数据链路层与以太网交换技术

1、卡特尔卡特尔ORACLE授权教育中心授权教育中心1数据链路层与交换机数据链路层与交换机卡特尔卡特尔ORACLE授权教育中心授权教育中心2本章目标本章目标 能够正确接入交换机，并掌握能够正确接入交换机，并掌握Cisco交换机交换机的基本操作的基本操作 了解数据链路层的功能 了解以太网帧格式 了解交换机的数据转发原理卡特尔卡特尔ORACLE授权教育中心授权教育中心3数据链路层的功能数据链路层的功能21 数据链路层数据链路层 位于网络层与物理层之间物理层物理层物理层物理层数据链路层数据链路层数据链路层数据链路层网络层网络层网络层网络层数据链路层协议数据链路层协议 比特（比特（Bit） 帧（帧（Fra

2、me）包包(Packet）主机主机A主机主机B数据单元数据单元卡特尔卡特尔ORACLE授权教育中心授权教育中心4数据链路层的功能数据链路层的功能22 数据链路层的功能数据链路层的功能 数据链路的建立、维护与拆除 帧包装、帧传输、帧同步 帧的差错恢复 流量控制卡特尔卡特尔ORACLE授权教育中心授权教育中心5以太网以太网 以太网工作在数据链路层以太网工作在数据链路层物理层物理层物理层物理层数据链路层数据链路层数据链路层数据链路层网络层网络层网络层网络层物理层协议物理层协议数据链路层协议数据链路层协议网络层协议网络层协议 比特比特 帧帧 包包12主机主机A主机主机B数据单元数据单元层层以太网以太网

3、卡特尔卡特尔ORACLE授权教育中心授权教育中心6什么是以太网什么是以太网 我们平常使用的局域网就是以太网我们平常使用的局域网就是以太网如果中间的线路是共享如果中间的线路是共享的，这条链路在同一时间的，这条链路在同一时间由谁来使用呢？如何来保由谁来使用呢？如何来保证这些主机能有序的使用证这些主机能有序的使用共享线路，不发生数据的共享线路，不发生数据的冲突？冲突？ 如果主机如果主机A A发出一个发出一个数据包给主机数据包给主机B B，如何标，如何标识主机识主机A A和主机和主机B B呢？这呢？这就是主机的地址问题。就是主机的地址问题。 主机之间发送的数据，主机之间发送的数据，需要保证双方互相都能

4、需要保证双方互相都能读懂，那么它们发送的读懂，那么它们发送的数据的格式，是不是需数据的格式，是不是需要有一个统一的规范呢？要有一个统一的规范呢？卡特尔卡特尔ORACLE授权教育中心授权教育中心7以太网采用以太网采用CSMA/CDCSMA/CD带冲突检测的载波监听多路访问带冲突检测的载波监听多路访问以太网采用以太网采用CSMA/CD避免信号的冲突避免信号的冲突工作原理工作原理 发送前先监听信道是否空闲，若空闲则立即发送数据。 在发送时，边发边继续监听 若监听到冲突，则立即停止发送 等待一段随机时间（称为退避）以后，再重新尝试卡特尔卡特尔ORACLE授权教育中心授权教育中心8以太网以太网MAC地址

5、地址 以太网地址用来识别一个以太网上的以太网地址用来识别一个以太网上的某个单独的设备或一组设备某个单独的设备或一组设备 例如：例如：00061be3936c 000d28beb642IBMCISCO24比特比特（供应商（供应商标识标识）24比特比特（供应商对网卡的唯一编号）（供应商对网卡的唯一编号）对于目的地址对于目的地址：0物理地址（单播地址）物理地址（单播地址）1逻辑地址（组播地址）逻辑地址（组播地址）卡特尔卡特尔ORACLE授权教育中心授权教育中心9以太网帧格式以太网帧格式 802.3 以太网帧格式以太网帧格式数据链路层封装数据链路层封装7字节字节6字节字节6字节字节前导码前导码目的地址

