数据链路层与交换机.ppt

1 2 网络和路由交换基础 Network and route switch foundation 3 网络和路由交换基础课程结构 网络络技术术基础础 物理层层 数据链链路层层与交换换机 计计算机网络层协议络层协议 静态态路由与配置 RIP路由协议协议 传输层传输层 与应应用层协议层协议 网络和路由交换基础 广域网技术术 4 第3章 数据链路层与交换机 掌握数据链路层的功能 了解以太网帧格式 了解交换机的数据转发原理 熟悉Cisco交换机的几种操作模式 5 数据链路层 p位于网络层与物理层之间 物理层物理层 数据链路层数据链路层 网络层网络层 数据链路层协议 比特（Bit ） 帧（Frame ） 包(Packet） 主机A主机B数据单元 数据链路层的功能 6 数据链路层的功能 p数据链路的建立、维护与拆除 p帧包装、帧传输、帧同步 p帧的差错恢复 p流量控制 数据链路层的功能（续） 7 以太网工作在数据链路层 物理层物理层 数据链路层数据链路层 网络层网络层 物理层协议 数据链路层协议 网络层协议 比特 帧 包 1 2 主机A主机B数据单元层 以太网 以太网 8 以太网的发展 20世纪70年代 由Xerox公司联合Intel和DEC公司 开发出以太网 1973年传输速率 3Mb/s（实验室） 1980年传输速率 10Mb/s 1990年出现双绞线介质的以太网 1992年传输速率 100Mb/s 1998年传输速率 1000Mb/s 9 CSMA/CD 载波监听多路访问冲突检测 以太网采用CSMA/CD避免信号的冲突 工作原理 p发送前先监听信道是否空闲， 若空闲则立即发送数据。 p在发送时，边发边继续监听 p若监听到冲突，则立即停止发送 p等待一段随机时间（称为退避） 以后， 再重新尝试 以太网采用CSMA/CD 10 以太网采用CSMA/CD（续） 11 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 以太网地址 p6字节（48位），首位为0 p前24位是 IEEE（电气和电子工程师协会）对供应商标识符 p后24位是 供应商对网卡标识符 IBM 24比特 （供应商标识） 24比特 （供应商对网卡的唯一编号） 对于目的地址： 0物理地址（单播地址） 1逻辑地址（组播地址） 以太网MAC地址 例如：00061be3936c 12 以太网帧格式 IEEE802.3帧格式（1997） p前导码： 10101010, 10101010, 10101010, 10101010, 10101010, 10101010, 10101010, 10101011(帧启始定界符) p目标地址源地址：接收端发送端网卡地址，各6字节 p长度/类型：数据帧的说明信息，2字节 p数据信息：461500字节 p帧校验码：用来检错，4字节 13 以太网的命名方法 n- 信号- 物理介质 pn - 传输速度（Mb/s） p信号 - 传输方式 基带 - base 宽带 - broad p物理介质 - 传输距离、介质 p例如：10Base-2、100BASE-TX 14 以太网使用什么算法来避免冲突？工作原理是 什么？ 以太网帧的长度范围是多少？ 阶段练习 15 以太网交换机 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，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 Cisco Catalyst 6500 系列交换机 Cisco Catalyst 3750-E 系列交换机 16 交换机数据转发原理 MAC地址列表 学习、转发、过滤功能 Switch PC 1 File Server PC 2 HubHub PC A PC B Web Server PC 甲 PC 乙 17 11 B 334422 AABB A 端口1 端口1 端口2 端口2 data 端口3端口3 主机11给主机33发送一个数据帧： 目标地址：33 源地址： 11 交换机数据转发原理（续） 18 A MAC地址端口号 v 交换机A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 交换机数据转发原理（续） 19 11 B 334422 AABB A 端口1 端口1端口2data 端口2 端口3端口3 data 交换机数据转发原理（续） 20 交换机B在接收到数据帧后，执行以下操作： p交换机B查看MAC地址表 p交换机B学习源MAC地址和端口号 p交换机B向所有端口广播数据包 主机22，查看数据包的目标MAC地址不是自己，丢弃数据包 B MAC地址端口号 11 3 22 data 交换机数据转发原理（续） 21 B 334422 AABB A 端口1 端口1端口2 data 端口2 端口3端口3 data 11 data 交换机数据转发原理（续） 22 主机33，接收到数据帧 主机44，丢弃数据帧 33 44 data data 在这个过程中，交换机的 MAC地址表中没有需要的条 目，交换机通过广播的方式， 转发了数据帧 交换机数据转发原理（续） 23 B 334422 AABB A 端口1 端口1端口2 端口2 端口3端口3 data 11 这时，主机44要给主机11发送一个数据 帧： 目标地址：11 源地址： 44 交换机数据转发原理（续） 24 B MAC地址端口号 11 3 交换机B在接收到数据帧后，执行以下操作： p交换机B学习源MAC地址和端口号 p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3 44 2 交换机数据转发原理（续） 25 A MAC地址端口号 11 1 交换机A在接收到数据帧后，执行以下操作： p交换机A学习源MAC地址和端口号 p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11，收到数据帧 44 3 交换机数据转发原理（续） 26 B 334422 AA BB A 端口1 端口1端口2 端口2 端口3端口3 11 data 在这个过程中，交换机的 MAC地址表中已经学到了需 要的条目，交换机通过单播的 方式，转发了数据帧 交换机数据转发原理（续） 27 交换机数据转发原理（续） 交换机最终的MAC地址表 A MAC地址端口号 11 1 44 3 22 2 33 3 MAC地址端口号 11 3 44 2 22 3 33 1 B 28 转发 p交换机根据MAC地址表单播转发数据帧 学习 pMAC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 p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 p交换机MAC地址表的老化时间是300300秒秒 p交换机如果发现一个帧的入端口和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 交换机数据转发原理（续） 29 单工 p只有一个信道，传输方向只能是单向的 半双工 p只有一个信道，在同一时刻，只能是单向传输 全双工 p双信道，同时可以有双向数据传输 AB AB AB 单工、半双工与全双工 30 冲突与冲突域 如果冲突过多，则传输效率就会降低 . . . . . . 主机A主机B主机C 冲突域 31 分割冲突域 为了提高传输效率，分割冲突域 . . . . . . 冲突域1冲突域2 冲突域3 32 冲突域与广播域 广播域指接收同样广播消息的节点的集合 p如：在该集合中的任何一个节点传输一个广播帧，则 所有其他能收到这个帧的节点都被认为是该广播帧的 一部分 交换机分割冲突域，但是不分割广播域，即交换 机的所有端口属于同一个广播域 . . . . 