华为技术培训教程-数据特性原理-以太网原理.ppt

2007-3-20,数据特性原理-以太网原理,Page2,学习指南,本课程的重点MSTP数据特性关键技术(重点)以太网基础知识(重点)EOS组网应用讲解(重点),Page3,内容介绍,数据特性简单理解MSTP关键技术以太网基础知识以太网组网应用讲解常见以太网功能,Page4,采用分层结构，每层都定义了相应的封装格式数据特性采用分层结构。每个层次都有相应的封装格式，把需要通信的信息封装成不同的格式。这些封装的格式就是每一层的PDU(programdataunit)。每一个通信层都对相应的PDU进行处理每层的PDU封装都会包含对象(地址)的标示信息。根据对PDU封装里的对象(地址)的判断可以确定目的对象(地址)，这是TCP/IP(TransmissionControlProtocol/InternetProtocol)数据通模型的寻址方式。,数据特性具备什么样的要素,Page5,数据特性分层结构,SDH传输和TCP/IP(TransmissionControlProtocol/InternetProtocol)的基本要素是一致的，可以把两者合到一个通信技术的模型里,应用层,应用层,传输层,网络层,网络层,传输层,数据链路层,数据链路层,SDH层,SDH层,应用层,传输层,网络层,数据链路层,帧,每个层次有每个层次的协议，独立工作又相互关联。以太网技术属于TCP/IP协议的数据链路层技术。,Page6,Payload,Data,Payload,IPHeader,+,VLANHeader,+,Payload,MACHeader,+,Payload,MPLSHeader,+,Payload,SDHHeader,Payload,GFPHeader,+,FCS,+,数据特性分层结构各层之间的封装格式关联关系,采用分层结构，有利于功能的扩展。有意思的是:SDH帧开销预留很多开销字节;而数据通信采用添加开销字节的方式。,Page7,TDM统计复用SDH传输采用时分复用的带宽分配方式，保证了业务良好的Qos(QualityofService)，但带宽利用率不高;数据特性采用统计复用，只在需要的时候占用带宽资源，可以实现带宽资源共享，但业务的Qos不能很好的保证。同步异步SDH传输依靠时隙作为寻址手段，要求同一连接的数据必须周期性出现，全网严格同步;数据特性利用PDU封装携带寻址信息，不需要同一连接的数据周期性出现。帧长度固定变长SDH帧字节数为固定长度和固定格式;而数据特性根据功能和层次不同，其帧结构在一定范围里变化。,SDH传输和数据特性技术的主要差异对比,Page8,内容介绍,数据特性简单理解MSTP关键技术以太网基础知识以太网组网应用讲解常见以太网功能,Page9,GFP（GenericFramingProcedure）封装技术提供了将以太网突发、不定长的业务流适配到SDH传输网络的一种通用机制。级联技术将同一种粒度的虚容器做为一个更大的容器，形成VCG虚级联组(VirtualConcatenationGroup),为数据业务提供更高和更多规格的带宽。LCAS(LinkCapacityAdjustmentScheme)技术为数据业务提供带宽灵活、动态调整解决方案的技术。同时，提供一种容错机制，增强虚级联的健壮性。,MSTP的关键技术,Page10,GFP通用成帧技术,提供了将高层用户信息流适配到传送网络的一种通用机制。以太网信号是突发、不定长的，与要求严格同步的SDH帧有很大的区别，因此需要采用合适的封装技术来完成从以太网到SDH之间的帧映射，以太网单板常采用GFP/LAPS/PPP三种封装协议。GFP标准化程度高，是以太网封装协议发展方向。,Page11,GFP的两种工作模式：GFP-F（Frame-MappedGFP）是一种面向PDU（如IP/PPP、Ethernet）的处理模式GFP-T（TransparentGFP）是一种面向数据编码块（如FibreChannel、ESCON）的处理模式,GFP的两种工作模式,Page12,映射技术,级联技术：级联的目的：利用SDH网络传送大颗粒业务；实现带宽按需配置。