第1章交换机和交换式以太网要点.ppt

1、路由和交换技术，第1章，第1章交换机和交换式以太网，本章的主要内容是以太网概述；以太网从共享到交换：交换机转发模式和交换机结构；以太网标准，2，1.1以太网概述，本讲座的主要内容是以太网的发展过程；以太网架构；以太网拓扑。1.以太网的发展历程，以太网诞生于1972年；1979年，10Mb/s以太网规范发布；个人电脑以太网卡诞生于1982年；1986年，双绞线以太网标准10BaseT诞生，这催生了布线系统；以太网交换机于1990年问世；100兆位/秒以太网标准诞生于1992年；1Gb/S以太网标准诞生于1996年；10Gb/S以太网标准诞生于2002年。这两个以太网的名字是不同的，一个是以太网，

2、另一个是IEEE 80.3局域网，因为IEEE 802委员会定义了各种局域网，比如环网和以太网，这些网络的MAC层是不一样的，为了屏蔽MAC层的差异，定义了LLC层，这就是局域网的架构。后来，以太网主宰了世界，而以太网是局域网，所以不需要有限责任公司层。2.以太网架构、局域网架构、以太网架构；5.以太网拓扑。拓扑学是研究拓扑学中由点和线组成的几何图形的一种方法。用这种方法，计算机网络可以看作是由一组节点和链路组成的几何图形，这些节点和链路组成的几何图形就是网络的拓扑结构。6、3、以太网拓扑，总线、星形、环形、树形、网状、星形级联，良好的容错性，复杂的路由，以太网必须辅以生成树算法。以太网使用的

3、拓扑结构，将终端与集线器或交换机连接起来。可以隔离错误并实现集成布线。特定的环形网络、良好的容错性、最早的以太网特征总线拓扑、作为总线竞争算法的CSMA/光盘以及作为物理层的曼彻斯特编码基带信号传输模式。很简单，但是一个终端出错，整个网络瘫痪。早期以太网采用的拓扑结构采用总线竞争算法，终端接入总线功能由链路层实现，因此称为媒体接入控制层。7、1.2以太网从共享到交换，本课主要讲述总线以太网；透明桥和冲突域分割。八，一。总线以太网，这个讲座的媒体访问控制地址；媒体访问控制帧结构；CSMA/光盘操作流程；冲突域直径和最短帧长度；集线器和星形以太网架构。曼彻斯特编码解决了位同步、帧边界和总线状态的问

4、题；媒体访问控制帧结构解决了终端封装数据格式和终端寻址问题；CSMA/光盘解决了公平竞争总线的问题。1总线以太网、信号识别和总线状态问题。解决问题和数据封装问题。框架边界问题。公平竞争总线问题。任意两个终端之间的数据传输，10，2MAC地址，48位地址；高24位是企业标识符，低24位唯一标识企业生成的网卡；48位中的所有1都是广播地址；第一个字节的最低有效位是0，表示单播地址，1表示多播地址。第一个字节的低位(G/L)是0，表示它是本地地址，1是全局地址。11，媒体访问控制帧结构，每个字段的含义：前同步码：7字节10101010。帧起始分隔符：1字节10101011。源地址和目的地址：48位媒

5、体访问控制地址。类型：数据字段中的数据类型。数据：通过以太网传输的信息。FCS:在传输过程中检测到错误。曼彻斯特编码、前导码和帧起始定界符解决了媒体访问控制帧的帧定界问题。12.通过总线传输的媒体访问控制帧由现场总线控制系统检查，错误被丢弃而不重新传输。错误丢弃的媒体访问控制帧不通过以太网处理，而是通过更高级别的协议来解决。媒体访问控制帧传输的可靠性非常高。类似于普通邮件服务。邮政系统是以太网，信件的发送者和接收者是高级协议。，媒体访问控制帧结构，13，基带传输，总结，信号同步，曼彻斯特编码，分组交换网络，媒体访问控制帧，控制字段的含义，14，曼彻斯特编码解决了位同步，帧边界和总线状态的问题。

6、媒体访问控制帧结构解决了终端封装数据格式和终端寻址、公平总线竞争、CSMA/光盘操作过程、信号识别和总线状态等问题。解决问题和数据封装问题。框架边界问题。公平竞争总线问题。任意两个终端之间的数据传输、15、CSMA/光盘(算法)后延算法、捕获效果、冲突域直径和最短帧长度、总线争用算法、16、CSMA/光盘操作过程中，数据只能在总线空闲时发送。因此，在发送之前，先听听总线上是否有载波。由于信号传播需要时间(通过有线介质传输电信号的速率为(2/3)c)，两个终端可能会同时检测到总线空闲并发送数据。因此，仍然有必要在传输过程中监控冲突的发生。如果两个终端同时检测到总线空闲，它们将发送数据，这将不可避

