以太网技术发展介绍

尹显胜-93928以太网技术发展介绍2023/2/4课程目标学习完此课程，您应能：了解以太网发展的过程掌握以太网发展的各个阶段的网络特性的优点、缺点Page2引入自20世纪50年代出现第一台计算机至今，计算机已经成为众多人们日常工作、生活中必不可少的工具，大家对计算机使用已经非常普遍。计算机一个很重要的作用是数据处理，另外一个非常重要的作用是数据的共享。将世界上数亿台计算机联系起来，这就需要使用到网络通信。以太网技术就是网络通信中使用最普遍的一门技术，今天的课程目标是让大家了解到以太网技术的发展过程。你日常工作或生活中的电脑是通过哪些设备与网络连接在一起呢？Page3内容介绍以太网起源（原始社会）HUB出现（奴隶社会）L2出现（封建社会）VLAN出现（资本主义社会）L3出现（社会主义社会）GE/10GE出现（未来社会）Page4以太网起源以太网通信的原则：同一时刻只能有一台主机在发送，但可以有多台主机同时接收——广播；如果一个以太网报文被完全发送出去，则在链路上肯定不会发生冲突，即理论上不再需要发送第二次。Page5以太网起源原始社会的主要矛盾原始社会中没有阶级关系，所有的主机都以平等的地位连接到同轴电缆上，但如果以太网中主机数目较多，则存在以下严重问题：介质可靠性差冲突严重广播泛滥无任何安全性其中介质可靠性差是原始社会的主要社会矛盾，当时的社会生产力异常低下。Page6本节我们主要学习了：以太网起源初始阶段影响通信的主要问题是什么小结Page7内容介绍以太网起源（原始社会）HUB出现（奴隶社会）L2出现（封建社会）VLAN出现（资本主义社会）L3出现（社会主义社会）GE/10GE出现（未来社会）Page8HUB出现从同轴电缆到双绞线：

80年代末期，非屏蔽双绞线（UTP）出现，并迅速得到广泛的应用。UTP的巨大优势在于：价格低廉，只有同轴电缆的几分之一；制作简单，成功率高；收发使用不同的线缆，为实现全双工奠定了物质基础；逻辑拓扑依旧是总线的，但物理拓扑变为星形，使单段线缆的故障不会影响到这个网络。Page9HUB出现传统以太网连接设备HUB设备工作模型：仅仅是物理上的连接设备Page10HUB出现传统以太网连接设备HUB设备工作原理：所有的HUB都是半双工的HUB仅仅改变了以太网的物理拓扑Page11HUB出现HUB的冲突域：HUB对所连接的LAN只做信号的中继，所有的物理设备构成了一个冲突域。Page12HUB出现HUB（奴隶社会）的主要矛盾从奴隶社会开始，以太网中第一次出现了阶级的概念：统治阶级和被统治阶级。被统治阶级通常是生产者（主机），网络中的流量只要由生产者产生。统治阶级通常指网络中的连接和交换设备（HUB），虽然他们不从事生产劳动，但却对劳动果实有分配权。奴隶社会存在如下社会矛盾：冲突严重广播泛滥无任何安全性其中冲突严重是奴隶社会的主要社会矛盾，当时的社会生产力非常低下。Page13本节我们主要学习了：HUB的出现解决了通信的哪些问题HUB通信中的主要问题是什么小结Page14内容介绍以太网起源（原始社会）HUB出现（奴隶社会）L2出现（封建社会）VLAN出现（资本主义社会）L3出现（社会主义社会）GE/10GE出现（未来社会）Page15L2出现BRIDGE/以太网交换机/L2设备工作模型：Page16L2出现二层交换机原理：接收网段上的所有数据帧；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；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（不包括源端口）发送；向所有端口（不包括源端口）转发广播帧和多播帧。Page17问题为什么向所有的端口发送数据帧时不包含源端口呢？Page18解答不向源端发送，是为了防止广播风暴。原因: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。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。Page19L2出现二层交换机硬件结构：L2的转发完全由硬件通过ASIC实现。Page20L2出现全双工就是解放生产力：实现全双工的物质保证：支持全双工的网卡芯片＋收发线路完全分离物理介质＋点到点的连接（HUB都是半双工的）。全双工对以太网技术的影响：最大吞吐量达到双倍速率；从根本上解决了以太网的冲突问题，以太网从此告别CSMA/CD。支持全双工的设备：最近10年制造的网卡、L2、路由器，HUB除外。Page21L2出现生成树协议(STP)解决环路问题：通过阻断冗余链路来消除桥接网络中可能存在的路径回环。当前活动路径发生故障时激活冗余备份链路恢复网络连通性。Page22L2出现冲突域：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。Page23L2出现

