江门电信-002-以太网基础和交换机原理

1、 / www .raisecom. com以太网基础和交换机原理 /目录u 以太网历史以太网历史u 以太网基础知识以太网基础知识u 交换机工作原理交换机工作原理 /以太网发展历史-以太网诞生 1972年，Robert Metcalfe加入Xerox公司，创建了Ethernet 。 1977年， Robert和他的合作者获得了“具有冲突检测的多点数据通信系统”的专利，标志着以太网的诞生。 Ethernet原型：速率2.94Mbps，物理介质为粗同轴电缆，物理拓扑为总线型结构。 /以太网发展历史-标准以太网 1982年，DIX发布以太网第二个版本，Ethernet II。 1983年，IEEE80

2、2.3工作组发布了第一个关于以太网的IEEE标准。 1990年，IEEE802.3i标准发布，公布了10Base-T技术。 标准以太网：速率10Mbps，共享介质使用同轴电缆、双绞线、光纤，从总线型结构过渡到星型结构化布线。 /名称名称电缆电缆最大区间长度最大区间长度10BASE-5粗同轴电缆500m10BASE-2细同轴电缆200m10BASE-T双绞线100m10BASE-F光纤2000m以太网发展历史-标准以太网 /以太网发展历史-快速以太网 1993年，成立快速以太网联盟FEA。 1995年，通过IEEE802.3u规范。快速以太网时代来临。 快速以太网，速率100Mbps，共享介质使

3、用UTP和光纤，可工作在全双工模式。 /技术标准技术标准线缆类型线缆类型传输距离传输距离100BaseTXEIA/TIA5类（UTP）非屏蔽双绞线2对100m100BaseT4EIA/TIA3、4、5类（UTP）非屏蔽双绞线4对100m100BaseFX多模光纤（MMF）线缆550m-2km单模光纤（SMF）线缆2km-15km以太网发展历史-快速以太网 /以太网发展历史-千兆以太网 1995年，IEEE802.3标准委员会组建“高速研究组”，研究1000Mbps速率的以太网。 1998年，IEEE 发布802.3z（光纤和铜缆）1000Mbps以太网标准。 1999年，IEEE发布了802.

4、3ab（双绞线）1000Mbps以太网标准。 /以太网发展历史-千兆以太网技术标准技术标准线缆类型线缆类型传输距离传输距离1000BaseT铜质EIA/TIA5类（UTP）非屏蔽双绞线4对100m1000BaseCX铜质屏蔽双绞线25m1000BaseSX多模光纤，50/62.5um光纤，使用波长为850nm的激光550m/275m1000BaseLX单模光纤，9um光纤，使用波长为1310nm的激光 /以太网发展历史-万兆以太网 2002年，10GE以太网标准802.3ae（光纤）正式发布。 IEEE802.3ak（铜缆）标准和IEEE802.3an（双绞线）标准相继发布。 10GE以太网只

5、支持全双工，可应用于广域网物理层技术SONET/SDH。 /目录u 以太网历史以太网历史u 以太网基础知识以太网基础知识u 交换机工作原理交换机工作原理 /CSMA/CD 传统以太网是一种共享介质的局域网技术，基于传统以太网是一种共享介质的局域网技术，基于CSMA/CD。 CS：载波监听 在发送数据之前进行监听，以确保线路空闲，减少冲突的机会。 MA：多址访问 每个站点发送的数据，可以同时被多个站点接收。 CD：冲突检测 边发送边检测，发现冲突就停止发送，然后延迟一个随机时间之后继续发送。 /以太网帧结构Ethernet II 封装Preamble(7)SFD(1)DA(6)SA(6)Type

6、(2)PayLoad(46-1500)FCS(4)Preamble(7)SFD(1)DA (6)SA (6)Type (2)PayLoad (46-1500)FCS (4)前导码，通知接收方有数据帧到来目的节点的MAC地址源节点的MAC地址协议类型上层协议有效载荷校验和Type：0 x0800-IP0 x0806-ARP /自协商 端口自动协商：端口根据另一端设备的连接速度和双工模式，自动把自身的速度调节到最高的公共水平，即线路两端能具有的最快速度和双工模式。 自协商的内容主要包括速率、双工模式、流控等。对于两端处于自协商工作方式的设备，最终协商的结果是采用二者技术能力域中优先级低的网口提供的

7、工作方式工作。协商级别一般为100Mfull，100Mhalf，10Mfull，10Mhalf。 A（auto），B（auto），A、B的工作模式是？A（auto），B（100M,HALF），A、B的工作模式是？A（auto），B（100M,FULL），A、B的工作模式是？A（auto），B（10M,FULL），A、B的工作模式是？A（auto,100M,FULL），B（100M,HALF），A、B的工作模式是？ /端口MDI/MDIX自适应 不需要知道线缆另一端为MDI还是MDIX设备，两种线缆都能使用。 消除了由于线缆配错引起的连接错误。 /流控 流控：当接收者没有能力处理接收到的报文时，

