网络协议与网络安全第03讲以太网技术

第三讲以太网技术0主要内容以太网简介以太网与Internet、OSICSMA/CD原理以太网技术及其发展以太网相关技术以太网技术标准第三讲以太网技术1以太网简介以太网Ethernet1972年，RobertMetcalfe博士在Xerox公司PARC研究中心试验了第一个2.94Mbps以太网原型系统AltoAlohaNetwork，实现不同计算机系统之间的互连，并共享打印机设备1973年，Metcalfe将自己的系统更名为以太网（Ethernet），并指出该设计不局限于PARC的Alto计算机互连，也适用于其它计算机系统1979年，Metcalfe成立3Com公司，研制出以太网网卡（NIC）1980年，DEC、Intel、Xerox联合研发了10M以太网1.0规范1982年，发布以太网2.0规范（EthernetV2）1983年，IEEE采纳并发布以太网正式标准802.3以太网分层结构：数据链路层介质访问控制子层（MAC，MediaAccessControl）逻辑链路控制子层（LLC，LogicLinkControl）物理层第三讲以太网技术2以太网层次结构第三讲以太网技术3MAC/LLC帧结构（两种）第三讲以太网技术4CSMA/CD算法CSMA/CD带冲突检测的载波侦听多址访问Carrier-SenseMultipleAccesswithCollisionDetection用“载波侦听”方法检查信道是否空闲。若空闲，进入下一步；若忙，等待并继续监测。发送数据，同时检测信道冲突。若成功发送完毕（未发生冲突），完成；若遇冲突，进入下一步。中止本次发送。进入下一步。等待一段随机时间。返回第1步。第三讲以太网技术5以太网帧发送的“微观特性”Ｔｓ＞Ｔｄ设：站点相距1Km，数据传输速率100Mbps则：报文长度＞500bits≈64bytesWHY？第三讲以太网技术6发送碰撞图解发送数据帧的站点，在发送数据帧后至多经过2τ就可以知道该帧是否发生了碰撞。第三讲以太网技术7以太网技术发展第一阶段：同轴电缆（CoaxCable）第二阶段：集线器（Hub）第三阶段：二层交换机（SwitchHub）第四阶段：三层交换机（Switch）速率、介质、联网方式、吞吐能力、网络规模、安全性、QoS、功能……第三讲以太网技术8第一阶段：同轴电缆同轴电缆（CoaxCable）存在问题和缺陷：线路的布局受到较大制约，难以灵活调整；增加设备时T形接头制作难度较大、要求较高，且容易损坏，还容易造成线路连接不良，严重的将造成断线；同轴电缆成本较高；受限于同轴电缆长度，网络覆盖的范围十分有限；同轴电缆本身是“单点故障”易发点；随着通信速率的提高，同轴电缆的通信效率会大大降低；随着线路上设备数的增多，冲突增加，将导致网络通信效率急剧下降，最终可能引起瘫痪。10Base2（细缆）10Base5（粗缆）第三讲以太网技术9第二阶段：集线器集线器（Hub）主要改进：联网方式——HUB的引入速率提高——FastEthernet，快速以太网，100M传输介质——UTP，非屏蔽双绞线通信方式——FullDuplex，全双工（注意避免冲突的条件）10BaseT100BaseT12345678RJ45第三讲以太网技术10以太网冲突（碰撞）域第三讲以太网技术11第三阶段：二层交换机二层交换机（SwitchHub）①②③④⑤⑥⑦⑧C1/A1C2/A2C3/A3C4/A4端口号MAC地址终端①②③A1C1④A3C3⑤A2C2⑥A4C4⑦⑧转发表思考：当一个端口上连接另一个交换机时，转发表如何设计？主要改进：有效减少碰撞，提高利用率，扩大联网规模不同速率端口互连（适配能力）反而失去以太网“天生”的流控能力！第三讲以太网技术12二层交换机～网桥网桥Bridge第三讲以太网技术13存储转发与切入转发存储转发（Store-and-Forward）网络中继设备接收完整报文解析、排队并转发到目的端口（线路）切入转发（Cut-Through）网络中继设备接收到地址字段后，立即解析转接到目的端口“直通式”转发比较：●实现机制；●转发延迟；●可靠传输；●流量管理第三讲以太网技术14广播风暴与死锁环路广播风暴（BroadcastStorm）共享网络中大量设备进行广播死锁环路（DeadlockLoop）BridgeBridge第三讲以太网技术15第四阶段：三层交换机三层交换机（Layer3Switch/IPSwitch）三层交换机已经不是“纯粹”的以太网交换机了！思考：IP交换机与路由器有什么区别？IP和MAC地址对的发现——ARP协议（AddressResolutionProtocol，地址解析协议）主机A主机B主机C主机A“192.168.1.3的MAC地址是什么？”（MAC＝ff-ff-ff-ff-ff-ff）主机C192.168.1.3的MAC地址是03-aa-01-75-c3-06第三讲以太网技术16局域网标准802系列IEEE802.1通用网络概念及网桥IEEE802.2逻辑链路控制IEEE802.3以太网CSMA/CD复用方法及物理层规定IEEE802.4令牌总线结构和访问方法及物理层规定IEEE802.5令牌环访问方法及物理层规定IEEE802.6城域网的访问方法及物理层规定IEEE802.7宽带局域网IEEE802.8光纤局域网IEEE802.9ISDN局域网IEEE802.10网络安全IEEE802.11无线局域网IEEE802.12优先高速局域网（100Mbps）IEEE802.13有线电视（Cable-TV）第三讲以太网技术17以太网802.3标准及其发展轨迹IEEE802.3（工作组）标准系列802.3：传统以太网10Base-2，10M粗缆总线10Base-5，10M细缆总线1Base-5，1M总线（短暂的后退）10Base-T，10M星形双绞线802.3u：100M，快速以太网（FastEthernet）100Base-TX，UTP5100Base-T4，UTP3100Base-FX，OpticalFiber802.3z：1000M＝1G，千兆以太网（GigabitEthernet）1000Base-SX，短波长光传输1000Base-LX，长波长光传输1000Base-T，五类线传输802.3ae：基于光缆的万兆以太网（10G）10GBase-X10GBase-R10GBase-W802.