现有的传输网中最大的虚容器是VC-4，能够传输的业务带宽仅有149Mbps。随着ATMANDIP网络的发展，带宽的需求已超过了VC-4的限制。现在发展起来的几种技术可以使多个VC-4的带宽合并起来提供一个高带宽的界面用于传输宽带业务。以太网业务映射到SDH的级联方式包括相邻级联和虚级联（VC-12-Xc/V、VC-3-Xc/V、VC-4-Xc/V）。,Page13,相邻级联技术,将同一STM-N中的业务颗粒级联成更大业务颗粒，并通过同一STM-N帧传送只有一组POH开销传送过程中需要中间设备的支持,相邻级联实现简单，传输效率高。1、端到端只有一条路径，业务无时延。2、要求整个传输网络都支持相邻级联，原有的网络设备可能不支持，业务不能穿通。,Page14,虚级联技术,通过多路VC-4/VC-3/VC12传送每个VC-4/VC-3/VC12有自己的开销只需要源/宿节点支持，对中间设备是透明的,虚级联应用灵活，只要求收、发两端设备支持即可，与中间的传送网络无关。1、可实现多径传输。2、开销多，传输效率低。3、不同路径传送的业务有一定时延。,Page15,VCTRUNK,虚级联,VCTRUNK可以理解为虚级联的物理通道。对应的标准名称是VCG虚级联组(VirtualConcatenationGroup),虚级联与VCTRUNK的关系,Page16,LCAS（链路容量调整方案）,技术原理：LCAS协议使用H4/K4字节，携带控制信息，在源端和宿端之间进行握手操作。通过源端和宿端的握手协议完成带宽的增加、删除操作，以及失效成员的屏蔽、恢复等操作。功能：按需调整带宽，在链路没有问题的情况下，可以动态地增加和减少VC-trunk内的成员而不影响业务。保护功能：当一部分成员失效时，其它成员仍正常传输数据；当失效成员被修复时，仍能自动恢复虚级联组的带宽，速度快。-按需动态分配以太业务带宽将是未来ION的主要应用之一,Page17,LCAS的定义,LCAS(LinkCapacityAdjustmentScheme)链路容量调整方式。数据业务的增长，对光传输网络提出了更高的要求，包括：要求更大的带宽更短的时间内提供带宽租用业务带宽可调整性，调整的安全性、方便性在更大的带宽需求上，主要提供了虚级联来满足，而虚级联又存在如下缺陷：带宽提供较慢带宽的调整对已有业务产生很大的影响单一通道的损坏对整个虚级联业务产生致命影响LCAS正是为了解决虚级联的上述问题而制定的，即标准G.7042。LCAS提供了带宽灵活、动态调整的解决方案。同时也提供一种容错机制，增强虚级联的健壮性。,Page18,内容介绍,数据特性简单理解MSTP关键技术以太网基础知识以太网组网应用讲解常见以太网功能,Page19,双绞线（10BASE）,10BASE-T10：传输速率为10Mbps；BASE：使用基带信号；T：双绞线；传输距离：3/4/5类非屏蔽双绞线最远100m，5类屏蔽双绞线最远100m100BASE-TX100：传输速率为100Mbps；传输距离：5类非屏蔽双绞线最远100m，5类屏蔽双绞线最远100m10BASE22：细同轴电缆，最大传输距离为185米10BASE55：粗同轴电缆，最大传输距离为500米,Page20,光纤,100BASE-FX100Mbps以太网，单模光纤最远传15km，多模光纤最远传2km1000BASE-SX短波长光纤，1000Mbps以太网，多模光纤最远传220m1000BASE-LX长波长光纤，1000Mbps以太网，多模光纤最远传550m，单模光纤最远传10km,Page21,双工方式,运行速率,全双工半双工,10M100M1000M10G,常见的8种组合,以太网物理层基本技术自协商：,以太网端口工作模式：如果对每个接入网络的设备进行配置，则必然是一项很繁重的工作，而且不容易维护，怎么办？