[計(jì)算機(jī)硬件及網(wǎng)絡(luò)]以太網(wǎng)二層交換原理PPT課件

2020/6/3,.,1,1.0,TB053001以太網(wǎng)二層交換原理,2020/6/3,.,2,學(xué)習(xí)目標(biāo),學(xué)習(xí)完本課程，您應(yīng)該能夠：掌握以太網(wǎng)二層交換基本原理掌握ET1二層交換基本原理,2020/6/3,.,3,SS61ET1S單板開局指導(dǎo)書SS42ET1O單板開局指導(dǎo)書,參考資料,2020/6/3,.,4,第一章IP原理第二章以太網(wǎng)原理第三章ET1二層交換原理,課程內(nèi)容,2020/6/3,.,5,互連網(wǎng)協(xié)議IP是TCP/IP體系中最重要的協(xié)議之一。與IP協(xié)議配套使用的還有三個(gè)協(xié)議：地址轉(zhuǎn)換協(xié)議ARPAddressResolutionProtocol反向地址轉(zhuǎn)換協(xié)議RARPReverseAddressResolutionProtocolInternet控制報(bào)文協(xié)議ICMPInternetControlMessageProtocol,TCP/IP的體系結(jié)構(gòu),2020/6/3,.,6,TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議結(jié)構(gòu),2020/6/3,.,7,從協(xié)議層次上看，可以把網(wǎng)絡(luò)互連分成四個(gè)層次：物理層：使用中繼器在不同的電纜段之間復(fù)制位信號(hào)鏈路層：使用橋在局域網(wǎng)之間存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)楨網(wǎng)絡(luò)層：使用路由器在不同的網(wǎng)絡(luò)之間存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)楨高層：使用協(xié)議轉(zhuǎn)換器提供更高層次的接口,TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議結(jié)構(gòu),2020/6/3,.,8,版本,首部長(zhǎng)度,服務(wù)類型,總,長(zhǎng),度,標(biāo),識(shí),標(biāo)志,段,偏,移,壽,命,協(xié),議,首,部,檢,驗(yàn),和,源,站,IP,地,址,目,的,站,IP,地,址,長(zhǎng),度,可,變,的,任,選,字,段,填,充,數(shù),據(jù),.,優(yōu)先級(jí),DTRC,未用,比特,04816192431,20,個(gè),字節(jié),固定,長(zhǎng)度,長(zhǎng)度,可變,01234567,IP數(shù)據(jù)包的格式,2020/6/3,.,9,0net-idhost-id,1,0net-idhost-id,1,1,0,net-idhost-id,1,1,1,0,組播地址,1,1,1,1,0,保留為今后使用,012348162431,A,類,B,類,C,類,D,類,E,類,net-id：網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)，host-id：主機(jī)標(biāo)識(shí),IP地址的分類,2020/6/3,.,10,主機(jī)號(hào)碼全0的IP地址，表示網(wǎng)絡(luò)的地址。如：202.38.160.0表示網(wǎng)絡(luò)號(hào)為202.38.160的網(wǎng)絡(luò)，通常用于配置網(wǎng)段路由。主機(jī)號(hào)碼全1的IP地址，表示廣播地址。如：202.38.160.255全1地址255.255.255.255，也表示廣播地址。多用于無(wú)盤工作站（啟動(dòng)時(shí)，無(wú)盤工作站不知道自己的網(wǎng)段地址）。網(wǎng)絡(luò)號(hào)碼為127.X.X.X，這樣的網(wǎng)絡(luò)號(hào)碼用作本地軟件回送測(cè)試（Loopbacktest）之用。如：127.0.0.1,IP地址的范圍,2020/6/3,.,11,在路由器中，尋找一條將報(bào)文從信源機(jī)傳往信宿機(jī)的傳輸路徑的過(guò)程，稱之為尋徑。在路由器中，尋徑采用的是表驅(qū)動(dòng)的方式。在Internet的各主機(jī)和網(wǎng)關(guān)上都包含一個(gè)路由表，指明去往某信宿機(jī)的路徑。在傳送報(bào)文時(shí)，根據(jù)報(bào)文的目的地址，查找路由表，得到一條去往目的地址的路徑。