TB000003以太网技术基础ISSUE1.0

1、tb000003以太网技术基础issue1.0光网络产品课程开发室光网络产品课程开发室引入引入et1单板可以使optix 2500+(metro3000)产品具有直接接入数据业务的功能，从而将现有的 sdh 网升级为可以传送以太网业务的sdh网络 。为了使大家能更好地掌握et1单板以太网业务配置的原理，我们先要学习一些以太网的基础知识和基本概念。学习目标学习目标l了解以太网发展的过程了解以太网发展的过程l掌握以太网发展的各个阶段的网络掌握以太网发展的各个阶段的网络特性的优点、缺点特性的优点、缺点学习完本课程，您应该能够：学习完本课程，您应该能够：参考资料参考资料l以太网技术以太网技术lvlan

2、基础基础l生成树协议原理及配置生成树协议原理及配置以太网基础知识l以太网起源（原始社会）以太网起源（原始社会）lhubhub出现（奴隶社会）出现（奴隶社会）ll2l2出现（封建社会）出现（封建社会）lvlanvlan出现（资本主义社会）出现（资本主义社会）ll3l3出现（社会主义社会）出现（社会主义社会）lge/10ge ge/10ge 出现（未来社会）出现（未来社会）以太网起源以太网通信的原则：以太网通信的原则： 同一时刻只能有一台主机在发送，但可以有多台主机同时接收广播； 如果一个以太网报文被完全发送出去，则在链路上肯定不会发生冲突，即理论上不再需要发送第二次。以太网起源原始社会的主要矛盾

3、原始社会的主要矛盾原始社会中没有阶级关系，所有的主机都以平等的地位连接到同原始社会中没有阶级关系，所有的主机都以平等的地位连接到同轴电缆上，但如果以太网中主机数目较多，则存在以下严重问题：轴电缆上，但如果以太网中主机数目较多，则存在以下严重问题： l介质可靠性差介质可靠性差l冲突严重冲突严重l 广播泛滥广播泛滥l 无任何安全性无任何安全性其中介质可靠性差是原始社会的主要社会矛盾，当时的社会生产力异常低下。以太网基础知识l以太网起源（原始社会）以太网起源（原始社会）lhubhub出现（奴隶社会）出现（奴隶社会）ll2l2出现（封建社会）出现（封建社会）lvlanvlan出现（资本主义社会）出现（

4、资本主义社会）ll3l3出现（社会主义社会）出现（社会主义社会）lge/10ge ge/10ge 出现（未来社会）出现（未来社会）hub出现从同轴电缆到双绞线：从同轴电缆到双绞线：l 80年代末期，非屏蔽双绞线（utp）出现，并迅速得到广泛的应用。utp的巨大优势在于：l价格低廉，只有同轴电缆的几分之一；l制作简单，成功率高；l收发使用不同的线缆，为实现全双工奠定了物质基础；l逻辑拓扑依旧是总线的，但物理拓扑变为星形，使单段线缆的故障不会影响到这个网络。hub出现传统以太网连接设备传统以太网连接设备hub设备工作模型设备工作模型：仅仅是物理上的连接设备应用层表示层会话层传输层网络层链路层物理层

5、应用层表示层会话层传输层网络层链路层物理层物理层物理层h u bhub出现12345i no u to u to u to u t传统以太网连接设备传统以太网连接设备hub设备工作原理设备工作原理：所有的hub都是半双工的hub仅仅改变了以太网的物理拓扑hub出现hub的冲突域：的冲突域：hub对所连接的lan只做信号的中继，所有的物理设备构成了一个冲突域。hub出现hub （奴隶社会）的主要矛盾（奴隶社会）的主要矛盾从奴隶社会开始，以太网中第一次出现了阶级的概念：统治阶级和从奴隶社会开始，以太网中第一次出现了阶级的概念：统治阶级和被统治阶级。被统治阶级通常是生产者（主机），网络中的流量被统治

6、阶级。被统治阶级通常是生产者（主机），网络中的流量只要由生产者产生。统治阶级通常指网络中的连接和交换设备只要由生产者产生。统治阶级通常指网络中的连接和交换设备（hub），虽然他们不从事生产劳动，但却对劳动果实有分配权。），虽然他们不从事生产劳动，但却对劳动果实有分配权。奴隶社会存在如下社会矛盾：奴隶社会存在如下社会矛盾：l冲突严重冲突严重l 广播泛滥广播泛滥l 无任何安全性无任何安全性其中冲突严重是奴隶社会的主要社会矛盾，当时的社会生产力非常低下。以太网基础知识l以太网起源（原始社会）以太网起源（原始社会）lhubhub出现（奴隶社会）出现（奴隶社会）ll2l2出现（封建社会）出现（封建社会）

