数据特性原理-以太网原理专题.ppt

2007 3 20 数据特性原理 以太网原理专题程飞 42652 Page2 前言 此课程为MSTP设备数据特性基础知识系列课程之以太网原理专题 本课程主要介绍两部分内容 MSTP数据特性的关键技术和以太网的相关基础原理知识 通过本课程的学习 掌握和了解MSTP数据特性的关键技术和以太网原理知识 其中MSTP数据特性关键技术可以作为学习MSTP数据特性专题的基础 如RPR ATM等 Page3 学习指南 本课程作为基础性课程 主要讲解MSTP设备数据特性关键技术和以太网数据特性相关的概念和知识 本课程中包含的MSTP Multi ServiceTransmissionPlatform多业务传输平台 基础知识 同样适合于RPR ResilientPacketRing弹性分组环 ATM AsynchronousTransferMode异步传输模式 等其他类型数据特性 Page4 学习指南 本课程的重点 难点MSTP数据特性关键技术 重点和难点 以太网基础知识 重点 EOS组网应用讲解 重点 Page5 课程目标 完成此课程 您应能 理解MSTP关键技术 虚级联 LCAS GFP 理解以太网基本原理 以太网帧结构 端口工作模式 二层交换原理 掌握VLAN技术常用概念 端口Tag属性 VB VLAN过滤表 掌握常见以太网业务类型 包括EPL EVPL ELAN EVPLAN 了解以太网数据特性常见概念 MPLS Qos Car RSTP IGMP LPT Page6 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 Page7 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 Page8 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 Page9 数据链路层 以太网物理层SDH层 因为分层结构 网络设备具有很强的灵活性 网络层 SDH层以太网物理层 数据链路层 网络中的每个设备不需要支持数据通信每一个层次 通过处理自己支持的层次的PDU封装 实现网络设备的互通互联 比如数据特性单板支持处理数据链路层的PDU封装 以后可能也可以支持网络层的PDU封装 数据特性分层结构在网络设备上的体现 网元1 网元2 网元3 网元4 Page10 数据特性分层结构各层之间的协议关联关系 每层的PDU封装都包含了各个协议的唯一的TYPE信息或是协议的端口号 请大家在以后的学习里注意 Page11 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转格式关联关系 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 Page12 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 Page13 问题 问题1 数据特性通信要素是那两个 问题2 以太网技术属于TCP IP协议的哪个层的技术 问题3 SDH传输和数据特性技术的主要差异 Page14 小结 本节我们主要讲解了 数据特性的分层特点和PDU结构SDH传输和数据特性的差异 Page15 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 Page16 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 提供更高的带宽 LCAS LinkCapacityAdjustmentScheme 技术带宽灵活 动态调整的解决方案 同时 提供一种容错机制 增强虚级联的健壮性 GFP GenericFramingProcedure 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 MSTP的关键技术 Page17 相邻级联技术 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 Page18 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 Page19 虚级联的多径传输 接收方向 虚级联C 4 VC到C 4 XV的转换 将相邻级联业务转化为可在现有SDH设备上传输的非级联业务 发送方向 虚级联C 4 XV到C 4 4C业务的转换 把在线路上传输的虚级联业务转换成级联业务 完成虚级联业务到级联业务的传输 Page20 虚级联指示H4字节 VC4 VC3用16个H4字节组成虚级联指示序列指示 SQ 为8bits复帧指示 MFI 为12bitsVC12用K4字节组成虚级联指示 Page21 虚级联序列指示 源端在根据负荷分配的先后顺序 在各时隙中分别插入SQ信息 标识时隙在虚级联组中的位置 宿端根据时隙中SQ信息决定从时隙中取负荷的先后 允许一定时间范围的时延 Page22 源端发送的每一帧 均携载MFI信息 标识发送的是第几帧 宿端根据选择MFI相同的帧组合成C n Xv 虚级联复帧指示 Page23 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 Page24 可以动态的调整 增 删 改 业务带宽 而不会影响原有业务的可用性 屏蔽失效物理通道 避免单一物理通道失效而导致业务中断 检测失效成员恢复后 自动增加容量 LCAS是一种链路容量调整方法 是对虚级联技术的一种扩充 增强了虚级联的健壮性 LCAS技术 Page25 LCAS技术在虚级联基础上实现 在虚级联的指示 H4 K4 中增加新定义 Page26 前向控制信息 源到宿 MultiFrameIndicatorfield MFI 复帧指示SequenceIndicatorfield SQ 序列号Controlfield CTRL 提供及时地提供在此LINK中每个MEMBER的状态信息GroupIdentificationbit GID 同一个VCG中的所有MEMBER的GID都是相同的后向控制信息 宿到源 Memberstatusfield MST 用来从目的向源端发送同一VCG中各MEMBER的状态 OK或者FAILRe SequenceAcknowledgebit RS Ack 向源端报告某个VCG的MEMBER的序列号的改变已经得到确认 LCAS源和宿交互的过程 Page27 控制域用来传送从源端到目的端的LINK信息 它必须能提供及时地提供在此LINK中每个MEMBER的状态信息 添加 删除带宽就靠它 LCAS控制域Controlfield