BA000007 以太网技术

1、BA000007 以太网技术,了解以太网物理层的工作过程 了解二层组播协议和生成树协议的工作过程 掌握802.1Q帧格式和各个字段的含义 掌握以太网口自协商的原理,学习目标,内容提要,以太网物理层,以太网数据链路层,以太网交换机,VLAN,千兆以太网,二层组播,生成树协议,起源 起源于Xerox公司的一个实验网，该网络的 经验是Xerox,DEC,Intel1980年提出的以太网 建议的基础。 目标 简明和成本低 寻址灵活 公平高速 稳定和低延迟,起源和目标,10BASE2 10BASE5 10BASE-T 100BASE-TX 100BASE-FX 100BASE-T4 100BASE-T2

2、,物理层标准,任一时刻只能接收或发送 采用CSMA/CD访问机制 物理上有距离限制,半双工物理层,同一时刻可以发送和接收 最大吞吐量达到双倍速率 从根本上消除了半双工的物理距离限制,全双工物理层,双工方式,运行速率,全双工 半双工,10M 100M 1000M 10G,8种组合,自动协商,使用1ms的脉冲来携带自动协商信息。,16ms,每个大脉冲插入16小脉冲,自动协商实现基础,系统加电的时候，检测自动协商 标志，如果允许，则从配置寄存 器读出支持模式标志，编码后通 过空闲脉冲发送出去。发送出去 的编码格式称为基页。 如果接收到对方的基页，则跟自己发送的基页比较，找出支持能 力的交集，选取最优

3、组合运行。,双工模式,运行速率,流量控制,.,101001010111000101001101010101.,编码支持能力,运行速率,双工模式,100M 10M,全双工 半双工,运行速率,双工模式,100M 10M,全双工 半双工,100M，全双工,协商原则,它只能连接一种类型的物理线路,集线器I类,可以连接不同的物理介质 相当于一条高速总线，使用CSMA/CD方式工作。,集线器II类,图中各PC机安装了10/100M自适应网卡，交换机和HUB都支持自动协商，请问： PCA和交换机之间工作在什么方式？ PCB和HUB之间工作在什么方式？ HUB和交换机之间工作在什么方式？,PCA,PCB,总结

4、与思考,HUB,LAN switch,内容提要,以太网物理层,以太网数据链路层,以太网交换机,VLAN,千兆以太网,二层组播,生成树协议,网络层,数据链路层,物理层,LLC子层,MAC子层,数据链路层位置和结构,半双工MAC跟物理层之间至少有六种信号： 接收数据线 发送数据线 接收数据指示 发送数据指示 载波侦听 冲突发生,HalfDuplexMAC,Physical_Layer,数据线,指示信号,冲突和检测信号,MAC子层半双工MAC（CSMA/CD）,全双工MAC跟物理层之间至少有四种信号： 接收数据线 发送数据线 接收数据指示 发送数据指示,HalfDuplexMAC,Physical_

5、Layer,数据线,指示信号,MAC子层全双工MAC,针对不同的物理介质提供不同的MAC层面来访问。 针对不同的双工模式，Ethernet划分为半双工MAC和全双工MAC。,LLC子层,TokenRingMAC,EthernetMAC,FDDIMAC,HalfDuplexMAC,FullDuplexMAC,MAC子层位置,LLC子层,MAC子层,DSAP,SSAP,Control,8bit,8bit,8/16bit,DMAC,SMAC,Length,LLC,DATA/FCS,IEEE802.3帧结构,LLC子层帧结构和服务,LLC层维护一张以DSAP为索引的函数 列表，每接收到一个数据包，以D

6、SAP 为索引调用相应的函数，该函数把数 据包挂到相应接收队列。,.,函数列表,OnReceivedData_IP(Length,PDU) OnReceivedData_IPX(Length,PDU) OnReceivedData_NetBEUI(Length,PDU) OnReceivedData_05(Length,PDU) OnReceivedData_06(Length,PDU) .,126,SSAP,Control,LLC子层数据的上层分发,Ethernet_II,DMAC,SMAC,Length/T,DATA/PAD,FCS,Length/Type值,含义,Length/T 150

7、0 Length/T = 1500,代表了该帧的类型 代表了该帧的长度,802.3,以太网帧结构,内容提要,以太网物理层,以太网数据链路层,以太网交换机,VLAN,千兆以太网,二层组播,生成树协议,.,RX TX,RX TX,接 收 缓 冲 区,发 送 缓 冲 区,高速背板总线,物理接口,交换机工作过程： 1. 接收数据并缓冲； 2. 缓冲发送的数据； 3. 利用总线完成接口交换。 注意： 发送缓冲区要比接收缓冲区 大。,交换机基础结构,交换机维持一个CAM表，这个表决定交换机的转发过程。 每接收到一个MAC帧，则剥取源MAC建立CAM项，然后向所有端口转发该帧。,MAC,出口集合,1234.