,Page22,运行速率,双工模式,100M10M,全双工半双工,运行速率,双工模式,100M10M,全双工半双工,100M，全双工,协商原则,Page23,与没有自协商机制的设备连接,不使用自协商机制会出现以下情况：无法实现端口的自动双速配置功能（如10Mbit/s和100Mbit/s）无法确定双工工作模式无法确定是否需要流量控制功能,如果对接时一端采用自协商，另一端采用固定模式会出现什么现象？,Page24,光纤上的自协商,对光纤以太网而言，得出的结论是：链路两端的工作模式必须使用手工配置（速度、双工模式、流控等），如果光纤两端的配置不同，是不能正确通信的。千兆以太网的自协商机制已经实现。,Page25,标准以太网帧结构,PRE:先导字节，7个10101010SFD:帧开始标志，10101011,64到1518字节,Page26,以太网的MAC地址形式,MAC地址有48位，但它通常被表示为12位的点分十六进制数MAC地址举例：00.e0.fc.39.80.34MAC地址全球唯一，由IEEE对这些地址进行管理和分配。每个地址由两部分组成，分别是供应商代码和序列号其中前24位二进制代表，该供应商代码，剩下的24位由厂商自己分配。例如华为设备的MAC的前24位就是00.e0.fc如果48位全是1，则表明该地址是广播地址。如果第8位是1，则表示该地址是组播地址。,Page27,以太网基本技术：CSMA/CD（带碰撞检测的载波监听多路访问）,共享介质的灵魂CSMA/CD原理：1、终端设备不停的检测共享线路的状态，只有在空闲的时候才发送数据，如果线路不空闲则一直等待。2、发送过程中，若其他设备也同时发送数据，则其发送的数据必然产生碰撞，导致线路上的信号不稳定，终端设备检测到这种不稳定之后，马上停止发送自己的数据，然后等待一段时间之后再进行发送。,HUB连接的网络就是一个冲突域,解决冲突域办法以太端口的全双工的模式MAC地址学习功能,Page28,交换机内部维护的CAM表（Contentaddressablememorg）：,以太网交换机：MAC地址学习功能,Page29,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,MAC,出口集合,1234.ABCD.00011234.ABCD.00021234.ADCB.0003。,port1port2port3。,基于宿端口的MAC地址转发(交换),Page30,交换机的基于源端口的学习：开始的时候，交换机的CAM表是空的，当交换机接收到第一个数据帧的时候，查找CAM表失败，于是向所有端口（不包括源端口）转发该数据帧，在转发数据帧的同时，交换机把接收到的数据帧的源MAC地址和接收端口进行关联，形成一项记录，填写到CAM表中，这个过程就是学习的过程。交换机学习/转发数据帧的基本规则：1、交换机查CAM表，如果查找到结果，根据查找结果进行转发（不包括源端口）；2、如果交换机在CAM表中查找不到结果，则根据配置进行处理，通常情况下是向所有的端口（不包括源端口）发送该数据帧，在发送数据帧的同时，学习到一条CAM表项。3、向所有端口（不包括源端口）转发多播帧和组播帧。4、交换机一般不对帧格式进行修改。,以太网交换机工作过程,Page31,每个CAM表项提供了一个定时器，该定时器从一个初始值开始递减，每当使用了一次该表项（接收到了一个数据帧，查找CAM表后用该项转发），定时器被重新设置。如果长时间没有使用该CAM表的转发项，则定时器递减到零，于是该CAM表项被删除。此定时器的时间就是老化时间。,CAM表项老化时间,Page32,存储转发(目前基本采用这种方式)把接收到的整个数据帧缓存，检查数据包长度，进行CRC校验然后查询CAM，进行转发。特点：提高了可靠性，可以让数据包提前滤掉，但速度上有折扣。（MSTP）直通方式接收数据帧的时候，只要接收完帧头信息，发上查询CAM表，根据结果直接转发。特点：提高了转发速度，但可能转发一些错误数据包。,以太网帧在设备中的转发方式,Internet,Page33,以太网环路的影响,请分析一下交换原理看看环路对网络的影响！