CTRL Page28 LCAS在业务带宽增加时加入MEMBER的状态机 当一个MEMBER被加入时 它所加的序列号总是要比现有的最大序列号的MEMBER 控制域为EOS 的序列号要大 这个控制域为ADD的MEMBER得到执行时 这个新加入的MEMBER的MST要被SET为OK 且它的控制域的值将会被SET为EOS 之前那个控制域为EOS的MEMBER将被SET为NORM Page29 如果一个MEMBER被删除了 那么同一VCG中的其它MEMBER的序列号都要改变 如果是最大序列号的MEMBER被删除了那么就要把原来序列号为第二大的MEMBER保持原值从而变为现在最大序列号并且把被删除的MMEBER的控制域由EOS改为IDLE 把现在最大序列号的MEMBER控制域改为EOS 如果不是序列号为最大的MEMBER被删除 那么要把比这个序列号大的所有MEMBER的序列号递减 这个被删除的MEMBER的控制域也要随之变为IDLE LCAS在业务带宽减小时删除MEMBER的状态机 Page30 在目的端当一个MEMBER被检测出出现了SD SF UNEQ时 目的端将会向源端发送这个MEMBER的MST为FAIL 当源端接收到这个信息之后 将把此帧的NORM 或者EOS 换为DNU 然后在前一个MEMBER的控制域中填入EOS LCAS在目的端检测到错误而发起的屏蔽故障MEMBER的状态机 Page31 当在目的端被检测出来这个MEMBER的FAILURE被修复后 目的端将发送MST为OK的这个MEMBER的控制包给源端 源端在收到这个信息之后将把当前的DNU替换为NORM或者EOS 然后在前一个MEMBER的控制域中填入NORM发送给目的端 LCAS在目的端检测到错误消失而发起恢复MEMBER的状态机 Page32 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协议来完成从以太网到SDH之间的帧映射 GFP就是完成一个工作的协议之一 Page33 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 Page34 GFP帧结构中的COREHEAD部分 PLI PayloadLengthIndicator 2byte 对于用户数据帧PLI最小为4 PLI 0 3表示当前GFP帧为控制帧 其中PLI 0为IDLE帧 PLI 1 3留待今后扩展 cHEC HeaderErrorControl 2byte CRC码 可以纠正1bit错误 或者指示多bit误码 对于IDLE cHEC 0 Page35 TYPE域包括 一个3位宽的有效类型标志 PTI 000 用户数据 100 OA M一个1位宽的FCS标志 0 无FCS校验 1 有FCS校验一个4位宽的扩展帧头标志 0000 无扩展帧头一个8位宽的有效负荷标志 00000001 以太网帧 GFP帧结构中的PAYLOADHEAD部分 Page36 GFP技术将以太网帧作为PDU封装到GFP帧 以太网的帧前码和前导码将被去掉 Page37 采用HEC定界方式 基于帧头中的帧长度指示符 采用CRC捕获的方式实现的 与ATM中使用的方式相同 比使用专门的帧标示范符定界更有效空帧用来适配速率 满足不定长的PDU封装进定长的SDH帧里 GFP技术将GFP帧作为PDU封装到SDH帧 Page38 GFP技术中的GFG帧头HEC定界方式 捕捉COREHEAD里的HEC值 来定帧的位置GFP使用CoreHeader中的PLI查找GFP结束位置 Page39 问题 问题1 相邻级联业务的时延比虚级联业务要大还是小 问题2 VC4 VC3的虚级联指示是哪个字节 问题3 LCAS的主要功能是什么 问题4 MSTP关键技术中 哪一个用于将突发 不定长的以太网信号适配进严格同步的SDH帧中 Page40 小结 本节我们主要讲解了 MSTP技术中的三个关键的技术LCAS和虚级联技术的特点和相互关系GFP封装的主要特点 Page41 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 Page42 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 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 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 解决办法以太端口的全双工的模式MAC地址学习功能 HUB连接的网络就是一个冲突域 Page43 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 全双工工作模式 Page44 以太网端口模式协商功能 双工模式 运行速率 流量控制 101001010111000101001101010101 使用脉冲信号来携带自动协商信息 端口自协商 一种底层的以太网机制 Page45 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 Page46 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 2020 3 17 47 可编辑 Page48 交换机内部维护的CAM表 Content addressablememorg MAC地址学习功能 Page49 已知单播 在相应的端口转发未知单播 在可以转发的端口广播广播 在可以转发的端口广播组播 根据动态或是静态的组播表部分端口转发 MAC 出口集合 1234 ABCD 00011234 ABCD 00021234 ADCB 0003 port1 port2 port3 基于宿端口的MAC地址转发 交换 Page50 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 Page51 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 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 以太网帧在设备中的转发方式 Internet Page52 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 Page53 MAC 出口集合 1234 ABCD 00011234 ABCD 00021234 ADCB 0003 port1 port2 port3 VLAN 122 以太网的VLAN技术 Page54 