以太网技术原理培训胶片-2006

1、HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTDHUAWEI Confidential Security Level: 以太网技术原理ISSUE 1.0HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 1l以太网是当今应用最广泛的局域网技术HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 2学习指南l理解以太网技术原理，可以遵循两个逻辑：以太网设备的发展和链路物理介质速率提升HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential

2、Page 3参考资料lIEEE802.3lIEEE802.3ulIEEE802.3z lIEEE802.3ablIEEE802.3aeHUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 4l学习完此课程，您将会：了解以太网相关标准掌握以太网技术原理和发展过程HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 5第第2 2章章 以太网技术原理以太网技术原理HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 6以太网的诞生l以太网最

3、初是由Xerox公司开发的一种基带局域网技术，使用同轴电缆作为网络媒体，采用载波多路访问和碰撞检测（CSMA/CD）机制,数据传输速率达到10Mbps。 l以太网被设计用来满足非持续性网络数据传输的需要，而IEEE 802.3规范则是基于最初的以太网技术于1980年制定。以太网版本2.0由Digital Equipment Corporation、Intel和Xerox三家公司联合开发，与IEEE 802.3规范相互兼容HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 7以太网与IEEE802.3（一）HUAWEI TECHNOLOGI

4、ES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 8以太网与IEEE802.3（二）HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 9IEEE802.3 线缆Name电缆最大区间长度10BASE-5粗同轴电缆500m10BASE-2细同轴电缆200m10BASE-T双绞线100m10BASE-F光纤2000mHUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 10IEEE802.3连接方式10Base510Base210BaseT收发器收发器夹子夹子收发器

5、电缆收发器电缆芯芯连接器连接器双绞线双绞线 集线器集线器HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 11快速（100M）以太网l数据传输速率为100Mbps的快速以太网是一种高速局域网技术，能够为桌面用户以及服务器或者服务器集群等提供更高的网络带宽。 lIEEE为快速以太网制订的标准为IEEE802.3uHUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 12IEEE802.3u的线缆HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidenti

6、al Page 13IEEE802.3u 的线缆长度名称名称线缆线缆最大段长最大段长优点优点100Base-T4双绞线100m使用3类线100Base-Tx双绞线100m100Mbps 全双工100Base-Fx 光纤2000m100Mbps 全双工HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 14千兆以太网l千兆以太网是对IEEE802.3以太网标准的扩展，在基于以太网协议的基础之上，将快速以太网的传输速率100Mbps提高了10倍，达到了1 Gbps。 l标准为IEEE802.3z（光纤与铜缆）和IEEE802.3ab（双绞线）

7、HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 15IEEE802.3z的线缆标准l1000BaseLX是一种使用长波激光作信号源的网络介质技术，在收发器上配置波长为1270-1355nm（一般为1300nm）的激光传1270-1355nm（一般为1300nm）的激光传输器，既可以驱动多模光纤，也可以驱动单模光纤。l1000BaseSX是一种使用短波激光作为信号源的网络介质技术，收发器上所配置的波长为770-860nm（一般为800nm）的激光传输器不支持单模光纤，只能驱动多模光纤。 l1000BaseT使用的一种特殊规格的高质量平衡

8、双绞线对的屏蔽铜缆，最长有效距离为25米，使用9芯D型连接器连接电缆。HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 16IEEE802.3ab的线缆标准l1000BaseT是一种使用5类UTP作为网络传输介质的千兆以太网技术，最长有效距离与100BASETX一样可以达到100米。用户可以采用这种技术在原有的快速以太网系统中实现从100Mbps到1000Mbps的平滑升级。HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 17万兆以太网l已经开始部署，预计未来将有大规模的应用l

9、标准为IEEE802.3ael网络线缆只可以使用光纤l只有全双工模式l创造了一些新的概念，例如光物理媒体相关子层(PDM)HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 18第第1 1章章 以太网相关标准以太网相关标准HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 19第第2 2节节 HUBHUB和和L2L2交换机的出现交换机的出现第第3 3节节 VLANVLAN和和L3L3交换机的出现交换机的出现第第4 4节节 GE/10GEGE/10GE以太网出现以太网出现HUAWEI

10、TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 20冲突的检测：冲突的检测：由于两个站点同时发送信号，经过叠加后，会使线路上电压的摆由于两个站点同时发送信号，经过叠加后，会使线路上电压的摆动值超过正常值一倍。据此可判断冲突的产生。动值超过正常值一倍。据此可判断冲突的产生。以太网原理-CSMA/CDlCS：载波侦听。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。lMA：多址访问。每个站点发送的数据，可以同时被多个站点接收。lCD：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。HUAWEI TECHNOLOGI

