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文档简介
1、BA000007 以太网技术 1;.2 了解以太网物理层的工作过程了解以太网物理层的工作过程 了解二层组播协议和生成树协议的工作过程了解二层组播协议和生成树协议的工作过程 掌握掌握802.1Q帧格式和各个字段的含义帧格式和各个字段的含义 掌握以太网口自协商的原理掌握以太网口自协商的原理 学习目标学习目标3内容提要内容提要以太网物理层以太网物理层以太网数据链路层以太网数据链路层以太网交换机以太网交换机VLAN千兆以太网千兆以太网二层组播二层组播生成树协议生成树协议4起源起源 起源于起源于Xerox公司的一个实验网,该网络的公司的一个实验网,该网络的 经验是经验是Xerox,DEC,Intel19
2、80年提出的以太网年提出的以太网 建议的基础。建议的基础。目标目标 简明和成本低简明和成本低 寻址灵活寻址灵活 公平高速公平高速 稳定和低延迟稳定和低延迟 起源和目标起源和目标5 10BASE2 10BASE5 10BASE-T 100BASE-TX 100BASE-FX 100BASE-T4 100BASE-T2物理层标准物理层标准6v 任一时刻只能接收或发送任一时刻只能接收或发送v 采用采用CSMA/CD访问机制访问机制v 物理上有距离限制物理上有距离限制半双工物理层半双工物理层7v 同一时刻可以发送和接收同一时刻可以发送和接收v 最大吞吐量达到双倍速率最大吞吐量达到双倍速率v 从根本上消
3、除了半双工的物理距离限制从根本上消除了半双工的物理距离限制全双工物理层全双工物理层8双工方式双工方式运行速率运行速率全双工全双工半双工半双工10M100M1000M10G8 8种组合种组合自动协商自动协商9使用使用1ms的脉冲来携带自动协商信息。的脉冲来携带自动协商信息。16ms每个大脉冲插入每个大脉冲插入16小脉冲小脉冲自动协商实现基础自动协商实现基础10系统加电的时候,检测自动协商系统加电的时候,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。发送出去过空闲脉冲发送出去。发送出去的编码格式称为基
4、页。的编码格式称为基页。如果接收到对方的基页,则跟自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。力的交集,选取最优组合运行。双工模式运行速率流量控制.11010101.编码支持能力编码支持能力11运行速率运行速率双工模式双工模式100M10M全双工全双工半双工半双工运行速率运行速率双工模式双工模式100M10M全双工全双工半双工半双工100M100M,全双工,全双工协商原则协商原则12它只能连接一种类型的物理线路它只能连接一种类型的物理线路集线器集线器I类类13v 可以连接不同的物理介质可以连接不同的物理介质v 相当于一条高速
5、总线,使用相当于一条高速总线,使用CSMA/CD方式工作。方式工作。集线器集线器II类类14图中各图中各PC机安装了机安装了10/100M自自适应网卡,交换机和适应网卡,交换机和HUB都都支持自动协商,请问:支持自动协商,请问: PCA和交换机之间工作在和交换机之间工作在什么方式?什么方式? PCB和和HUB之间工作在什之间工作在什么方式?么方式? HUB和交换机之间工作在和交换机之间工作在什么方式?什么方式?总结与思考总结与思考HUBLAN switch15内容提要内容提要以太网物理层以太网物理层以太网数据链路层以太网数据链路层以太网交换机以太网交换机VLAN千兆以太网千兆以太网二层组播二层
6、组播生成树协议生成树协议16网络层数据链路层物理层LLC子层MAC子层数据链路层位置和结构数据链路层位置和结构17半双工半双工MAC跟物理层之间至少有六种信号:跟物理层之间至少有六种信号:接收数据线接收数据线发送数据线发送数据线接收数据指示接收数据指示发送数据指示发送数据指示载波侦听载波侦听1.冲突发生冲突发生HalfDuplexMACPhysical_Layer数据线数据线指示信号指示信号冲突和检测信号冲突和检测信号MAC子层子层半双工半双工MAC(CSMA/CD)18全双工全双工MAC跟物理层之间至少有四种信号:跟物理层之间至少有四种信号:接收数据线接收数据线发送数据线发送数据线接收数据指