8、ABCD.0001 1234.ABCD.0002 1234.ADCB.0005 . .,1 2 3 . .,交换机工作过程学习,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。 在单播的情况下，出口列表集合只 有一个元素，但在多播情况下，出 口列表集合就可能不只一个元素。 CAUTION： 多播情况下，CAM表项的建立不是 通过学习得到的，而是通过IGMP 窥探，CGMP等协议获得的。,1234.ABCD.0001,1234.ADCB.0005,MAC,出口集合,1234.ABCD.0001 1234.ABCD.0002 1234.ADCB.0005

9、 . .,1 2 3 . .,交换机工作过程转发,内容提要,以太网物理层,以太网数据链路层,以太网交换机,VLAN,千兆以太网,二层组播,生成树协议,划分VLAN的目的： 抑制广播 安全性考虑 管理方便 VLAN划分方式： 基于端口 基于MAC地址 基于第三层协议,VLAN基本概念,可以通过配置的形式明确指定 端口所属的VLAN。 特点： 配置简单 含义明确 与实际联系紧密 应用广泛,划分方式基于端口,通过MAC地址指定端口的VLAN， 需要服务器和客户端的支持。 特点： 安全性高 配置比较烦琐,1234.ABCD.0001 100 1234.ABCD.0002 200 1234.ABCD.0

10、003 100 1234.ABCD.0004 200 . .,Server,1234.ABCD.0001,1234.ABCD.0003,划分方式基于MAC地址,实际应用中，VLAN往往跨越多个 交换机。这时候，需要交换机的某 些端口有特殊的能力。,1234.ABCD.0001,1234.ABCD.0003,跨越交换机的VLAN,两个交换机间用来传递VLAN通信的 链路称为TRUNK。 在TAG链路上传输的帧携带VLAN ID， 用来正确的区分帧所属的VLAN。,1234.ABCD.0001,1234.ABCD.0003,Trunk链路,TRUNK链路,在TAG链路上传输这种类型的帧， 对端交换

11、机根据802.1q中的VLAN ID来区分正确的VLAN,然后向该 VLAN包含的端口转发.,D_Addr,S_Addr,802.1q,L/T,DATA,TYPE,PRI/CFI/VID,NAME,VLUE,TYPE PRI CFI VID,8100 优先级 用于环形结构网络 VLAN ID,802.1q帧格式,端口类型,类型含义,TAGED 非TAGED,能接收包含VLAN ID帧的端口,常用作 交换机间连接 不能识别VLAN ID 帧,用来连接终端 既能识别标记帧,又能 接收非标记帧,有一个 默认VLAN用于接收到 的非标记帧.,链路类型,类型含义,TAGED ACCESS,交换机间链路,

12、传输 的帧携带VLAN信息 ,如果在该链路上接收 到不包含VLAN信息 的帧,则按照配置动作. 不能识别包含VLANID 的帧,连接终端.,交换机端口类型和交换机间链路类型,混合,如果没有服务质量保证， 关键性业务可能因为得 不到带宽而受影响,以太网QoS保证,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,以太网QoS保证,D_Addr,S_Addr,802.1q,L/T,DATA,TYPE,PRI/CFI/VID,优先级,队列,0 1 2 3 4 5 6 7,1,2,优先级,队列,0 1 2 3 4 5 6 7,1,2,3,优先级跟交

13、换机发送队列的对应关系,内容提要,以太网物理层,以太网数据链路层,以太网交换机,VLAN,千兆以太网,二层组播,生成树协议,01010101 10101010 .,0101010101 1010101010 .,链路层,物理层,千兆以太网物理层8B10B编码,8B10B不对称影射 10B：1024种组合 8B： 256 种组合 数据代码组 特殊代码组 保留代码组,代码组,特殊代码组,特殊代码组,有序集,有序集,链路层数据,有序集,把数据封装在有序集中进行传输,一个或多个特殊代码组的整体是有序集， 有序集是特殊代码 的组合 有序集是个整体 在传输链路层数据的时候，在数据前后添加有序集，指示传输的

14、开始,有序集和数据封装,Start_Of_Packet 在传输具体数据的开始，发送该有序集。 IDLE 在没有数据传输的时候，物理链路也不空闲，而是传输该有序 集来保持激活状态。 End_Of_Packet 具体数据传输结束的时候发送该有序集，指示数据传输结束。 Configuration 封装自动协商数据,有序集示例,大量数据,PAUSE帧,流量控制,终端设备把自己支持的能力编码到上述形式的基页中， 发送给对方，相互比较，按照最优的原则选择运行方式。,自动协商,内容提要,以太网物理层,以太网数据链路层,以太网交换机,VLAN,千兆以太网,二层组播,生成树协议,媒体流服务器,媒体流接收端,概念

15、,媒体流服务器,IGMP加入消息,每当终端想要接收针对组G的组播 数据时，它发出IGMP加入消息，交 换机探测到这个消息，建立转发项 （G，I），其中I为终端所在的端 口。若另外有终端也加入G，则交 换机仅仅把另外终端所在端口加入 转发项即可。,IGMP窥探,媒体流服务器,针对组G的组播数据流,交换机必须检测每个组G的组播数据包。,IGMP窥探存在的问题,媒体流服务器,GMRP请求消息,组播数据流,GMRP：General Multicast Register Protocol GMRP是一种交换设备和交换设备之 间，交换设备和终端设备之间的信息 交流协议，用来表达自己的请求和分 发自己的本地

16、信息。,GMRP协议,内容提要,以太网物理层,以太网数据链路层,以太网交换机,VLAN,千兆以太网,二层组播,生成树协议,为了提高冗错性，交换机往往通过多条链路连接上层交换机，假设其中一条链路断了，可以有另外一条备用。,冗余链路,这时候，如果交换机接收到一个广播包，则向所有两条上行链路上转发，核心层交换机接收到以后，互相转发，这样最终形成环路，带来网络风暴。,冗余链路带来的问题,SPT协议把该端口阻塞,生成树协议,SPT运行的最终结果就是生成一棵无环树来充当转发路径。,ROOT,无环数,交换机优先级 端口成本 端口优先级 根交换机 根端口 指定交换机 指定端口 交换机标识,ROOT,生成树协议基本概念,交换机复位，从各端口发送BPDU包，进行根交换机的选举。最后具有最小优先级的交换机成为根交换机。,根ID,发送ID,COST,优先级,M