Cisco CCIE R-S V5.0 课程：第一学期-第5章 以太网

第5章:以太网

Ethernet第一学期：网络简介IntroductiontoNetworks学习目标描述以太网子层的操作。识别以太网帧的主要字段。描述以太网MAC地址的用途和特征。比较MAC地址和IP地址的作用。描述ARP的用途。解释ARP请求如何影响网络和主机性能。解释基本的交换概念。比较固定配置和模块化交换机。配置第3层交换机。第5章以太网5.0简介5.1以太网协议5.2地址解析协议5.3LAN交换机5.4总结5.1以太网协议

EthernetProtocol以太网工作原理

LLC和MAC子层以太网–使用最广泛的LAN技术

在数据链路层和物理层运行

是IEEE802.2和802.3标准中定义的一系列网络技术支持的数据带宽包括10、100、1000、10,000、40,000和100,000Mbps(100Gbps)以太网标准

–定义第2层协议和第1层技术

依靠数据链路层的两个单独子层运行-逻辑链路控制(LLC)和MAC子层。以太网工作原理

LLC和MAC子层以太网工作原理

LLC和MAC子层以太网工作原理

LLC和MAC子层LLC处理上层和下层之间的通信获取网络协议数据并加入控制信息，以帮助将数据包传送到目的地

MAC构成数据链路层的较低子层由硬件实施，通常在计算机网卡中实施两项主要职责：

数据封装

介质访问控制以太网工作原理

MAC子层以太网工作原理

MAC子层数据封装发送前的帧组装和收到帧时的帧解析MAC层向网络层PDU添加报头和报尾提供三个主要功能帧定界–确定构成帧的一组位，并对发送节点与接收节点进行同步寻址–帧中加入的每个以太网帧头都含有物理地址（MAC地址），使帧能够传送到目的节点错误检测–每个以太网帧都包含帧尾，其中含有帧内容的循环冗余校验(CRC)以太网工作原理

MAC子层介质访问控制负责在介质上放置帧和从介质上移除帧与物理层直接通信如果单个介质上的多个设备同时尝试转发数据，则数据将发生冲突，导致数据损坏或不可用。以太网通过使用载波侦听多路访问(CSMA)技术提供一种方法来控制节点共享访问的方式。以太网工作原理

介质访问控制载波侦听多路访问

(CSMA)过程用于首先检测介质是否正在传送信号如果未检测到载波信号，则设备开始传输数据如果两台设备同时传输-

数据冲突以太网工作原理

介质访问控制两种常用方法为：载波侦听多路访问/冲突检测

(CSMA/CD)设备监控介质中是否存在数据信号若无数据信号，则表示介质处于空闲状态，设备可传输数据如果随后检测到另一设备此时正在进行传输，所有设备将停止发送并在稍后重试虽然以太网络在设计时要求使用CSMA/CD技术，但使用现在的中间设备，并不会发生冲突而且CSMA/CD所采用的过程也毫无必要以太网工作原理

介质访问控制CSMA/冲突避免(CSMA/CA)设备会检查介质中是否存在数据信号-如果介质空闲，则设备将通过它想要使用的介质发送通知然后，设备开始发送数据。由802.11无线网络技术使用以太网工作原理

MAC地址：以太网身份第2层以太网MAC地址是一种表示为12个十六进制数字的48位二进制值。IEEE

要求厂商遵守两条简单的规定：必须使用该供应商分配的OUI作为前3个字节OUI相同的所有MAC地址的最后3个字节必须分配唯一的值以太网工作原理

帧处理以太网工作原理

帧处理为工作站、服务器、打印机、交换机和路由器分配的MAC地址

MAC地址示例：

00-05-9A-3C-78-00、

00:05:9A:3C:78:00,或

0005.9A3C.7800将消息转发到以太网络，向数据包中添加报头信息

，包含源MAC地址和目的MAC地址每个网卡都会查看信息，以确定帧中的目的MAC地址是否与设备RAM中存储的物理MAC地址匹配：如果不匹配，则设备将丢弃此帧如果与帧中的目的MAC匹配，则网卡会将帧向上传送到OSI层进行解封处理以太网帧属性

以太网封装以太网的早期版本速度非常慢，只有

10Mbps现在的运行速度已经超过每秒10千兆（吉比特）以太网帧结构向第3层PDU添加帧头和帧尾来封装所发送的报文以太网帧属性

以太网帧大小以太网II标准和IEEE802.3标准将最小的帧定义为64个字节，最大的帧定义为1518个字节长度小于64个字节将被视为“冲突碎片”或“残帧”。如果发送的帧小于最小值或者大于最大值，接收设备将会丢弃该帧

在物理层，不同版本的以太网用于在介质中检测和放置数据的方法不同以太网帧属性

以太网帧大小该图显示了802.1QVLAN标记中所包含的字段。以太网帧属性

以太网帧简介前导码和帧首定界符字段用于同步发送设备与接收设备长度/类型字段定义帧的数据字段的确切长度/描述实施的协议数据和填充位字段包含来自更高层的封装数据（IPv4数据包）以太网MAC