,广播风暴,Page34,1、为什么会出现VLAN（虚拟局域网）？以太网交换机的端口，默认情况下，连接到这些端口的计算机能够无阻隔的进行二层通信。但人们希望某些端口上的计算机不能被其他端口上的计算机访问，就引入VLAN概念。Vlan本意就是虚拟局域网，属于同一个vlan的端口都在一个广播域之内，从而在逻辑上属于同一个网段。可以把交换机上任意数目的端口进行组合，这些组合的端口成为一个封闭的系统，只有连接到该封闭系统的计算机可以二层通信。同时可以抑制广播。2、VLAN如何实现？通过在以太网帧里面加入四个字节，引入VLANID实现。,以太网的VLAN技术基础知识,Page35,VLANTAG是全局参数VLANTAG被以太网报文携带,DA,SA,802.1Q,TYPE,DATA,TYPE,PRI/CFI/VID,NAME,VLUE,TYPEPRICFIVID,8100优先级用于环形结构网络VLANID,4个字节,带VLANID的以太网帧格式,Page36,抑制广播安全性考虑管理方便,以太网VLAN技术的作用,Page37,两个交换设备间传递VLANID信息，区分和隔离不同源的信息需要通信的设备直接VLANID必须相同,VLAN技术的应用场景,工程部A机,市场部A机,工程部B机,市场部B机,转发两个VLANID,Page38,VLAN链路类型,交换机间的链路-干道（Trunk/TAG）链路，主机和交换机间-接入（Access）链路。在Trunk（TAG）链路上传输的帧携带VLANID，用来正确的区分帧所属的VLAN。,Page39,VLANID:以太网帧中所携带的表示该以太网帧所属的VLAN的ID。PVID：对于一个指定的以太网端口，在某些默认情况下属于哪个VLAN。PVID都存在，但只在某些默认情况下才有效。VLAN过滤表：对于一个指定的以太网端口，必须标识出允许那些VLAN通过。即VLAN过滤表中定义的VLAN，当指定的以太网端口属于这个VLAN时，携带该VLANID的以太网报文将被允许通过。,需要关注的VLAN的概念,Page40,以太网端口类型,Page41,以太网端口对VLANID的处理,端口属性,数据,Page42,MPLS(Multi-ProtocolLabelSwitch)技术的引入,VCTRUNK,以太网端口,VCTRUNK,VLAN88,VLAN88,VLAN88,VLAN88,LSP,VLANID不够用了，需要新的隔离方案。MPLS分成三层MPLS技术和二层MPLS技术，以太网类数据业务处理单板采用的是二层MPLS技术即MartinioE方式。,以太网端口,Page43,整个标签长度为32bits（不包括2字节的类型0 x8847）Label：20bits，标签值COS：3bits，服务类型S：1bit，标签栈标识，TunnelLabel的S0VCLabel的S1TTL：8bits，生存时间，默认为64,MPLS帧结构和标签格式,Page44,MPLS的封装格式,Page45,用户的业务共享链路。业务通过MPLS标签进行隔离和区分。基于MPLS标签的带宽共享和转发。,MPLS技术的应用场景,Page46,内容介绍,数据特性简单理解MSTP关键技术以太网基础知识以太网组网应用讲解常见以太网功能,Page47,EPL:以太网私有专线业务,EPLAN:以太网私有局域网业务,EVPL:以太网虚拟专线业务,EVPLAN:以太网虚拟局域网业务,业务概述,Page48,EPL,基本概念,EPL业务分类,EPL（EthernetPrivateLine）以太网私有专线：以太网透传业务，各个用户独占一个VCTRUNK带宽，业务延迟低，提供用户数据的安全性和私有性。,点到点透传业务：端到端基于以太端口透传；外部端口共享透传业务：基于端口和VLANID进行业务透传；VCTRUNK共享透传业务：通过VLANID在VCTRUNK中实现对多业务进行隔离。