7、免地导致冲突，然后在一段延迟时间后发送。CSMA/光盘操作流程、CSMA/光盘(载波侦听、多点访问/冲突检测)需要解决哪些问题？17、CSMA/光盘工作流程，先听后谈无载体总线发送数据，边听边说，边发送数据边监控是否有冲突，然后谈一旦有冲突，延迟一段时间，再重发，两个终端的延迟时间必须不同，CSMA/光盘操作流程，原则：先听后发，边听边发，冲突中停止发送，随机延迟后重发。18，退避延迟算法要求在冲突之后，终端的退避时间不同于并且短于其他终端。如果符合要求，退避时间应尽可能短。它能自动适应不同的负载。退避延迟算法，CSMA/光盘操作过程，19，K是冲突数。开始时，K=0。每次有冲突，k将增加1，

8、但是k不能超过10。因此，KMIN冲突的数量是10。从整数集合0，1，2K-1中随机选择一个整数r。根据r，计算退避时间T=RxT(T=51.2秒)。如果在16次连续重传后检测到冲突，则传输终止并报告给更高层协议。20、退避延迟算法实现随机选择功能，以保证每个终端选择的延迟时间尽可能不同。随着碰撞次数的增加，随机数选择的范围不断扩大，降低了不同终端选择相同延迟时间的概率，并自动适应总线负载。基本延迟时间差大于最远端点的传播时间。冲突局势不能无限期重复。向后延迟算法，CSMA/光盘操作过程，21。捕获效果，当终端甲和终端乙同时发送数据时，存在冲突，终端甲选择0延时，终端乙选择51.2秒延时，终端

9、甲成功发送。终端a再次发送数据，并再次与终端b发生冲突。端子a的K=1，端子b的K=2。终端a选择较小延迟的概率大于终端b，并且终端a成功地再次发送它。CSMA/光盘操作过程，22，捕获效果、捕获效果的后果捕获效果使单个终端独占总线带宽，捕获效果完全放弃了公平原则，这是CSMA/光盘的一个主要缺陷。在重负载下，捕获效应使得传输延迟无法估计，导致多媒体应用失败。CSMA/光盘操作流程，23。在总线以太网中，只允许一个终端发送数据，一旦两个(或多个)终端同时发送数据，就会发生冲突。因此，具有这种传输特性的网络所覆盖的地理范围被称为冲突域，在同一冲突域中相距最远的两个终端之间的物理距离被称为冲突域直

10、径。冲突域直径和最短帧长，24，冲突域直径和最短帧长，可用时间t表示，冲突域直径和距离r的关系为r=t (2/3) c。冲突域直径是总线以太网的最大传输距离，受这些因素的制约！25，col的直径CSMA/光盘和回退算法要求较轻的网络负载，这影响了电缆段的数量和冲突域的直径，但不是主要因素。主要原因是冲突域直径和最短帧长相互制约。27，冲突域直径和最短帧长度，并且在终端a发送t时间之后，终端b仍然认为总线空闲。如果终端B开始发送数据，它将立即发生冲突，终端B将立即检测到冲突，但终端A不会检测到冲突。在终端B发生冲突后，终端A需要T时间来检测冲突，这意味着在这种情况下，只有当终端A发送数据的时间大

11、于或等于2t时，才能检测到冲突。结论如果冲突域直径为t，则每帧的传输时间大于或等于2t！28、冲突域直径和最短帧长度，T=L/X，L=X T (T:终端传输时间，X:传输速率，L:数据长度，即媒体访问控制帧长度)LMIN=2 t X (t:冲突域直径，X:传输速率，LMIN:最短帧长度)总线以太网X=10兆位/秒如果终端A的传输速率增加到100兆位/秒或1000兆位/秒，最短帧长度和冲突域直径之间的关系是什么？29，如果T是常数，在100Mbps时，LMIN 225.6 10-6 108=5120 b=640 b 1000 Mbps，LMIN 2 25.6 10-6 109=51200b=64

12、00B，如果最短帧长度是常数(lmin=64b)，在100mbps时，t=T=LMIN/(2 X )=512/(2 109 )=0。t c (2/3)=512m 1000Mbps时为256s。1段电缆t c(2/3)51.2米，冲突域直径和最短帧长度，30，100Mbps以太网，LMIN=64B，t=2.56s秒，1段电缆512米，如果中间有中继器，距离为216米(标准推荐距离)1000Mbps以太网，LMIN=640B，t，冲突域直径和最短帧长度，31，集线器实际上是一个多端口中继器，从一个端口输入的信号经过放大和同步后连接集线器端口和终端的传输介质是双绞线。以集线器为中心的星形网络在物理上