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 Page55 抑制广播安全性考虑管理方便 以太网VLAN技术的作用 Page56 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 Page57 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 必须指明它默认属于哪个VLAN 以太网交换必须是在同一个VLAN的前提下实现 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 Page58 以太网端口对VLANID的处理 端口属性 数据 Page59 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 光网络以太网类数据特性单板采用的是二层MPLS技术即MartinioE方式 以太网端口 Page60 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S 0VCLabel的S 1TTL 8bits 生存时间 默认为64 MPLS帧结构和标签格式 Page61 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 Page62 DA SA 802 1Q TYPE DATA 0X8100 VLANID 4个字节 VMAN virtualMAN 技术简单介绍 802 1Q VMAN是对基于802 1Q封装的隧道协议的一种形象化的称呼 其核心思想是将用户的VLANID封装到公网VLANID中VMAN技术的应用场景和MPLS技术的应用场景一致 Page63 问题 问题1 标准以太网帧的长度范围是多少 带VLAN的以太网帧呢 问题2 如果对接两端的以太网端口模式 一端是固定100M全双全工 一端是自适应 自适应的一端会协商出什么结果 问题3 二层交换的转发原则是 问题4 VLANID中真正表示VLANID是多少bit Page64 小结 本节我们主要讲解了 以太网端口工作模式自协商以太网交换的要素和原则以太网端口VLAN属性的处理机制以太网MPLS技术 Page65 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 Page66 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 Page67 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 Page68 组网四 EPL EthernetPrivateLine 以太网专线业务 Page69 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 Page70 VB2 VB3 VB 以太网端口 LP1 LP2 LP3 LP4 VB1 VCTRUNK EPLAN EthernetPrivateLAN 以太专网业务 VB的概念 本地参数 以太网端口 VCTRUNK Page71 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 Page72 VCTRUNK VCTRUNK VCTRUNK VLAN111 LSP LSP LSP VLAN111 VLAN111 VLAN111 VLAN111 VLAN111 VCTRUNK LSP LSP LSP VLAN111 VLAN111 EVPLAN EthernetVirtualPrivateLAN 业务以太虚拟专网 以太网端口 以太网端口 以太网端口 以太网端口 单板 单板 单板 单板 Page73 问题 问题1 支持二层交换的组网模式有那些 问题2 在EPL业务中 不同用户的业务可以利用什么技术来隔离和区分 Page74 小结 本节我们主要讲解了 四种以太网业务类型各种以太网业务的典型组网EVPLAN的FULL MESH结构 Page75 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 Page76 STP SpanningTreeProtocol 生成树功能应用 广播风暴对以太网是毁灭性的灾难 Page77 X 网元计算 关闭冗余链路的转发功能 消除逻辑上的环路 生成树协议 SpanningTreeProtocol 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 并在当前活动路径发生故障时激活冗余备份链路恢复网络 STP SpanningTreeProtocol 生成树功能原理 Page78 Edgeport边缘端口 应该是与终端相连的端口 一旦配置 立刻变成Forwarding状态端口的状态翻转不触发生成树状态变化接受到协议消息 将处理 转发该信息 参与STP计算Point to pointlinks点对点端口 与网络设备相连的端口可以参与Handshaking协商 快速收敛 RSTP RapidSpanningTreeProtocol 新增加的端口角色 P2P P2P edge STP和RSTP的主要具体区别 Page79 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 DA SA 802 1q TYPE DATA TYPE PRI CFI VID COS classofservice 技术的应用 COS提供差异化服务 是以太网业务Qos QualityofService 应用的之一 Page80 优先级 队列 01234567 1 2 优先级 队列 01234567 1 2 3 COS classofservice 技术的原理 Page81 基于PORT PORT VLAN实现CAR功能 应用于网络边缘 通过CAR的配置 控制数据流量以特定的速率进出网络 从而有利于网络的营运商更好地经营网络 提供有保障的网络服务质量通过流量控制算法 根据业务的不同优先级实现带宽的实时控制 CAR CommittedAccessRate 功能的应用 CAR提供带宽保证服务 是以太网业务Qos QualityofService 应用的之一 Page82 CAR CommittedAccessRate 功能的原理 CAR功能实现的原理 令牌桶技术 CAR的四个参数 GuaranteedBandwidthPeakBandwidthExtraBurstBufferSizeMaximumExtraBurstBufferSize Page83 媒体