7、lvlanvlan出现（资本主义社会）出现（资本主义社会）ll3l3出现（社会主义社会）出现（社会主义社会）lge/10ge ge/10ge 出现（未来社会）出现（未来社会）l2出现bridge/以太网交换机以太网交换机/l2设备工作模型设备工作模型：应用层表示层会话层传输层网络层链路层物理层会话层传输层网络层链路层物理层物理层物理层bri d g e链路层链路层表示层应用层l2出现二层交换机原理：二层交换机原理：l接收网段上的所有数据帧；l利用接收数据帧中的源mac地址来建立mac地址表（源地址自学习），使用地址老化机制进行地址表维护；l在mac地址表中查找数据帧中的目的mac地址，如果找到

8、就将该数据帧发送到相应的端口（不包括源端口），如果找不到，就向所有的端口（不包括源端口）发送；l向所有端口（不包括源端口）转发广播帧和多播帧。问题问题l为什么向所有的端口发送数据帧时不包含源端口呢？解答解答l不向源端发送，是为了防止广播风暴。l原因原因:从这个端口接收的报文，肯定被这个端口所在的网段已知，所以没有必要从这个端口再发送一遍。l不仅仅是没有必要的问题，而是一定不能再发送，因为这样一个报文会在网段中出现两次。造成严重错误。l2出现二层交换机硬件结构：二层交换机硬件结构：l2的转发完全由硬件通过asic实现。l2出现全双工就是解放生产力全双工就是解放生产力 ：l实现全双工的物质保证：实

9、现全双工的物质保证：支持全双工的网卡芯片收发线路完全分离支持全双工的网卡芯片收发线路完全分离物理介质点到点的连接（物理介质点到点的连接（hub都是半双工的）。都是半双工的）。 l全双工对以太网技术的影响：全双工对以太网技术的影响：最大吞吐量达到双倍速率；从根本上解决了以太网的冲突问最大吞吐量达到双倍速率；从根本上解决了以太网的冲突问题，以太网从此告别题，以太网从此告别csma/cd。l支持全双工的设备：支持全双工的设备：最近最近10年制造的网卡、年制造的网卡、l2、路由器，、路由器，hub除外。除外。l2出现生成树协议生成树协议(stp)解决环路问题：解决环路问题：通过阻断冗余链路来消除桥接网

10、络中可能存在的路径回环。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。当前活动路径发生故障时激活冗余备份链路恢复网络连通性。当前活动路径发生故障时激活冗余备份链路恢复网络连通性。lan alan dlan clan brootlan el2出现冲突域：冲突域：l2对所接收到的数据帧根据对所接收到的数据帧根据mac地址进行二层转发，冲突域被限制到地址进行二层转发，冲突域被限制到了一个端口上。但是无法限制广播域的大小。了一个端口上。但是无法限制广播域的大小。l2出现l2（封建社会）的主要矛盾（封建社会）的主要矛盾在封建社会中，全双工和在封建社会中，全双工和l2带来了以太网社会生产力的两次重带

11、来了以太网社会生产力的两次重大飞跃，彻底解决了困扰以太网的冲突问题，极大的促进了社大飞跃，彻底解决了困扰以太网的冲突问题，极大的促进了社会进步。并且以太网的安全性也有所提高。但封建社会仍旧存会进步。并且以太网的安全性也有所提高。但封建社会仍旧存在如下社会矛盾：在如下社会矛盾：l 广播泛滥广播泛滥l安全性仍旧无法得到有效的保证安全性仍旧无法得到有效的保证其中广播泛滥严重是封建社会的主要社会矛盾。以太网基础知识l以太网起源（原始社会）以太网起源（原始社会）lhubhub出现（奴隶社会）出现（奴隶社会）ll2l2出现（封建社会）出现（封建社会）lvlanvlan出现（资本主义社会）出现（资本主义社会

12、）ll3l3出现（社会主义社会）出现（社会主义社会）lge/10ge ge/10ge 出现（未来社会）出现（未来社会）vlan出现vlan的起源的起源基于端口分组：基于端口分组：解决广播泛滥问题的主导思想：将没有互访需求的主机隔离开。解决广播泛滥问题的主导思想：将没有互访需求的主机隔离开。特点：特点：实现简单，但只能适用于一台交换机。实现简单，但只能适用于一台交换机。sw i tch工程部市场部销售部10. 110. 10. 010. 110. 20. 010. 110. 30. 012985vlan出现多个交换机多个交换机划分划分vlan ：特点：特点：必须有统一的标准必须有统一的标准vla

13、n。sw i tch工程部vlan市场部vlan销售部vlan129852985vlan出现vlan的标准：的标准：ieee 802.1q ：vlan id 12bits 范围：（范围：（04095）正是这正是这12bits彻底改变了传统的以太网彻底改变了传统的以太网。tpi d = 0 x8100pvlan i dvlan出现vlan的划分：的划分：根据使用策略不同， vlan可以分为：l基于端口划分的vlanl基于mac地址划分的vlanl基于网络层协议划分的vlan l基于ip组播的vlanl基于组合策略的vlanvlan出现以太网设备与以太网设备与802.1q帧：帧：以太网中的哪些设备

