TB000002 以太网原理ISSUE1.0.ppt

1,tb000002 光网络metro-以太网原理 issue1.0,2,了解以太网物理层的工作过程 了解二层组播协议和生成树协议的工作过程 掌握802.1q帧格式和各个字段的含义 掌握以太网口自协商的原理,学习目标,3,内容提要,以太网物理层,以太网数据链路层,以太网交换机,vlan,千兆以太网,二层组播,生成树协议,4,起源 起源于xerox公司的一个实验网，该网络的 经验是xerox,dec,intel1980年提出的以太网 建议的基础。 目标 简明和成本低 寻址灵活 公平高速 稳定和低延迟,起源和目标,5,10base2 10base5 10base-t 100base-tx 100base-fx 100base-t4 100base-t2,物理层标准,6,任一时刻只能接收或发送 采用csma/cd访问机制 物理上有距离限制,半双工物理层,7,同一时刻可以发送和接收 最大吞吐量达到双倍速率 从根本上消除了半双工的物理距离限制,全双工物理层,8,双工方式,运行速率,全双工 半双工,10m 100m 1000m 10g,8种组合,自动协商,9,使用1ms的脉冲来携带自动协商信息。,16ms,每个大脉冲插入16小脉冲,自动协商实现基础,10,系统加电的时候，检测自动协商 标志，如果允许，则从配置寄存 器读出支持模式标志，编码后通 过空闲脉冲发送出去。发送出去 的编码格式称为基页。 如果接收到对方的基页，则跟自 己发送的基页比较，找出支持能 力的交集，选取最优组合运行。,双工模式,运行速率,流量控制,.,101001010111000101001101010101.,编码支持能力,11,运行速率,双工模式,100m 10m,全双工 半双工,运行速率,双工模式,100m 10m,全双工 半双工,100m，全双工,协商原则,12,它只能连接一种类型的物理线路,集线器i类,13,可以连接不同的物理介质 相当于一条高速总线，使用csma/cd方式工作。,集线器ii类,14,内容提要,以太网物理层,以太网数据链路层,以太网交换机,vlan,千兆以太网,二层组播,生成树协议,15,网络层,数据链路层,物理层,llc子层,mac子层,数据链路层位置和结构,16,半双工mac跟物理层之间至少有六种信号： 接收数据线 发送数据线 接收数据指示 发送数据指示 载波侦听 冲突发生,halfduplexmac,physical_layer,数据线,指示信号,冲突和检测信号,mac子层半双工mac（csma/cd）,17,全双工mac跟物理层之间至少有四种信号： 接收数据线 发送数据线 接收数据指示 发送数据指示,halfduplexmac,physical_layer,数据线,指示信号,mac子层全双工mac,18,针对不同的物理介质提供不同的mac层面来访问。 针对不同的双工模式，ethernet划分为半双工mac和全双工mac。,mac子层,tokenringmac,ethernetmac,fddimac,halfduplexmac,fullduplexmac,mac子层位置,19,llc子层,mac子层,dsap,ssap,control,8bit,8bit,8/16bit,dmac,smac,length,llc,data/fcs,ieee802.3帧结构,llc子层帧结构和服务,dsap（目的服务访问点） ssap（源服务访问点） control(控制字段),20,ethernet_ii,dmac,smac,length/t,data/pad,fcs,length/type值,含义,length/t 1500 length/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,dmac:目的终端的mac地址；smac：源终端的mac地址； data/pad则是具体的数据 fcs则是帧校验字段，来判断该数据帧是否出错,21,内容提要,以太网物理层,以太网数据链路层,以太网交换机,vlan,千兆以太网,二层组播,生成树协议,22,.,rx tx,rx tx,接 收 缓 冲 区,发 送 缓 冲 区,高速背板总线,物理接口,交换机工作过程： 1. 接收数据并缓冲； 2. 缓冲发送的数据； 3. 利用总线完成接口交换。 注意： 发送缓冲区要比接收缓冲区 大。,交换机基础结构,23,交换机维持一个cam（中央地址存储器）表，这个表决定交换机的转发过程。 每接收到一个mac帧，则剥取源mac建立cam项，然后向所有端口转发该帧。,mac,出口集合,1234.abcd.0001 1234.abcd.0002 1234.adcb.0005 . .,1 2 3 . .,交换机工作过程学习,24,交换机接收到数据帧后，根据目的 地址查询cam，找到出口后，把 数据包从该出口集合发送出去。 在单播的情况下，出口列表集合只 有一个元素，但在多播情况下，出 口列表集合就可能不只一个元素。 caution： 多播情况下，cam表项的建立不是 通过学习得到的，而是通过igmp 窥探，cgmp等协议获得的。