6、目的地址源地址源地址类类型型/ /长长度度数据数据帧校验帧校验序列序列461500字节字节4字节字节1字字节节2字字节节帧帧启启始始定定界界符符物理层封装物理层封装卡特尔卡特尔ORACLE授权教育中心授权教育中心10以太网标准以太网标准物理层物理层数据链数据链路层路层逻辑链路控逻辑链路控制子层制子层（LLC)介质访问控介质访问控制子层制子层（MAC)以以太太网网IEEE802.2IEEE802.3卡特尔卡特尔ORACLE授权教育中心授权教育中心11MAC子层与子层与LLC子层子层21 介质访问控制（介质访问控制（MAC）子层（）子层（802.3） 将上层交下来的数据封装成帧进行发送(接收时进行

7、相反的过程，将帧拆卸)； 实现和维护介质访访问控制协议，例如CSMA/CD； 比特差错检测； MAC帧的寻址，即MAC帧由哪个站（源站）发出，被哪个站哪些站接收（目的站）。卡特尔卡特尔ORACLE授权教育中心授权教育中心12MAC子层与子层与LLC子层子层22 逻辑链路控制（逻辑链路控制（LLC）子层（）子层（802.2） 建立和释放数据链路层的逻辑连接； 提供与上层的接口； 给帧加上序号。卡特尔卡特尔ORACLE授权教育中心授权教育中心13阶段总结阶段总结 数据链路层的功能数据链路层的功能以太网与数据链路层的关系以太网与数据链路层的关系以太网使用以太网使用CSMA/CD以太网地址以太网地址以

8、太网帧格式以太网帧格式 卡特尔卡特尔ORACLE授权教育中心授权教育中心14以太网交换机以太网交换机v 交换机是用来连接局域网的主要设备交换机是用来连接局域网的主要设备 交换机能够根据以太网帧中目标地址智能的转发数据，交换机能够根据以太网帧中目标地址智能的转发数据，因此交换机工作在数据链路层因此交换机工作在数据链路层 交换机分割冲突域，实现全双工通信交换机分割冲突域，实现全双工通信卡特尔卡特尔ORACLE授权教育中心授权教育中心15交换机数据转发原理交换机数据转发原理12111B334422AABBA端口端口1端口端口1端口端口2端口端口2data端口端口3端口端口3主机主机11给主机给主机3

9、3发送一个数据帧：发送一个数据帧：目标地址：目标地址：33源地址：源地址： 11卡特尔卡特尔ORACLE授权教育中心授权教育中心16交换机数据转发原理交换机数据转发原理122AMAC地址地址端口号端口号 交换机交换机A在接收到数据帧后，执行以下操作：在接收到数据帧后，执行以下操作： 交换机A查找MAC地址表 交换机A学习主机11的MAC地址 交换机A向其他所有端口发送广播11 1卡特尔卡特尔ORACLE授权教育中心授权教育中心17交换机数据转发原理交换机数据转发原理12311B334422AABBA端口端口1端口端口1端口端口2data端口端口2端口端口3端口端口3data卡特尔卡特尔ORAC

10、LE授权教育中心授权教育中心18交换机数据转发原理交换机数据转发原理124 交换机交换机B在接收到数据帧后，执行以下操作：在接收到数据帧后，执行以下操作： 交换机B查看MAC地址表 交换机B学习源MAC地址和端口号 交换机B向所有端口广播数据包 主机主机22，查看数据包的目标，查看数据包的目标MAC地址不是自己，丢弃数据包地址不是自己，丢弃数据包BMAC地址地址端口号端口号11 322data卡特尔卡特尔ORACLE授权教育中心授权教育中心19交换机数据转发原理交换机数据转发原理125B334422AABBA端口端口1端口端口1端口端口2data端口端口2端口端口3端口端口3data11dat

11、a卡特尔卡特尔ORACLE授权教育中心授权教育中心20交换机数据转发原理交换机数据转发原理126 主机主机33，接收到数据帧，接收到数据帧 主机主机44，丢弃数据帧，丢弃数据帧3344datadata在这个过程中，交换机的在这个过程中，交换机的MAC地址表中没有需要的条地址表中没有需要的条目，交换机通过广播的方式，目，交换机通过广播的方式，转发了数据帧转发了数据帧卡特尔卡特尔ORACLE授权教育中心授权教育中心21交换机数据转发原理交换机数据转发原理127B334422AABBA端口端口1端口端口1端口端口2端口端口2端口端口3端口端口3data11这时，主机这时，主机44要给主机要给主机11