14、识别802.1q帧格式？网络终端用户设备 （如安装了以太网卡的计算机）网络交换互连设备 （如以太网交换机）vlan出现以太网交换机的端口分类：以太网交换机的端口分类：access/untagged/端口：如果以太网交换机的某个端口所连的设备（通常连接的是主机）都不识别802.1q帧，那么该端口就是access端口。trunk/tag aware/tagged/端口：如果以太网交换机的某个端口所连的设备（通常连接l2）可以识别802.1q帧，那么该端口就是trunk端口。vlan出现三个三个id ：lvid：以太网帧中所携带的表示该帧所属的以太网帧中所携带的表示该帧所属的vlan的的id，（就是

15、改变以太网世界的那（就是改变以太网世界的那12个个bit）。）。 lpvid：l2上的所有端口（包括上的所有端口（包括acess和和trunk），必须指明属于哪），必须指明属于哪个个vlan。ltrunk allow vlan id ：在在trunk端口上，必须标识出允许那些端口上，必须标识出允许那些vlan通过。通过。vlan出现三大纪律：三大纪律：untagged端口不能接端口不能接tagged端口。端口。两个相连的两个相连的tagged端口的端口的pvid值要求一致。值要求一致。 与不支持与不支持802.1q的设备相连的端口不能是的设备相连的端口不能是tagged端口。端口。vlan出现

16、vlan （资本主义社会）的主要矛盾（资本主义社会）的主要矛盾在资本主义社会中，在资本主义社会中，vlan技术成功地解决了广播问题，并且使技术成功地解决了广播问题，并且使以太网的安全性有了进一步的提高，此时的以太网技术趋于完以太网的安全性有了进一步的提高，此时的以太网技术趋于完美，社会生产力极大提高，社会物质生产空前繁荣。但资本主美，社会生产力极大提高，社会物质生产空前繁荣。但资本主义社会仍旧存在如下社会矛盾：义社会仍旧存在如下社会矛盾：l人民群众日益增长的过量物质文化需求与落后的社会生产力之人民群众日益增长的过量物质文化需求与落后的社会生产力之间的矛盾间的矛盾例如：使用vlan来划分网络后，

17、网络的效率提高不少，可是本来不需要相互访问的两个部门，现在又要少量的访问需求，该怎么办到呢？vlan出现解决办法解决办法使用路由器连接不同的使用路由器连接不同的vlan前提：前提：vlan和和ip子网间是一对一的关系。子网间是一对一的关系。sw i tc h工程部vla n市场部vla n销售部vla n10. 110. 10. 010. 110. 20. 010. 110. 30. 0以太网基础知识l以太网起源（原始社会）以太网起源（原始社会）lhubhub出现（奴隶社会）出现（奴隶社会）ll2l2出现（封建社会）出现（封建社会）lvlanvlan出现（资本主义社会）出现（资本主义社会）ll

18、3l3出现（社会主义社会）出现（社会主义社会）lge/10ge ge/10ge 出现（未来社会）出现（未来社会）l3出现三层交换机功能模型三层交换机功能模型：l三层交换机功能上相当于右图中大方框中的部分l三层交换机把支持vlan的二层交换机和路由器的功能集成在一起了，因此常常称之为二三层交换机l二层交换机的功能和路由器的功能，在三层交换机中分别体现为二层vlan转发引擎和三层转发引擎两个部分l二层vlan引擎与支持vlan的二层交换机的二层转发引擎是相同的，是用硬件支持多个vlan的二层转发l三层转发引擎使用硬件asic技术实现高速的ip转发l对应到ip网络模型中，每个vlan对应一个ip网段

19、，三层交换机中的三层转发引擎在各个网段（vlan）间转发报文，实现vlan之间的互通，因此三层交换机的路由功能通常叫做vlan间路由（inter-vlan routing）l3出现l3 （社会主义社会主义社会）的主要矛盾社会）的主要矛盾l3在这场斗争中，失去只是局域网的枷锁，得到的却是整个在这场斗争中，失去只是局域网的枷锁，得到的却是整个internetl3虽然几乎具备了路由器的所有功能，但在走向广域网的过程中却遇到了广域网接口带宽不足，路由性能低下的尴尬。以太网基础知识l以太网起源（原始社会）以太网起源（原始社会）lhubhub出现（奴隶社会）出现（奴隶社会）ll2l2出现（封建社会）出现（封建社会）lvlanvlan出现（资本主义社会）出现（资本主义社会）ll3l3出现（社会主义社会）出现（社会主义社会）lge/10ge ge/10ge 出现（未来社会）出现（未来社会）ge/10ge出现千兆以太网千兆以太网：iisdataei.i idle有序集sstart_of_packeteend_of_packetl千兆以太网物理层有序集lst