,1234.abcd.0001,1234.adcb.0005,mac,出口集合,1234.abcd.0001 1234.abcd.0002 1234.adcb.0005 . .,1 2 3 . .,交换机工作过程转发,25,内容提要,以太网物理层,以太网数据链路层,以太网交换机,vlan,千兆以太网,二层组播,生成树协议,26,划分vlan的目的： 抑制广播 安全性考虑 管理方便 vlan划分方式： 基于端口 基于mac地址 基于第三层协议,vlan基本概念,27,可以通过配置的形式明确指定 端口所属的vlan。 特点： 配置简单 含义明确 与实际联系紧密 应用广泛,划分方式基于端口,28,通过mac地址指定端口的vlan， 需要服务器和客户端的支持。 特点： 安全性高 配置比较烦琐,1234.abcd.0001 100 1234.abcd.0002 200 1234.abcd.0003 100 1234.abcd.0004 200 . .,server,1234.abcd.0001,1234.abcd.0003,划分方式基于mac地址,29,实际应用中，vlan往往跨越多个 交换机。这时候，需要交换机的某 些端口有特殊的能力。,1234.abcd.0001,1234.abcd.0003,跨越交换机的vlan,30,两个交换机间用来传递vlan通信的 链路称为trunk。 在tag链路上传输的帧携带vlan id， 用来正确的区分帧所属的vlan。,1234.abcd.0001,1234.abcd.0003,trunk链路,trunk链路,31,在tag链路上传输这种类型的帧， 对端交换机根据802.1q中的vlan id来区分正确的vlan,然后向该 vlan包含的端口转发.,d_addr,s_addr,802.1q,l/t,data,type,pri/cfi/vid,name,vlue,type pri cfi vid,8100 优先级 用于环形结构网络 vlan id,802.1q帧格式,32,端口类型,类型含义,tag 非tag,能接收包含vlan id帧的端口,常用作 交换机间连接 不能识别vlan id 帧,用来连接终端 既能识别标记帧,又能 接收非标记帧,有一个 默认vlan用于接收到 的非标记帧.,链路类型,类型含义,tag access,交换机间链路,传输 的帧携带vlan信息 ,如果在该链路上接收 到不包含vlan信息 的帧,则按照配置动作. 不能识别包含vlanid 的帧,连接终端.,交换机端口类型和交换机间链路类型,混合,33,如果没有服务质量保证， 关键性业务可能因为得 不到带宽而受影响,以太网qos保证,34,三比特的优先级字段,802.1q帧格式，为实施带优先级的服务提供了基础,高优先级数据包,低优先级数据包,以太网qos保证,d_addr,s_addr,802.1q,l/t,data,type,pri/cfi/vid,35,优先级,队列,0 1 2 3 4 5 6 7,1,2,优先级,队列,0 1 2 3 4 5 6 7,1,2,3,优先级跟交换机发送队列的对应关系,36,内容提要,以太网物理层,以太网数据链路层,以太网交换机,vlan,千兆以太网,二层组播,生成树协议,37,01010101 10101010 .,0101010101 1010101010 .,链路层,物理层,千兆以太网物理层8b10b编码,38,8b10b不对称影射 10b：1024种组合 8b： 256 种组合 数据代码组 特殊代码组 保留代码组,代码组,39,特殊代码组,特殊代码组,有序集,有序集,链路层数据,有序集,把数据封装在有序集中进行传输,一个或多个特殊代码组的整体是有序集， 有序集是特殊代码 的组合 有序集是个整体 在传输链路层数据的时候，在数据前后添加有序集，指示传输的开始,有序集和数据封装,40,start_of_packet 在传输具体数据的开始，发送该有序集。 idle 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,有序集示例,41,大量数据,pause帧,流量控制,42,终端设备把自己支持的能力编码到上述形式的基页中， 发送给对方，相互比较，按照最优的原则选择运行方式。,自动协商,43,内容提要,以太网物理层,以太网数据链路层,以太网交换机,vlan,千兆以太网,二层组播,生成树协议,44,媒体流服务器,媒体流接收端,概念,45,内容提要,以太网物理层,以太网数据链路层,以太网交换机,vlan,千兆以太网,二层组播,生成树协议,46,为了提高冗错性，交换机往往通过多条链路连接上层交换机，假设其中一条链路断了，可以有另外一条备用。,冗余链路,47,这时候，如果交换机接收到一个广播包，则向所有两条上行链路上转发，核心层交换机接收到以后，互相转发，这样最终形成环路，带来网络风暴。,冗余链路带来的问题,48,stp协议把该端口阻塞,生成树协议,49,stp运行的最终结果就是生成一棵无环树来充当转发路径。,root,无环数,50,交换机优先级 端口成本 端口优先级 根交换机 根端口 指定交换机 指定端口 交换机标识,root,生成树协议基本概念,51,交换机复位，从各端口发送bpdu包，进行根交换机的选举。最后具有