11、ES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 21你知道为什么IP地址不像MAC地址一样做成固定的？以太网的MAC地址00e0.fc39.80341.M A C地址有4 8位，但它通常被表示为12位的点分十六进制数。2.M A C地址全球唯一，由 I E E E对这些地址进行管理和分配。每个地址由两部分组成，分别是供应商代码和序列号。其中前2 4位二进制代表该供应商代码。剩下的24位由厂商自己分配。3.如果48位全是1，则表明该地址是广播地址。4.如果第8位是1，则表示该地址是组播地址。HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Conf

12、idential Page 22Ethernet_IIDMACSMACLength/TDATA/PADFCSLength/Type值含义Length/T 1500Length/T = 1500代表了该帧的类型代表了该帧的长度802.3以太网帧结构HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 23第第1 1节节 以太网技术基本概念以太网技术基本概念第第3 3节节 VLANVLAN和和L3L3交换机的出现交换机的出现第第4 4节节 GE/10GEGE/10GE以太网出现以太网出现HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.

13、HUAWEI Confidential Page 24应用层表示层会话层传输层网络层链路层物理层应用层表示层会话层传输层网络层链路层物理层物理层物理层HUB注意：HUB仅仅是物理上的连接设备。传统以太网连接设备HUBHUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 2512345INOUTOUTOUTOUTHUBHUB仅仅改变了以太网的物理拓扑仅仅改变了以太网的物理拓扑所有的HUB都是半双工的HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 26HUBLANLANLANLANLA

14、NHUBHUB对所连接的对所连接的LANLAN只做信号的中继，所有的物理设备构成了只做信号的中继，所有的物理设备构成了一个冲突域。一个冲突域。冲突域HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 27由由HUB组建以太网，依然是一种共享式以太网。组建以太网，依然是一种共享式以太网。由HUB组建以太网的实质l实际上网络中由HUB组建以太网，仍然存在以下缺陷： 冲突严重； 广播泛滥；无任何安全性。HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 28L2工作模型应用层表示层会话层传

15、输层网络层链路层物理层会话层传输层网络层链路层物理层物理层物理层二层交换机链路层链路层表示层应用层HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 29分段1分段2ABCPORT1PORT2D 交换机典型应用交换机MAC地址所在端口MACA1MACB1MACC2MACD2基于源地址学习注意：注意：多播情况下，多播情况下，CAMCAM表项的建立不是通表项的建立不是通过学习得到的，而是通过过学习得到的，而是通过IGMPIGMP窥探，窥探，CGMPCGMP等协议获得的。等协议获得的。HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.H

16、UAWEI Confidential Page 30MAC地址所在端口MACA1MACB1MACC2MACD2MACDMACA.端口1MACDMACA.端口2基于目的地址转发HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 31上述原则中存在三处严重的错误，你知道是什么吗？二层交换机原理l接收网段上的所有数据帧；l利用接收数据帧中的源MAC地址来建立MAC地址表（源地址自学习），使用地址老化机制进行地址表维护；l在MAC地址表中查找数据帧中的目的MAC地址，如果找到就将该数据帧发送到相应的端口，如果找不到，就向所有的端口发送(除接收帧的

17、端口)；l向所有端口转发广播帧和多播帧。HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 32正确答案1.接收网段上的所有数据帧；2.利用接收数据帧中的源MAC地址来建立MAC地址表（源地址自学习），使用地址老化机制进行地址表维护；3.在MAC地址表中查找数据帧中的目的MAC地址，如果找到就将该数据帧发送到相应的端口（不包括源端口）；如果找不到，就向所有的端口发送（不包括源端口）；4.向所有端口转发广播帧和多播帧（不包括源端口）。你知道为什么有这样的限制吗？HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Conf

18、idential Page 33正确答案l从这个端口接收的报文，肯定被这个端口所在的网段已知，所以没有必要从这个端口再发送一遍。l不仅仅是没有必要的问题，而是一定不能再发送，因为这样一个报文会在网段中出现两次。造成严重错误HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 34三种交换模式l Cut-Through： 交换机接收到目的地址即开始转发过程 延迟小 交换机不检测错误lStore-and-Forward： 交换机将全部内容接收才开始转发过程 延迟大 交换机检测错误，不会有错包 lFrag-free： 交换机接收完数据包的前64字

19、节（一个最短帧长度），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。HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 35全双工简述l实现全双工的物质保证l全双工对以太网技术的影响l支持全双工的设备HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 36双工方式运行速率全双工半双工10M100M1000M10G自动协商HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 37双工模式运行速率100M10M全双工半

