江门电信-002-以太网基础和交换机原理

以太网基础和交换机原理目录以太网历史以太网基础知识交换机工作原理2以太网发展历史-以太网诞生1972年，RobertMetcalfe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。3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，EthernetII。1983年，IEEE802.3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。4名称电缆最大区间长度10BASE-5粗同轴电缆500m10BASE-2细同轴电缆200m10BASE-T双绞线100m10BASE-F光纤2000m以太网发展历史-标准以太网5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，共享介质使用UTP和光纤，可工作在全双工模式。6技术标准线缆类型传输距离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7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802.3ab（双绞线）1000Mbps以太网标准。8以太网发展历史-千兆以太网技术标准线缆类型传输距离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3km9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以太网只支持全双工，可应用于广域网物理层技术SONET/SDH。10目录

以太网历史以太网基础知识交换机工作原理11CSMA/CD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。12以太网帧结构EthernetII封装Preamble(7)SFD(1)DA(6)SA(6)Type(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：0x0800-IP0x0806-ARP13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？14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。15流控流控：当接收者没有能力处理接收到的报文时，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）16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17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。DASATypeCodeParametersReserved组播MAC：0180-C200-0001发送Pause的节点MAC0x8808要求发送方停止的时间，单位是当前传送512bit的时间0x0001保留，为064byte18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19目录

以太网历史以太网基础知识交换机工作原理20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。21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22交换机的工作原理交换机有着透明桥相同的特点StationAStationB1/11/2SegmentASegmentB23交换机的三个功能地址学习转发过滤24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.d001.4444E0E1E2E3ABCD25MAC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StationA发送一个帧（frame）给StationC交换机从端口E0学习到stationA的MAC地址将该帧做“洪泛（flooding）”转发。00d0.d001.111126MAC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StationD发送一个帧（frame）给StationC交换机从端口E3学习到stationD的MAC地址将该帧做“洪泛（flooding）”转发。27转发-基于目的MAC地址转发StationA发送一个帧（frame）给stationC目标地址已经知道,不再“洪泛”发送，直接从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2800d0.d001.111100d0.d001.222200d0.d001.333300d0.d001.4444E0E1E2E3DCABE0:00d0.d001.1111E2:00d0.d001.2222E1:00d0.d001.3333E3:00d0.d001.4444MACaddresstable转发-目的MAC查询不到时StationD发送一个帧（frame）给stationE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)。2900d0.d001.111100d0.d001.222200d0.d001.333300d0.d001.4444E0E1E2E3DCABE0:00d0.d001.1111E2:00d0.d001.2222E1:00d0.d001.3333E3:00d0.d001.4444MACaddresstable转发--广播和多播帧StationD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)。30二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。31二层交换机基本原理-MAC