12、发送一个数据发送一个数据帧：帧：目标地址：目标地址：11源地址：源地址： 44卡特尔卡特尔ORACLE授权教育中心授权教育中心22交换机数据转发原理交换机数据转发原理128BMAC地址地址端口号端口号11 3 交换机交换机B在接收到数据帧后，执行以下操作：在接收到数据帧后，执行以下操作： 交换机B学习源MAC地址和端口号 交换机B查看MAC地址表，根据MAC地址表中的条目，单播转发数据到端口344 2卡特尔卡特尔ORACLE授权教育中心授权教育中心23交换机数据转发原理交换机数据转发原理129AMAC地址地址端口号端口号11 1 交换机交换机A在接收到数据帧后，执行以下操作：在接收到数据帧后，

13、执行以下操作： 交换机A学习源MAC地址和端口号 交换机A查看MAC地址表，根据MAC地址表中的条目，单播转发数据到端口1 主机主机11，收到数据帧，收到数据帧44 3卡特尔卡特尔ORACLE授权教育中心授权教育中心24交换机数据转发原理交换机数据转发原理1210B334422AABBA端口端口1端口端口1端口端口2端口端口2端口端口3端口端口311data在这个过程中，交换机的在这个过程中，交换机的MAC地址表中已经学到了需地址表中已经学到了需要的条目，交换机通过单播的要的条目，交换机通过单播的方式，转发了数据帧方式，转发了数据帧卡特尔卡特尔ORACLE授权教育中心授权教育中心25交换机数据

14、转发原理交换机数据转发原理1211AMAC地址地址端口号端口号11 144 322 233 3MAC地址地址端口号端口号11 344 222 333 1v交换机最终的交换机最终的MAC地址表地址表B卡特尔卡特尔ORACLE授权教育中心授权教育中心26交换机数据转发原理交换机数据转发原理1212 转发转发 交换机根据MAC地址表单播转发数据帧 学习学习 MAC地址表是交换机通过学习接收的数据帧的源MAC地址来形成的 广播广播 如果目标地址在MAC地址表中没有，交换机就向除接收到该数据帧的端口外的其他所有端口广播该数据帧 更新更新 交换机MAC地址表的老化时间是300秒 交换机如果发现一个帧的入端

15、口和MAC地址表中源MAC地址的所在端口不同，交换机将MAC 地址重新学习到新的端口卡特尔卡特尔ORACLE授权教育中心授权教育中心27单工、半双工与全双工单工、半双工与全双工 单工单工 只有一个信道，传输方向只能是单向的 半双工半双工 只有一个信道，在同一时刻，只能是单向传输 全双工全双工 双信道，同时可以有双向数据传输ABABAB例如：寻呼机例如：寻呼机例如：对讲机例如：对讲机例如：电话例如：电话卡特尔卡特尔ORACLE授权教育中心授权教育中心28冲突与冲突域冲突与冲突域v如果冲突过多，则传输效率就会降低如果冲突过多，则传输效率就会降低. . . . . .主机主机A主机主机B主机主机C冲

16、突域冲突域卡特尔卡特尔ORACLE授权教育中心授权教育中心29分割冲突域分割冲突域v为了提高传输效率，分割冲突域为了提高传输效率，分割冲突域. . . . . .冲突域冲突域1冲突域冲突域2冲突域冲突域3卡特尔卡特尔ORACLE授权教育中心授权教育中心30交换机背板交换矩阵结构交换机背板交换矩阵结构v交换机的每个端口访问交换机的每个端口访问另一个端口时，都有一条另一个端口时，都有一条专有的线路，不会产生冲专有的线路，不会产生冲突。突。卡特尔卡特尔ORACLE授权教育中心授权教育中心31冲突域与广播域冲突域与广播域v广播域指接收同样广播消息的节点的集合，如：在该广播域指接收同样广播消息的节点的集合，如：在该集合中的任何一个节点传输一个广播帧，则所有其他能集合中的任何一个节点传输一个广播帧，则所有其他能收到这个帧的节点都被认为是该广播帧的一部分收到这个帧的节点都被认为是该广播帧的一部分v交换机分割冲突域，但是不分割广播域，即交换机的交换机分割冲突域，但是不分割广播域，即交换机的所