20、双工运行速率双工模式100M10M全双工半双工协商原则HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 38SWITCHLANLANLANLANLAN 冲突域广播域L2对所接收到的数据帧根据MAC地址进行二层转发，冲突域被限制到了一个端口上。但是无法限制广播域的大小。广播域 冲突域 冲突域 冲突域 冲突域HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 39其中广播泛滥严重是L2以太网的主要缺点为什么使用L2会在一定程度上提高以太网的安全性？全双工和L2交换机的缺点l全双工和L2

21、带来了以太网两次重大飞跃，彻底解决了困扰以太网的冲突问题，极大的改进了以太网的性能。并且以太网的安全性也有所提高。但以太网存在如下缺点：广播泛滥安全性仍旧无法得到有效的保证HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 40第第1 1节节 以太网技术基本概念以太网技术基本概念第第2 2节节 HUBHUB和和L2L2交换机的出现交换机的出现第第4 4节节 GE/10GEGE/10GE以太网出现以太网出现HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 41SWITCH工程部市场部

22、销售部10.110.10.010.110.20.010.110.30.012985实现简单，但只能适用于一台交换机VLAN的起源基于端口分组l解决广播泛滥问题的主导思想：将没有互访需求的主机隔离开HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 42我有个办法，你看行吗 让VLAN只限制广播报文，不限制单播报文！VLAN技术的优点和缺点lVLAN技术成功的解决了广播问题，并且使以太网的安全性有了进一步的提高，此时的以太网技术趋于完美。l但VLAN技术也有缺点：使用VLAN来划分网络后，网络的效率提高不少，可是本来不需要相互访问的两个部门

23、，现在又要少量的访问需求，该怎么办到呢？HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 43SWITCH工程部VLAN市场部VLAN销售部VLAN10.110.10.010.110.20.010.110.30.0前提：VLAN和IP子网间是一对一的关系缺点：每个VLAN需要占用一个路由器的端口； 不同VLAN中的主机需配置不同的缺省网关解决办法（一）l使用路由器连接不同的VLANHUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 44SWITCH工程部VLAN市场部VLAN销售部

24、VLAN10.110.10.010.110.20.010.110.30.0前提：VLAN和IP子网间是一对一的关系解决办法（二）-单臂路由l使用支持VLAN属性的路由器连接不同的VLANHUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 45传统路由器整机64字节包转发能力通常100,100ppsLANSwitch单个100M端口64字节包转发能力148,810pps（L2+路由器）模式的缺陷1.需要多个设备，组网复杂；2.VLAN间通信通过路由器完成；3.路由器价格昂贵，速率较低。SWITCH工程部VLAN市场部VLAN销售部VLAN1

25、0.110.10.010.110.20.010.110.30.0HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 46前提：VLAN和IP子网间是一对一的关系解决办法（三）l将路由器和交换机合成一个设备三层交换机SWITCH工程部VLAN市场部VLAN销售部VLAN10.110.10.010.110.20.010.110.30.0HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 47什么是三层交换机l在逻辑上，三层交换和路由是等同的，三层交换的过程就是IP报文选路的过程。l三层交

26、换机与路由器在转发操作上的主要区别在于其实现的方式：三层交换机通过硬件实现查找和转发；传统路由器通过微处理器上运行的软件实现查找和转发；三层交换机的转发路由表与路由器一样，需要软件通过路由协议来建立和维护。l在局域网中引入三层交换：能够更加经济的替代传统路由器。HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 48三层交换机的应用l三层交换机特别适合下面这样的组网几乎全以太网接口路由比较稳定，变化比较少HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 49低端的路由器和L3的区别

27、项目项目路由器路由器三层交换机三层交换机端口类型非常丰富，几乎可以支持所有通信端口比较单一，主要支持以太网转发实现途径主要以CPU加软件实现为主。由硬件ASIC实现转发路由算法最长匹配第一包路由，以后做精确匹配包转发率低高（命中）或者更低（没命中）成本高低对路由变化的适应能力强弱二层交换不支持支持HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 50二个问题l为什么L3不增强对路由变化的适应能力？答：必须使用更昂贵的CPU，成本增高。l为什么路由器不使用L3的硬件转发？答：广域网路由太多，且不固定，CACHE命中率太低。HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidential Page 51L3交换机仍有不足之处lL3交换机仍有不足之处：L3虽然几乎具备了路由器的所有功能，但在走向广域网的过程中却遇到了广域网接口带宽不足，路由性能低下的尴尬。HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.HUAWEI Confidentia