L2（封建社会）的主要矛盾在封建社会中，全双工和L2带来了以太网社会生产力的两次重大飞跃，彻底解决了困扰以太网的冲突问题，极大的促进了社会进步。并且以太网的安全性也有所提高。但封建社会仍旧存在如下社会矛盾：广播泛滥安全性仍旧无法得到有效的保证其中广播泛滥严重是封建社会的主要社会矛盾。Page24本节我们主要学习了：L2的出现解决了通信的哪些问题L2通信中的主要问题是什么小结Page25内容介绍以太网起源（原始社会）HUB出现（奴隶社会）L2出现（封建社会）VLAN出现（资本主义社会）L3出现（社会主义社会）GE/10GE出现（未来社会）Page26VLAN出现

VLAN的起源——基于端口分组：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。特点：实现简单，但只能适用于一台交换机。Page27VLAN出现多个交换机——划分VLAN：特点：必须有统一的标准——VLAN。Page28VLAN出现VLAN的标准：IEEE802.1Q：VLANID12bits范围：（0~4095），正是这12bits彻底改变了传统的以太网。Page29VLAN出现VLAN的划分：根据使用策略不同，VLAN可以分为：基于端口划分的VLAN基于MAC地址划分的VLAN基于网络层协议划分的VLAN基于IP组播的VLAN基于组合策略的VLANPage30VLAN出现以太网设备与802.1Q帧：以太网中的哪些设备识别802.1Q帧格式？网络终端用户设备

（如安装了以太网卡的计算机）网络交换互连设备（如以太网交换机）Page31VLAN出现以太网交换机的端口分类：Access/Untagged/端口：如果以太网交换机的某个端口所连的设备（通常连接的是主机）都不识别802.1Q帧，那么该端口就是Access端口。Trunk/TagAware/Tagged/端口：如果以太网交换机的某个端口所连的设备（通常连接L2）可以识别802.1Q帧，那么该端口就是Trunk端口。Page32VLAN出现三个ID：VID：以太网帧中所携带的表示该帧所属的VLAN的ID，（就是改变以太网世界的那12个bit）。PVID：

L2上的所有端口（包括Acess和Trunk），必须指明属于哪个VLAN。TrunkallowVlanID：在Trunk端口上，必须标识出允许那些vlan通过。Page33VLAN出现三大纪律：UNTAGGED端口不能接TAGGED端口。两个相连的TAGGED端口的PVID值要求一致。

与不支持802.1Q的设备相连的端口不能是TAGGED端口。Page34VLAN出现

VLAN（资本主义社会）的主要矛盾在资本主义社会中，VLAN技术成功地解决了广播问题，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，社会生产力极大提高，社会物质生产空前繁荣。但资本主义社会仍旧存在如下社会矛盾：人民群众日益增长的过量物质文化需求与落后的社会生产力之间的矛盾例如：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，现在又要少量的访问需求，该怎么办到呢？Page35VLAN出现解决办法——使用路由器连接不同的VLAN前提：VLAN和IP子网间是一对一的关系。Page36本节我们主要学习了：VLAN的出现解决了通信的哪些问题使用VLAN通信的主要问题是什么小结Page37内容介绍以太网起源（原始社会）HUB出现（奴隶社会）L2出现（封建社会）VLAN出现（资本主义社会）L3出现（社会主义社会）GE/10GE出现（未来社会）Page38L3出现三层交换机功能模型：三层交换机功能上相当于右图中大方框中的部分三层交换机把支持VLAN的二层交换机和路由器的功能集成在一起了，因此常常称之为二三层交换机二层交换机的功能和路由器的功能，在三层交换机中分别体现为二层VLAN转发引擎和三层转发引擎两个部分二层VLAN引擎与支持VLAN的二层交换机的二层转发引擎是相同的，是用硬件支持多个VLAN的二层转发三层转发引擎使用硬件ASIC技术实现高速的IP转发对应到IP网络模型中，每个VLAN对应一个IP网段，三层交换机中的三层转发引擎在各个网段（VLAN）间转发报文，实现VLAN之间的互通，因此三层交换机的路由功能通常叫做VLAN间路由（Inter-VLANRouting）Page39L3出现

L3（社会主义社会）的主要矛盾

L3在这场斗争中，失去只是局域网的枷锁，得到的却是整个internetL3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。Page40本节我们主要学习了：L3的出现解决了通信的哪些问题小结Page41内容介绍以太网起源（原始社会）HUB出现（奴隶社会）L2出现（封建社会）VLAN出现（资本主义社会）L3出现（社会主义社会）GE/10GE出现（未来社会）Page42GE/10GE出现千兆以太网：千兆以太网物理层——有序集

Start_Of_Packet：在传输具体数据的开始，发送该有序集。

IDLE需要注意的，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。

Configuration封装自动协商数据Page43GE/10GE出现

GE对以太网技术的影响：GE就是解放生产力！以低廉的价格提供巨大的带宽对以太网技术提供平滑的升级和良好的兼容GE的出现使以太网技术从企业网走向城域网10GE就是解放生产力！10G是目前路由器技术中所能达到的最高单端口带宽，而10GE由于具有以太网技术的许多天然优势，已经远远走在10GPOS之前，并很可能取而代之。10GE的出现将使以太网技术最终冲出城域网，走