以太网知识学习

第三章以太网技术3.1以太网概述3.1.1以太网发展历史1973~1982年：1973年，Xerox公司提出并实现最初的以太网；1979年，Xerox与DEC联合，后来Intel加入，1980年发布10Mb/s版以太网标准[DIX80]；1980年，IEEE的802组成立。1983~1990年：1983年，IEEE发布了802.3标准；1984年,DEC发布透明LAN网桥产品；1987年，开始研究不同的LAN互联，1990年产生802.1D标准；1990年，IEEE通过了双绞线以太网标准。1991~1997年：1991年，Kalpana公司开始开发新型的以太网交换机，1995年IEEE802.3委员会开始研究全双工交换标准，1997年通过该标准；1991～1992年，GrandJunction公司开始开发100Mb/s以太网，1995年IEEE通过了快速以太网标准，自[DIX80]后，以太网第一次速度升级。1998~今：1996年，IEEE802.3成立千兆以太网标准开发组，1998年完成并同过了该标准，以太网第二次提速；1999年，IEEE成立高速研究组HSSG致力于万兆以太网标准的研究，2002年完成并通过了该标准，以太网第三次提速。第三章以太网技术3.1.2全双工交换式以太网从共享介质到专用介质：由同轴电缆向双绞线、光纤布线转换。从共享LAN到专用LAN：由集线器HUB向交换机转换，消除冲突域。交换机核心结构：交换矩阵，交换带宽＝M（端口带宽）×N（端口个数）。模块模块模块模块3.1.3交换机功能构件透明网桥自协商机制访问端口端口管理访问端口上行端口端口管理端口管理

地址转发表MAC地址;端口;状态;过滤;VLAN;…转发、学习生成树检查、过滤交换矩阵VTP第三章以太网技术3.2以太网接线标准标准名称介质类型全双工支持10BASE550欧同轴电缆（粗）否10BASE250欧同轴电缆（细）否10BASE-T2对3/4/5类UTP是10BASE-FL2路光纤（62.5μm）是10BASE-FB2路光纤（62.5μm）否10BASE-FP2路光纤（62.5μm）否10ROAD3675欧同轴电缆否100BASE-TX2对5类UTP或STP是100BASE-FX2路光纤（62.5μm）是100BASE-T44对3类UTP否100BASE-T22对3/4/5类UTP是1000BASE-SX2路光纤（62.5/50μm）是1000BASE-LX2路光纤（62.5/50/10μm）是1000BASE-CX2对STP（25m）是1000BASE-T4对5类UTP是第三章以太网技术3.2.1100BASE-FX非归零反转码：如果传输的数字是1，则进行高低电平跳转；如果传输的数字是0，则不进行高低电平跳转。011010001＋－4B/5B编码：每4位比特的数据用一个5位比特的码组表示。每个码组中至少有2次电平转换（2个“1”）；连续“0”排列不超过2个。0000011110100010100120010101003001110101401000101050101010116011001110701110111181000100109100110011A101010110B101110111C110011010D110111011E111011100F1111111013.2.2100BASE-T48B/6T编码：采用每8个比特数据映射为一个6比特三进制符号组成的码组。011010001＋0－00＋－00＋－010＋－＋－002＋－0＋－003－0++－004－0＋0＋－0E－＋0－0＋0F＋0－－0＋58＋＋＋0－－59＋＋＋－0－5A＋＋＋－－0MLT-3码：使用3种不同的电平信号。加权求反平衡规则：码组每个符号位相加计算权值，如果前一码组和当前码组的权值都为1，则当前码组求反；接收方进行类似的加权求反处理。使用4对3类UTP：采用特殊编码标志帧开始和结束；用3对线同时发送数据，1对线报告冲突；数据字节按循环方式分配给3对线。8B8B