7、示接收数据指示1.发送数据指示发送数据指示HalfDuplexMACPhysical_Layer数据线数据线指示信号指示信号MAC子层子层全双工全双工MAC19v 针对不同的物理介质提供不同的针对不同的物理介质提供不同的MAC层面来访问。层面来访问。v 针对不同的双工模式,针对不同的双工模式,Ethernet划分为半双工划分为半双工MAC和全双工和全双工MAC。LLC子层子层TokenRingMACEthernetMACFDDIMACHalfDuplexMACFullDuplexMACMAC子层子层位置位置20LLC子层子层MAC子层子层DSAPSSAPControl8bit8bit8/16b
8、itDMACSMACLengthLLCDATA/FCSIEEE802.3帧结构帧结构LLC子层子层帧结构和服务帧结构和服务21LLC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OnReceivedData_IP(Length,PDU)OnReceivedData_IPX(Length,PDU)OnReceivedData_NetBEUI(Length,PDU)OnReceivedData_05(Length,PDU)OnReceivedData_06(Length,PDU) .126SSAPControlL
9、LC子层子层数据的上层分发数据的上层分发22Ethernet_IIDMACSMACLength/TDATA/PADFCSLength/Type值值含义含义Length/T 1500Length/T = 1500代表了该帧的类型代表了该帧的类型代表了该帧的长度代表了该帧的长度802.3以太网帧结构以太网帧结构23内容提要内容提要以太网物理层以太网物理层以太网数据链路层以太网数据链路层以太网交换机以太网交换机VLAN千兆以太网千兆以太网二层组播二层组播生成树协议生成树协议24.RX TXRX TX接收缓冲区发送缓冲区高速背板总线物理接口交换机工作过程:交换机工作过程:1. 接收数据并缓冲;接收数据
10、并缓冲;2. 缓冲发送的数据;缓冲发送的数据;3. 利用总线完成接口交换。利用总线完成接口交换。注意:注意:发送缓冲区要比接收缓冲区发送缓冲区要比接收缓冲区大。大。交换机基础结构交换机基础结构25交换机维持一个交换机维持一个CAM表,这个表决定交换机的转发过程。表,这个表决定交换机的转发过程。每接收到一个每接收到一个MAC帧,则剥取源帧,则剥取源MAC建立建立CAM项,然后向所有端口转发该帧。项,然后向所有端口转发该帧。MAC出口集合出口集合1234.ABCD.00011234.ABCD.00021234.ADCB.0005 . .123 . .交换机工作过程交换机工作过程学习学习26交换机接
11、收到数据帧后,根据目的交换机接收到数据帧后,根据目的地址查询地址查询CAM,找到出口后,把,找到出口后,把数据包从该出口集合发送出去。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。口列表集合就可能不只一个元素。CAUTION:多播情况下,多播情况下,CAM表项的建立不是表项的建立不是通过学习得到的,而是通过通过学习得到的,而是通过IGMP窥探,窥探,CGMP等协议获得的。等协议获得的。1234.ABCD.00011234.ADCB.0005MAC出口集合出口集合1