MAC地址和十六进制以太网MAC

MAC地址表示方式以太网MAC

单播MAC地址以太网MAC

广播MAC地址在以太网中，广播MAC地址长48位，全部为1，以十六进制显示时则为FF-FF-FF-FF-FF-FF.以太网MAC

组播MAC地址组播MAC地址是一个特殊的十六进制数值，以01-00-5E开头。MAC和IP

MAC和IPMAC地址该地址不会改变

类似于人的名字称为物理地址，因为实际分配给主机的网卡

IP地址类似于人的住址

以主机的实际位置为基础称为逻辑地址，因为是按逻辑分配的由网络管理员分配给每台主机计算机要实现通信，同时需要物理MAC地址和逻辑IP地址

以太网MAC

端到端连接、MAC和IP以太网MAC

端到端连接、MAC和IP5.2地址解析协议

AddressResolutionProtocolARP

ARP简介ARP的用途–发送节点需要一种方法来查找给定以太网链路的目的设备的MAC地址ARP协议提供两项基本功能：将IPv4地址解析为MAC地址维护映射表ARP

ARP的功能ARP表

–用于查找映射至目的IPv4地址的数据链路层地址当节点从介质收到帧时，可将源IP和MAC地址记录为ARP表中的映射ARP请求

–发送到以太网LAN中所有设备的第2层广播与广播中的IP地址匹配的节点将会作出应答如果没有设备相应ARP请求，就无法创建帧，所以会丢弃数据包可以在ARP表中输入静态映射条目，但这种情况很少见

ARP

ARP工作原理ARP

ARP工作原理ARP

ARP工作原理ARP

ARP工作原理ARP

ARP工作原理ARP

ARP在远程通信中的作用如果目的IPv4主机在本地网络上，帧将使用此设备的MAC地址作为目的MAC地址如果目的IPv4主机不在本地网络上，则源主机将使用ARP过程来确定网关路由器接口的MAC地址如果网关条目不在表中，则使用ARP请求来检索与路由器接口的IP地址关联的MAC地址ARP

ARP在远程通信中的作用ARP

ARP在远程通信中的作用ARP

ARP在远程通信中的作用ARP

删除ARP表中的条目ARP缓存定时器将会删除在指定时间段内未使用的ARP条目也可以使用命令来手动删除

ARP表中的全部或部分条目arp

–d命令ARP

网络设备上的ARP表ARP问题

ARP为什么会引起问题ARP问题

解决ARP问题5.3

LAN交换机

LANSwitches交换

交换机端口基本组成第2层LAN交换机在大多数以太网络中，将终端设备连接到中央中间设备只根据MAC地址执行交换和过滤建立一张MAC地址表，使用该表作出转发决策依靠路由器来传递IP子网之间的数据交换

交换机MAC地址表交换

交换机MAC地址表交换

双工设置CiscoCatalyst交换机支持三种双工设置：full

选项设置全双工模式half选项设置半双工模式

auto选项设置双工模式自行协商

对于快速以太网和10/100/1000

端口，默认为auto当10/100/1000端口设置为10Mb/s或100Mb/s时，它们可在半双工或全双工模式下工作，而当设置为1,000Mb/s时，它们只能以全双工模式工作。交换

双工设置交换

自动MDIX在运行CiscoIOSR12.2(18)或更高版本的交换机上，默认启用auto-MDIX功能。

CiscoIOS12.1(14)EA1和12.2(18)SE之间的版本默认禁用auto-MDIX功能。交换

思科交换机上的帧转发方法在过去，交换机使用两种方法来进行网络端口之间的数据交换：

存储转发交换

直通交换

(快速转发和免分片)64byte交换

交换机上的内存缓冲固定或模块化

固定配置与模块化配置在选择交换机时，了解可用交换机的主要功能是非常重要的。例如：PoE转发速率端口密度固定或模块化

固定配置与模块化配置固定配置交换机模块化配置交换机可堆叠配置交换机固定或模块化

固定配置思科交换机固定或模块化

模块化配置思科交换机固定或模块化

思科交换机插槽的模块选项第3层交换

第2层交换与第3层交换第3层交换

思科快速转发两个主要组件：转发信息库

(FIB)概念上与路由表类似网络设备使用该查询表在思科快速转发操作过程中根据目的地作出交换决策在网络中出现更改时进行更新并包含当时的所有已知路由邻接表维护所有FIB条目的第2层下一跳地址第3层交换

思科快速转发第3层交换

第3层接口的类型第3层接口的主要类型包括：交换机虚拟接口(SVI)

–交换机上与虚拟局域网(VLAN)关联的逻辑接口。路由端口

–第3层交换机上充当路由器端口的物理端口。通过将接口置于第3层模式下使用noswitchport接口配置命令配置路由端口。第3层EtherChannel

–思科设备上与一系列路由端口相关联的逻辑接口第3层交换

第3层接口的类型交换机虚拟接口第3层交换

配置第3层交换机上的路由端口总结以太网是目前使用最广泛的LAN技术。以太网标准定义第2层协议和第1层技术。

以太网帧结构向第3层PDU添加帧头和帧尾来封装所发送的报文。作为IEEE802.2/3标准的一种实现形式，以太网帧提供MAC寻址和错误检测功能。本地网络中的集线器换成交换机后，半双工链路中的帧冲突几率明显减少