13、是星形的，在逻辑上等同于总线形，但它仍然是一个冲突域，因为信号会传播到星形网络中的所有终端。集线器和星型以太网结构，32、简单星型网络结构以多端口集线器为核心设备；双绞线电缆，两端连接RJ-45标准插头，一端插入集线器的RJ-45端口，另一端插入计算机网卡的RJ-45端口。33、总线以太网CSMA/光盘算法和回退算法的缺陷决定了以太网只能在轻负载下正常工作。CSMA/光盘算法和回退算法不是公平竞争总线算法，会导致捕获效应。冲突域直径和最短帧长度之间的关系使得以太网速率的开发非常困难。以太网必须有一场技术革命，否则，它将被淘汰！总线以太网概要，34。第二，透明桥和冲突域分割。本讲座主要讲述桥梁分

14、割冲突领域的原理；网桥根据转发表转发媒体访问控制帧；桥梁工作流程；通过网桥无限扩展以太网；全双工通信延长了传输距离，无需中继；透明桥梁的含义；桥梁工作流程示例。35，用桥划分冲突域的原则。如果总线以太网或集线器中心星形以太网的传输速率提高到100兆位/秒和1000兆位/秒，冲突域的距离直径将减少到几百米和几十米，网络将失去其实际意义。必须有一个设备可以将多个小的冲突域互连成一个大的以太网，这个设备就是一个网桥。36，网桥通过阻断电信号使连接到每个端口的网络成为独立的总线网络；作为数据包转发设备，网桥可以在不同的总线网络之间转发媒体访问控制帧。37，网桥采用数据报包交换机制，转发表通过端口号给出

15、每个终端所在的总线网络；网桥用媒体访问控制帧的目的地址搜索转发表，确定目的终端所在的总线网络，并将媒体访问控制帧发送到总线。媒体访问控制地址转发端口媒体访问控制端口1MAC B端口1MAC C端口2MAC D端口2，网桥根据转发表转发媒体访问控制帧，转发表38，隔离电信号。每个冲突域可以独立传输媒体访问控制帧，而不会相互影响。媒体访问控制帧可以在两个冲突域之间转发。允许源终端和目的终端不在同一冲突域中。媒体访问控制帧通过转发表在两个冲突域之间转发。根据媒体访问控制帧的目的媒体访问控制地址，确定转发端口，如果转发端口等于接收端口，则丢弃，否则从转发端口发送出去。如果地址学习部分从端口X接收到具有

16、源终端地址y的媒体访问控制帧，这意味着具有地址y的终端处于与端口X连接的冲突域中，并且可以通过端口X转发具有目的地址y的媒体访问控制帧.如果转发部分从端口X接收到目的终端地址为D的媒体访问控制帧，并且转发表指示地址为D的终端不在连接到端口X的冲突域中，它将从端口X发送媒体访问控制帧。在连接到端口X的冲突域中，媒体访问控制帧被丢弃。在转发表中找不到地址为d的条目，因此广播媒体访问控制帧。40，在转发表完全建立之前，所有终端都已经发送了媒体访问控制帧。在转发表完全建立之前，会广播和发送大量的媒体访问控制帧。当只有一个终端连接到网桥的每个端口时，仍然有一个冲突域，它覆盖网桥端口和连接的终端。解决冲突

17、域最彻底的方法是网桥的每个终端只与一个终端连接，终端与网桥端口进行全双工通信。在这种情况下，将桥接端口连接到终端的介质只能是双绞线或光纤。工作原理：学习源地址，过滤本地网络地址，转发不同网段的帧，广播未知帧。41，通过无数的桥互连无数的冲突域，这可以使以太网最远两端之间的距离无限；中继器只能使信号传输距离无限，但不能增加冲突域的直径；作为数据包转发设备，网桥转发媒体访问控制帧，而中继器仅再生信号。中继器(包括集线器)只处理物理层对象：信号，因此它是物理层设备，而网桥处理媒体访问控制层对象：媒体访问控制帧，因此它是链路层设备。网桥无限扩展以太网，42，未注册传输距离是指没有中继器的信号传播距离；无中继传输的距离主要取决于传输介质，如双绞线电信号为100米，光纤信号为几公里。如果冲突域的直径小于传输介质的信号无中继传输距离，冲突域的直径只能作为具有冲突域的网络的无中继距离；无中继传输距离最小冲突域直径和介质无中继传输距离全双工通信可以消除冲突域，因此无中继传输距离只与传输介质有关，不受冲突域直径的限制。全双工通信扩大了无中继的传输距离，43，6透明桥的意思，透明指的是某种物质的存在，但感觉不到它；透明网桥意味着终端在发送和接收媒体访问控制帧时不会感觉到网桥的存在。网桥工作过程示例，终端a终端d转发过程，MAC a 1，MAC a 1，MAC a 1，MAC a 1，MAC a 1