查 目的MAC是不是路由器，如果是， 则建立不完全转发项（S_MAC,S_IP ,D_IP,NULL），如果从路由器上接 收到另外一个数据包，该数据包跟 （S_IP,D_IP）匹配，则把不完全 转发项补充完全（S_MAC,S_IP, D_IP,I_OUT），以后按照该转发项 转发。 CAUTION： 第一个数据包总发往路由器处理，如 果多层转发项建立成功，则后续数据 包按照多层转发项处理。 RP SE VLAN10 VLAN20

  49. 多层交换（四） 控制信息的交互 如果路由器上关于VLAN间的路由 表发生变化，则通知SE，SE把相 应的多层转发项删除，按照常规的 方式转发。 RP SE 数据流 控制流 VLAN10 VLAN20

  50. 生成树协议（一） 冗余链路 为了提高冗错性，交换机往往通过 多条链路连接上 层交换机，假设 其中一条链路断 了，可以有另外 一条备用。

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