8、为防止丢包，接收者需要通知报文的发送者在一段时间内停止发送报文。 对于半双工和全双工模式，流控通过不同的方式来实现。 半双工：背压、载波侦听扩展机制 全双工：IEEE802.3x标准（以太网流控标准） /半双工流控半双工流控：两种方式实现流量控制。 利用Backpressure 背压方式 利用载波侦听扩展机制 /全双工流控 全双工流控：IEEE802.3x中定义，数据接收方向数据发送方发送Pause帧，以通知数据发送方停止发送数据。 Pause帧中指定要求发送方暂停发送流量的时间。 接收方也可发送等待时间为0的Pause帧通知发送方开始发送数据。DASATypeCodeParametersRe

9、served组播MAC：0180-C200-0001发送Pause的节点MAC0 x8808要求发送方停止的时间，单位是当前传送512bit的时间0 x0001保留，为 /交换三种模式 Store-and-Forward：存储转发模式 交换机接收检测到全部数据开始转发过程 数据传输延迟大 保证数据帧无差错传输 不同速率端口之间转发 Cut-Through：直通交换模式 交换机接收检测到目的MAC开始转发过程 数据传输低延迟 无法对数据帧进行校验和纠错 Fragment-free：碎片隔离方式 交换机接收检测到不是冲突碎片开始转发过程 延迟介于直通转发和存储转发之间 过滤冲突碎片 /目录u 以太

10、网历史以太网历史u 以太网基础知识以太网基础知识u 交换机工作原理交换机工作原理 /共享式以太网互联一层HUB 传统以太网采用CSMA/CD机制，使用共享总线型的连接方式。所有互连设备位于一个冲突域中，在网络流量增大到一定程度时，会导致冲突不断，吞吐量受到严重影响。 /交换式以太网互联二层交换机 交换式以太网使用星型连接方式，通过二层交换机进行互连。 通过MAC地址进行数据报文的转发。 内部使用ASIC硬件芯片实现转发。 各端口属于不同的冲突域。冲突域1冲突域2冲突域3二层交换机 /交换机的工作原理交换机有着透明桥相同的特点Station AStation B1/11/2Segment ASe

11、gment B /交换机的三个功能 地址学习 转发 过滤 /地址学习 最开始的地址表是空的MAC 地址表00d0.d001.111100d0.d001.222200d0.d001.333300d0.d001.4444E0E1E2E3ABCD /MAC 地址表00d0.d001.222200d0.d001.333300d0.d001.4444E0: 00d0.d001.1111E0E1E2E3DCBA地址学习基于源MAC地址学习 Station A 发送一个帧（frame） 给 Station C 交换机从端口 E0 学习到 station A 的 MAC 地址 将该帧做 “洪泛（floodin

12、g）” 转发。 /MAC 地址表00d0.d001.111100d0.d001.222200d0.d001.333300d0.d001.4444E0: 00d0.d001.1111E3: 00d0.d001.4444E0E1E2E3DCAB地址学习-基于源MAC地址学习 Station D 发送一个帧（frame） 给 Station C 交换机从端口 E3 学习到 station D 的 MAC 地址 将该帧做 “洪泛（flooding）” 转发。 /转发-基于目的MAC地址转发 Station A 发送一个帧（frame）给 station C 目标地址已经知道, 不再 “洪泛” 发送，直

13、接从 E2 端口发送出去。E0: 00d0.d001.1111E2: 00d0.d001.2222E1: 00d0.d001.3333E3: 00d0.d001.444400d0.d001.111100d0.d001.222200d0.d001.333300d0.d001.4444E0E1E2E3XXDCABMAC 地址表 /00d0.d001.111100d0. d001.222200d0.d001.333300d0.d001.4444E0E1E2E3DCABE0: 00d0.d001.1111E2: 00d0.d001.2222E1: 00d0.d001.3333E3: 00d0.d001

14、.4444MAC address table转发-目的MAC查询不到时 Station D 发送一个帧（frame）给 station E 由于StationE的MAC地址交换机不知道，则交换机进行 “洪泛”，转发给其他所有端口（不包括进来的那个端口)。 /00d0.d001.111100d0. d001.222200d0.d001.333300d0.d001.4444E0E1E2E3DCABE0: 00d0.d001.1111E2: 00d0.d001.2222E1: 00d0.d001.3333E3: 00d0.d001.4444MAC address table转发-广播和多播帧 Station D 发送一个广播或多播帧 （frame）给 C 交换机将广播（broadcast）或多播（multicast）帧 “泛洪”转发给其他所有端口（不包括进来的那个端口)。 /二层交换机基本原理二层交换机主要包括三个功能： 学习：学习源MAC，构建MAC地址表。 转发：根据目的MAC查找MAC地址表进行转发。 查找成功，向对应端口转发； 查找失败，向所有端口转发，（不包括进来的那个端口）； 目的MAC为广播或组播，向所有端口转发,（不包括进来的那个端口）。 过滤：发送端口和接收端口一致，不向该端口转发该帧。 /二层交换机基本原理-MAC地址表 MAC地址表项通过静