广播域 广播域 冲突域 冲突域 广播 33 交换机背板交换矩阵结构 交换机的每个端口访问另一个端口时，都有一条 专有的线路，不会产生冲突 ASIC：专用集成电路 34 交换机内部交换方式 存储转发 p接收帧的所有部分，再发送。 缓存 交交换机换机 发送发送 接接收收 FCS校验 35 交换机内部交换方式 （续） 快速转发 p接收帧头的目的地址，就开始发送。 交交换机换机 发送发送 接接收收 直接发送直接发送 36 交换机内部交换方式 （续） 分段过滤（Fragment Free ） p接收帧的64字节后，发送。 交交换机换机 发送发送 接接收收 冲突 检测 收到收到6464字字 节后节后发发送送 37 交换机产品介绍 产品编号 说明 Cisco Catalyst 3750系列 WS - C3750 - 24TS24个以太网10/100端口和2个SFP上行链路端口 WS - C3750G - 24T24个以太网10/100/1000端口 WS - C3750 - 48PS48个以太网10/100端口和4个SFP上行链路端口 WS - C3750G - 48TS48个以太网10/100/1000端口和4个SFP上行链路端口 WS - C3750G - 16TD 16个以太网10/100/1000端口和1个万兆以太网(GE) SFP上 行链路端口 38 Console电缆 交换机的访问方法 超级终端 39 硬件平台 设备MAC地址 从FLASH中加载IOS 交换机的启动 40 IOS版本信息 交换机的启动（续） 41 交换机的配置模式 用户模式：Switch 特权模式：Switch enable Switch# 全局配置模式：Switch# config terminal Switch(config)# 接口配置模式：Switch(config)# interface fa0/1 Switch(config-if)# 线路配置模式：Switch(config)# line console 0 Switch(config-line)# 42 什么是冲突域？什么是广播域？ 交换机的3种交换方式各有什么优缺点？ 阶段练习 43 配置交换机 44 配置主机名 Switch enable Switch# config terminal Switch(config)# hostname Huayu-sw1 Huayu-sw1(config)# 45 查看交换机的配置 Huayu-sw1# show running-config version 12.1 no service pad service timestamps debug uptime service timestamps log uptime no service password-encryption ! hostname HuaYu-sw1 46 配置enable明文口令 Huayu-sw1(config)# enable password Cisco Huayu-sw1(config)# exit Huayu-sw1# show running-config version 12.1 no service pad no service password-encryption ! hostname Huayu-sw1 ! enable password Cisco 47 检验enable口令的作用 Huayu-sw1# exit Press RETURN to get started. Huayu-sw1 enable Password：Cisco Huayu-sw1# 48 配置enable加密口令 Huayu-sw1(config)# enable secret ciscolab Huayu-sw1(config)# exit Huayu-sw1# show running-config version 12.1 no service pad service timestamps log uptime no service password-encryption ! hostname Huayu-sw1 ! enable secret 5 $1$e1k3$tmDh/6EG9c5enGXDjjj7j/ enable password Cisco 49 检验enable加密口令的作用 Huayu-sw1# exit Press RETURN to get started. Huayu-sw1 enable Password：ciscolab Huayu-sw1# 50 配置Console登录口令 Huayu-sw1(config)# line console 0 Huayu-sw1(config-line)# password 123 Huayu-sw1(config-line)# login Huayu-sw1# show running-config interface Vlan1 ! ip http server ! line con 0 password 123 login 51 登录口令的输入 Switch con0 is now available Press RETURN to get started. User Access Verification Password：123 Switch enable Password：ciscolab Switch# 52 查看MAC地址表 Huayu-sw1# show mac-address-table Mac Address Table - Vlan Mac Address Type Ports - - - - All 000d.28be.b640 STATIC CPU All 0100.0ccc.cccc STATIC CPU All 0100.0ccc.cccd STATIC CPU All 0100.0cdd.dddd STATIC CPU 1 0013.8044.ff40 DYNAMIC Fa0/2 1 0013.8044.ff41 DYNAMIC Fa0/8 Total Mac Addresses for this criterion: 6 53 使用CDP协议 Huayu-sw1# show cdp ? entry Information for specific neighbor entry interface CDP interface status and configuration neighbors CDP neighbor entries traffic CDP statistics | Output modifiers 54 使用CDP协议（续） Huayu-sw1# show cdp neighbors Capability Codes: R - Router, T - Trans Bridge, B - Source Route Bridge S - Switch, H - Host, I - IGMP, r - Repeater, P - Phone Device ID Local Intrfce Holdtme Capability Platform Port ID R1 Fas 0/19 139 R 2621XM Fas 0/0 f0/0 R1 f0/19 55 使用CDP协议（续） Huayu-sw1# show cdp neighbors detail - Device ID: R1 Entry address(es): IP address: Platform: cisco 2621XM, Capabilities: Router Interface: FastEther