12、234.ABCD.00011234.ABCD.00021234.ADCB.0005 . .123 . .交换机工作过程交换机工作过程转发转发27内容提要内容提要以太网物理层以太网物理层以太网数据链路层以太网数据链路层以太网交换机以太网交换机VLAN千兆以太网千兆以太网二层组播二层组播生成树协议生成树协议28划分划分VLAN的目的:的目的:v 抑制广播抑制广播v 安全性考虑安全性考虑v 管理方便管理方便VLAN划分方式:划分方式:v 基于端口基于端口v 基于基于MAC地址地址v 基于第三层协议基于第三层协议VLAN基本概念基本概念29可以通过配置的形式明确指定可以通过配置的形式明确指定端口所属的
13、端口所属的VLAN。特点:特点:v 配置简单配置简单v 含义明确含义明确v 与实际联系紧密与实际联系紧密v 应用广泛应用广泛划分方式划分方式基于端口基于端口30通过通过MAC地址指定端口的地址指定端口的VLAN,需要服务器和客户端的支持。需要服务器和客户端的支持。特点:特点:v 安全性高安全性高v 配置比较烦琐配置比较烦琐1234.ABCD.0001 1001234.ABCD.0002 2001234.ABCD.0003 1001234.ABCD.0004 200 . .Server1234.ABCD.00011234.ABCD.0003划分方式划分方式基于基于MAC地址地址31实际应用中,实
14、际应用中,VLAN往往跨越多个往往跨越多个交换机。这时候,需要交换机的某交换机。这时候,需要交换机的某些端口有特殊的能力。些端口有特殊的能力。1234.ABCD.00011234.ABCD.0003跨越交换机的跨越交换机的VLAN32v 两个交换机间用来传递两个交换机间用来传递VLAN通信的通信的链路称为链路称为TRUNK。v 在在TAG链路上传输的帧携带链路上传输的帧携带VLAN ID,用来正确的区分帧所属的用来正确的区分帧所属的VLAN。1234.ABCD.00011234.ABCD.0003Trunk链路TRUNK链路链路33在在TAG链路上传输这种类型的帧,链路上传输这种类型的帧,对端
15、交换机根据对端交换机根据802.1q中的中的VLANID来区分正确的来区分正确的VLAN,然后向该然后向该VLAN包含的端口转发包含的端口转发.D_AddrS_Addr802.1qL/TDATATYPEPRI/CFI/VIDNAMEVLUETYPEPRICFIVID8100优先级优先级用于环形结构网络用于环形结构网络VLAN ID802.1q帧格式帧格式34端口类型端口类型类型含义类型含义TAGED非非TAGED能接收包含能接收包含VLANID帧的端口帧的端口,常用作常用作交换机间连接交换机间连接不能识别不能识别VLAN ID帧帧,用来连接终端用来连接终端既能识别标记帧既能识别标记帧,又能又能
16、接收非标记帧接收非标记帧,有一个有一个默认默认VLAN用于接收到用于接收到的非标记帧的非标记帧.链路类型链路类型类型含义类型含义TAGEDACCESS交换机间链路交换机间链路,传输传输的帧携带的帧携带VLAN信息信息,如果在该链路上接收如果在该链路上接收到不包含到不包含VLAN信息信息的帧的帧,则按照配置动作则按照配置动作.不能识别包含不能识别包含VLANID的帧的帧,连接终端连接终端.交换机端口类型和交换机间链路类型交换机端口类型和交换机间链路类型混合混合35InternetInternet如果没有服务质量保证,如果没有服务质量保证,关键性业务可能因为得关键性业务可能因为得不到带宽而受影响不
17、到带宽而受影响以太网以太网QoS保证保证36三比特的优先级字段802.1q帧格式,为实施带优先级的服务提供了基础帧格式,为实施带优先级的服务提供了基础高优先级数据包低优先级数据包以太网以太网QoS保证保证D_AddrS_Addr802.1qL/TDATATYPEPRI/CFI/VID37优先级队列0123456712优先级队列01234567123优先级跟交换机发送队列的对应关系优先级跟交换机发送队列的对应关系38内容提要内容提要以太网物理层以太网物理层以太网数据链路层以太网数据链路层以太网交换机以太网交换机VLAN千兆以太网千兆以太网二层组播二层组播生成树协议生成树协议3901010101