8B6T6T6T8B8B

8B6T6T6T1#2#3#4#发送方接收方第三章以太网技术3.2.31000BASE-X（802.3z）8B/10B编码：对每8位比特的数据字节用10个比特的码组表示。流动不等量RD：10位码组按前6位子串和后4位子串构成一个流动不等量，如果某个子串在其RD－中“0，1”不平衡，则在其RD＋中对该子串求反。hexRD－RD＋hexRD－RD＋001001110100011000101101011101010010001010110E011100101101110001005711101001010001010101选码：按照0、1平衡原则，为码组流选择合适的RD－或RD＋组成信息码流。3.2.41000BASE-T（802.3ad）8B1Q4编码：将8比特的字节转换为4个有5种电平值的码组（An,Bn,Cn,Dn)，n为序列周期，即转换不仅与源字节数字有关，也与字节在字节流中的顺序位置有关。使用4对UTP：采用4对线同时全双工通信传输。250Mb/s250Mb/sTRTRTRTRTRTRTRTR转换步骤：1)对输入的字节加入一个特殊位进行置乱计算，得到一个9位字，以使生成的位流不会对双工传输的一对双绞线产生很强的干扰。2)查找9位到4符号码组的映射表，即8B1Q4编码。例如：000000000＝[0，0，0，0]；000000001＝[－2，0，0，0]；000000010＝[0，－2，0，0]；000000011＝[－2，－2，0，0]；010000000＝[0，0，＋1，＋1]；010000001＝[－2，0，＋1，＋1]3）利用公式，调整某些符号，使传输线上的“＋”、“－”平衡。第三章以太网技术3.3以太网透明网桥3.3.1转发与学习帧的错误校验以及过滤的限制查询逻辑开始结束转发表有目的MAC？向除了X外的端口转发或者向上行端口转发目的端口Y＝X？向端口Y转发更新转发表定时器转发表有源MAC？将源MAC和端口号添加到转发表中。丢弃帧帧正确地从端口接收？NoNoNoNoYesYesYesYes存储转发模式进行完全的错误校验、报文过滤和速率转换；直通式模式接收到目的MAC地址后即开始转发；碎片避免模式采用直通方式转发大于64字节的数据帧；智能模式通过帧错误率在存储转发和直通模式间切换；核心交换机可侦听网络内主机和路由器的ARP广播流，建立自己的IP地址到MAC地址映射表；学习到的新的转发信息被分布到所有端口模块的转发引擎，转发决策通过位于端口模块的多个分布转发引擎独立完成。第三章以太网技术3.3.2生成树协议STP广播风暴：生成树协议：定义一个覆盖交换域（子网）中所有交换机的树，强迫某些冗余链路进入备份（阻塞）状态；一旦有链路失效，重新配置生成树，激活阻塞的链路。工作步骤：1）选举根网桥；

2）发现根通路；

3）监测网络拓扑；

4）改变端口状态。

BOOTBPDU内容：目的MAC地址＝0180C2000000;源MAC地址＝目的服务访问点＝42；源服务访问点＝42；控制字段＝03；协议标识符＝0000版本＝类型＝00（配置消息）/80（拓扑变化）；根标识符＝优先级＋MAC地址根路径费用＝发送消息网桥标识符＝优先级＋MAC地址；发送端口标识符＝优先级＋端口号；消息寿命＝最大期限＝Hello时间＝转发延时＝根交换机向邻居发出一个“配置”BPDU；收到“配置”BPDU的交换机将接收端口设置为根端口，更改BPDU（加入自己通往根的费用，设自己为发送消息的网桥），再向除根端口外的邻居转发该BPDU。如果交换机从多个端口收到“配置”BPDU，则说明存在冗余链路；交换机选择根费用最低的端口作为本机的

根端口，并将其他几个收到“配置”BPDU的端口设为“阻塞”状态；类似的修改BPDU，继续传递该BPDU。发现拓扑变化的交换机向指定网桥（根端口）发送“变化”BPDU，等待；收到“变化”BPDU的交换机发送确认消息，同时继续向自己的指定网桥传递该“变化”BPDU；传递一直到根交换机，根除了改变配置信息，还重新发出“配置”BPDU。交换机根据新的“配置”BPDU，改变对端口的配置。开始，所有交换机都将自己设为根，并把自己根标识符的BPDU泛洪出去；如果交换机收到一个有更低标识符的BPDU，则修该根网桥信息。这样，通过交换BPDU就可以选举出根网桥。第三章以太网技术3.4流量控制与自协商机制3.4.1以太网流量控制丢帧的影响：整个网络吞吐量随着帧丢失率迅速下降。帧丢失率最好吞吐量比率超时＝10s超时＝5s超时＝1s超时＝100msMAC控制层：IEEE802.3MAC控制结构及其帧格式增加了流量控制。物理层数据链路层网络层传输层会话层表示层应用层MAC介质访问控制MAC控制MAC客户端（网桥，LLC）OSI模型PAUSE功能：在全双工以太网链路实现流量控制，使用MAC控制帧。PAUSE操作：实现“停－启”形式的流量控制。PAUSE配置：1）手工配置；2）自动协商机制配置。如果某个设备需要阻止帧的到来，它发送一个带有等待时间PAUSE帧；对方设备收到该PAUSE后，按照其中的时间参数暂停发送帧；暂停时间计时满后，继续正常的帧传输；如果希望对方提前结束暂停状态，可发送等待0时间参数的PAUSE帧来激活对方。PAUSE实现：1）在发送队列中插入PAUSE帧。