,Page49,VCTRUNK,VCTRUNK,以太网端口,VLAN55,VLAN55,组网一,单板,单板,VCTRUNK,VCTRUNK,VLAN101,VLAN102,VLAN101,VLAN102,单板,单板,EPL(EthernetPrivateLine)以太网专线业务,组网二,以太网端口,以太网端口,以太网端口,Page50,VCTRUNK,VCTRUNK,VCTRUNK,VLAN10,VLAN10,VLAN11,VLAN12,VLAN11,VLAN12,单板,单板,组网三,EPL(EthernetPrivateLine)以太网专线业务,以太网端口,以太网端口,以太网端口,Page51,组网四,EPL(EthernetPrivateLine)以太网专线业务,Page52,EVPL,基本概念,EVPL（EthernetVirtualPrivateLine）以太网虚拟私有专线：又可称为VPN专线，其优点在于不同业务流可共享VCTRUNK通道，使得同一物理端口可提供多条点到点的业务连接，并在各个方向上的性能相同，接入带宽可调、可管理，业务可收敛实现汇聚，节省端口资源。,Page53,以太网端口,VLAN88,VLAN88,VLAN88,VLAN88,LSP,VCTRUNK(P端口),VCTRUNK(P端口),MPLS/VMAN,单板,单板,transitlsp,transitlsp,组网一,组网二,EVPL(EthernetVirtualPrivateLine)以太网虚拟专线,以太网端口,VCTRUNK(P端口),VCTRUNK(P端口),Ingress/Egress,LSP,Ingress/Egress,VCTRUNK(P端口),VCTRUNK(P端口),MPLS/VMAN,MPLS/VMAN,Page54,EPLAN,基本概念,EPLAN（EthernetPrivateLAN）以太网私有局域网：也称为二层交换业务，实现多点到多点的业务连接。接入带宽可调，可管理，业务可收敛、汇聚。优点与EPL类似，在于用户独占带宽，安全性好。,Page55,EPLAN业务应用,NE1,NE2,NE3,NE4,NE5,PORT1,PORT1,F(1),F(2),PORT1,F(3),VB,PORT1,VCTRUNK1,PORT1,VCTRUNK2,VCTRUNK1,VB,VB,PORT1,VCTRUNK1,两纤双向复用段环,T2000,EPLAN(EthernetPrivateLocalAreaNetwork)以太网私有局域网业务，如功能图所示F公司的3个分部可以相互访问，这时NE3的以太网单板需要完成以太网的二层交换。,Page56,EPLAN相关概念,VB2,VB3,数据单板,PORT,LP1,LP2,LP5,LP6,VCG,VB1,LP4,VB:Virtualbridge，虚拟二层交换机，具有二层交换特性的单板可通过VB来体现。每块数据单板中可以配置N个VB，每个VB包含M个LP，且各个VB之间的数据是隔离的；LP:LogicalPort，逻辑端口。LP端口可以理解为每个VB的端口。,Page57,EPLAN相关概念二层转发过滤表,端口挂接,VLAN过滤表,二层转发过滤表：又称VLAN过滤表，基于VB。过滤的含义就是哪些VLANID的数据可以在VB中的哪些LP之间转发。一个LP可以属于本VB内部的不止一个VLAN过滤表；挂接：将指定的外部物理端口、VCRTUNK端口与指定VB的指定LP端口建立起数据转发的固定联系。,Page58,VCTRUNK,VCTRUNK,VLAN111,VLAN111,VLAN111,单板,单板,单板,多点共享的方式是二层交换优势之所在。组网中注意以太环路问题。注意二层交换共享路由时的带宽恶性竞争问题。,EPLAN(EthernetPrivateLAN)以太专网业务,以太网端口,以太网端口,以太网端口,VCTRUNK,VCTRUNK,Page59,EVPLAN,基本概念,EVPLAN(EthernetVirtualPrivateLAN):称为以太网虚拟局域网服务，实现多点到多点的业务连接。内嵌入MPLS技术在VCTRUNK中隔