18、10101010 .0101010101 1010101010 .链路层链路层物理层物理层千兆以太网物理层千兆以太网物理层8B10B编码编码40v 8B10B不对称影射不对称影射10B:1024种组合种组合8B: 256 种组合种组合v 数据代码组数据代码组v 特殊代码组特殊代码组v 保留代码组保留代码组 代码组代码组41特殊代码组特殊代码组特殊代码组特殊代码组有序集有序集有序集有序集链路层数据链路层数据有序集有序集把数据封装在有序集中进行传输把数据封装在有序集中进行传输一个或多个特殊代码组的整体一个或多个特殊代码组的整体是有序集,是有序集,v 有序集是特殊代码有序集是特殊代码 的组合的组合v
19、 有序集是个整体有序集是个整体v 在传输链路层数据的时候,在传输链路层数据的时候,在数据前后添加有序集,指示在数据前后添加有序集,指示传输的开始传输的开始有序集和数据封装有序集和数据封装42 Start_Of_Packet 在传输具体数据的开始,发送该有序集。在传输具体数据的开始,发送该有序集。 IDLE 在没有数据传输的时候,物理链路也不空闲,而是传输该有序在没有数据传输的时候,物理链路也不空闲,而是传输该有序 集来集来保持激活状态。保持激活状态。 End_Of_Packet 具体数据传输结束的时候发送该有序集,指示数据传输结束。具体数据传输结束的时候发送该有序集,指示数据传输结束。 Con
20、figuration 封装自动协商数据封装自动协商数据有序集示例有序集示例43大量数据PAUSE帧流量控制流量控制44rsvdrsvdrsvd rsvd rsvd FDHDPS1 PS2 rsvd rsvd rsvd RF1 RF2Ack NP保留全双工半双工流控保留远程错误指示确认下一页指示终端设备把自己支持的能力编码到上述形式的基页中,终端设备把自己支持的能力编码到上述形式的基页中,发送给对方,相互比较,按照最优的原则选择运行方式。发送给对方,相互比较,按照最优的原则选择运行方式。自动协商自动协商45内容提要内容提要以太网物理层以太网物理层以太网数据链路层以太网数据链路层以太网交换机以太网
21、交换机VLAN千兆以太网千兆以太网二层组播二层组播生成树协议生成树协议46媒体流服务器媒体流服务器媒体流接收端媒体流接收端概念概念47媒体流服务器媒体流服务器IGMP加入消息加入消息每当终端想要接收针对组每当终端想要接收针对组G的组播的组播数据时,它发出数据时,它发出IGMP加入消息,交加入消息,交换机探测到这个消息,建立转发项换机探测到这个消息,建立转发项(G,I),其中),其中I为终端所在的端为终端所在的端口。若另外有终端也加入口。若另外有终端也加入G,则交,则交换机仅仅把另外终端所在端口加入换机仅仅把另外终端所在端口加入转发项即可。转发项即可。IGMP窥探窥探48媒体流服务器媒体流服务器
22、针对组针对组G的组播数据流的组播数据流交换机必须检测每个组交换机必须检测每个组G的组播数据包。的组播数据包。IGMP窥探存在的问题窥探存在的问题49媒体流服务器GMRP请求消息组播数据流GMRP:General Multicast Register ProtocolGMRP是一种交换设备和交换设备之是一种交换设备和交换设备之间,交换设备和终端设备之间的信息间,交换设备和终端设备之间的信息交流协议,用来表达自己的请求和分交流协议,用来表达自己的请求和分发自己的本地信息。发自己的本地信息。GMRP协议协议50内容提要内容提要以太网物理层以太网物理层以太网数据链路层以太网数据链路层以太网交换机以太网交换机VLAN千兆以太网千兆以太网二层组播二层组播生成树协议生成树协议51为了提高冗错性,交换机往往为了提高冗错性,交换机往往通过多条链路连接上层交换机,通过多条链路连接上层交换机,假设其中一条链路断了,可以假设其中一条链路断了,可以有另外一条备用。有另外一条备用。冗余链路冗余链路52这时候,如果交换机接收到一个这时候,如果交换机接收到一个广播包,则向所有两条上行链路广播包,则向所有两条上行链路上转发,核
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