2）对收到的PAUSE帧进行语法分析。

3）PAUSE时序。

4）流量缓冲。流量控制：1）缓冲区阈值。

2）PAUSE时间的选取。

3）对称性（单向控制、双向控制）。第三章以太网技术3.4.2以太网自协商机制目的：让计算机和交换机相互确定对方的能力，并把它们自己设置为“最高公共体”——双方共同支持的最大功能集合。自协商协议功能：1）检查和控制接口；

2）双绞线的技术能力；

3）对流量控制的协商；

4）确定主/从定时器；

5）双绞线电缆的并行检测；

6）通过双绞线交换协商数据。0123456789101112131415基本页信息报文类型10BASE-T半双工10BASE-T全双工100BASE-TX半双工100BASE-TX全双工100BASE-T4半双工流控制支持远程故障指示确认下一页指示保留0123456789101112131415基本页信息报文类型全双工半双工PAUSE非对称方向远程故障1确认下一页指示保留远程故障21000BASE－X接口的自协商相同类型接口间的数据交换包括：

1）全双工或半双工能力：

2）流量控制机制；

3）远程故障状况；

4）厂商产品的相关数据。3.5优先级管理与链路聚合3.5.1以太网信息流优先级优先级分配管理：1）由（核心）交换机完成对输入帧的确认、分类和优先级分配；2）由终端系统完成对帧的确认、分类和优先级分配。802.1p：在链路层定义优先级。目的MAC源MAC协议标志类型数据CRC3112优先级VLAN_ID7保留6交互式语音5交互式多媒体4多媒体流3实时控制数据2标准信息流1后台数据0尽力而为实现过程：第三章以太网技术边缘交换机核心交换机虚链路MACMAC1端口AMAC2端口BMAC3端口CMAC4端口D第三章以太网技术3.5.2链路聚合目的：把一组传输链路聚合起来，形成一条更高速率的虚链路或主干链路。链路聚合子层：也属于MAC控制子层。链路聚合控制协议LACP与每条真实的链路独立协商，对输出帧进行调度，对接收帧排序并转交给高层应用。聚合虚链路：聚合后的虚链路必需有自己的MAC地址。链路聚合消息：使用的参数大多来自于生成树协议，同时要为每个端口指定一个“关健字”。目的MAC地址＝0180C2000002协议类型＝8809本地系统标识符＝优先级＋MAC地址本地端口标识符＝优先级＋端口号分配给端口的关键字＝本地状态标志＝同伴系统标识符＝优先级＋MAC地址同伴端口标识符＝优先级＋端口号分配给同伴端口的关键字＝同伴系统状态＝计时器信息链路聚合：将对方交换机中某一关键字组的端口与自己某一关键字组的端口聚合，允许关键字交叉聚合。关键字1关键字2关键字3活动聚合链路备份聚合链路帧调度方式：1）循环法（Round-Robin）；

2）HASH散列法（802.3ad）。会话：将需要按顺序传输的帧组成一个会话，特定会话中的所有帧都经过同一条链路按顺序传输，不属于会话的帧分布到所有链路。会话转移：为处理链路失效或负载均衡，可以进行会话迁移。向源链路发送特殊消息，告诉同伴终止该链路上的会话；受到确认后，在另外一条链路上建立会话传输。F1F2F3F4F5F6FC1F1F3F2F4F5FC1FC1FC2第三章以太网技术3.6虚拟局域网虚拟局域网：将分布在不同地理位置上的终端组织在一起，形成一个逻辑上的子网（广播域），该子网为一个VLAN。3.6.1VLAN划分方法交换机端口组；MAC地址组；IP地址；组播地址。3.6.2VLAN标识802.1Q：在以太网帧加入4个字节来标识一个VLAN。目的MAC源MAC8100TCI数据CRC3bits112bitsVLAN_IDCisco采用不改变原以太网帧格式，而是在帧前面加入26个字节的头，以及在帧最后加上4个字节尾部的方法来标识一个VLAN。12345678SwitchAVLAN1VLAN2B3.6.3虚网成员的自动登记GVRP：基于GARP的工作机制，维护交换机中的VLAN成员的动态注册信息，并传播该信息到其它的交换机中。GARP消息：消息类型有三类，分别为Join、Leave和LeaveAll。作用：当一个GARP应用实体希望其它交换机注册自己的某属性信息时，将对外发送Join消息。当一个GARP应用实体希望其它交换机注销自己的某属性信息时，将对外发送Leave消息。每个GARP应用实体启动后，将同时启动LeaveAll定时器，当超时后将对外发送LeaveAll消息。GARP应用实体的协议数据报文的目的MAC地址都是特定的组播MAC地址。支持GARP特性的交换机在接收到GARP应用实体的报文后，会根据其目的MAC地址加以区分并交给不同的GARP应用（如GVRP或GMRP）去处理。

12345678Switch1AVLAN1VLAN212345678Switch2VLA