,IP路由,2020/6/3,.,12,.,128.89,171.69,AddressPrefix,I/F,0,1,0,1,1,128.89,171.69,0,你可以通過(guò)我連接到171.69,你可以通過(guò)我連接到128.89和171.69,路徑更新(OSPF,RIP.),你可以通過(guò)我連接到128.89,.,128.89,171.69,AddressPrefix,I/F,1,1,.,128.89,AddressPrefix,I/F,0,IP路由表的生成和更新,2020/6/3,.,13,PacketoverSDH/SONET(POS)或PPPoverSDH/SONET將IP包通過(guò)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議(PPP)映射到SDH/SONET傳輸幀(STM-n)中將路由器的處理能力和吞吐量提高到千兆比特每秒甚至更高以解決目前路由器的吞吐量不夠的問(wèn)題PPP利用類似HDLC幀(RFC1662)HDLC是非常老的技術(shù)處理HDLC幀是基于比特流，要進(jìn)行零比特的插入和抽取耗費(fèi)大量的CPU或硬件資源且效率不高PPP(RFC1661)封裝鏈路控制,IPoverSDH,2020/6/3,.,14,第一章IP原理第二章以太網(wǎng)原理第三章ET1二層交換原理,課程內(nèi)容,2020/6/3,.,15,通過(guò)IP層可以實(shí)現(xiàn)不同的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，反過(guò)來(lái)說(shuō)，IP層可以承載在多種鏈路層之上，如X.25、幀中繼、SDH、ATM等，而以太網(wǎng)技術(shù)（Ethernet）無(wú)疑是當(dāng)前IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)最常見的承載方式了。,TCP/IP,Ethernet,TokenRing,FR,ATM,X.25,PPP/SDH,高,層,協(xié),議,以太網(wǎng)技術(shù),2020/6/3,.,16,以太網(wǎng)是當(dāng)今TCP/IP采用的主要的局域網(wǎng)技術(shù)，最早是由數(shù)字設(shè)備公司（DEC）、英特爾公司和Xerox公司在1982年聯(lián)合公布的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。采用RFC894（以太網(wǎng)）封裝格式。幾年后，IEEE（電子電氣工程師協(xié)會(huì)）802委員會(huì)公布了一個(gè)稍有不同的標(biāo)準(zhǔn)集，采用了RFC1042（IEEE802）封裝格式。802.3協(xié)議族描述了以太網(wǎng)的相關(guān)規(guī)范，包括：802.3：定義了CSMA/CD標(biāo)準(zhǔn)的媒體訪問(wèn)控制MAC和物理層規(guī)范802.3u：定義100M的以太網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，為802.3的一部分。802.3z：定義1000M的以太網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，為802.3的一部分。,以太網(wǎng)技術(shù),2020/6/3,.,17,兩種幀格式都采用48bit（6字節(jié)）的目的地址和源地址，這也就是我們常說(shuō)的MAC地址，整個(gè)以太幀長(zhǎng)度在641518字節(jié)之間。,以太網(wǎng)幀格式,2020/6/3,.,18,以太網(wǎng)的MAC層的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是由IEEE802.3定義的，其標(biāo)準(zhǔn)叫做CSMA/CD標(biāo)準(zhǔn)，CSMA/CD的中文名字是載波監(jiān)聽多路訪問(wèn)/碰撞檢測(cè)，它與人際間的通話非常相似(即先聽再說(shuō))，假設(shè)很多人在聊天，但同一時(shí)間只允許一個(gè)人講話。CSMA/CD媒體訪問(wèn)方法可簡(jiǎn)單歸納為4步：第一步：如果媒體信道空閑，則可進(jìn)行發(fā)送。第二步：如果媒體信道有載波(忙)，則繼續(xù)對(duì)信道進(jìn)行監(jiān)聽，一旦發(fā)現(xiàn)空閑，便立即進(jìn)行發(fā)送。第三步：如果發(fā)送過(guò)程中檢測(cè)到砰闖，則停止自己的正常發(fā)送，轉(zhuǎn)而發(fā)送一短暫的干擾信號(hào)，強(qiáng)化碰撞信號(hào)，使LAN上所有站都知道出現(xiàn)了碰撞。第四步：發(fā)送了干擾信號(hào)后，避一隨機(jī)時(shí)間，重新嘗試發(fā)送。,CSMA/CD,2020/6/3,.,19,以太網(wǎng)分層結(jié)構(gòu),與ISO七層模型對(duì)應(yīng)，以太網(wǎng)對(duì)應(yīng)于七層模型的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。以太網(wǎng)定義的規(guī)范則包括了物理層；數(shù)據(jù)鏈路層的MAC子層。,2020/6/3,.,20,10M以太網(wǎng)物理層,常見10M以太網(wǎng)物理層分類：10BASE2:采用細(xì)同軸電纜接口的IEEE802.310Mb/s物理層規(guī)格10BASE5:采用粗同軸電纜接口的IEEE802.310Mb/s物理層規(guī)格10BASE-T:采用電話雙絞線的IEEE802.310Mb/s物理層規(guī)格10M以太網(wǎng)是世界上應(yīng)用最廣泛的局域網(wǎng)。10M以太網(wǎng)物理層定義了3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，分別是10Base-2（細(xì)纜）、10Base-5（粗纜）和10Base-T（雙絞線）。粗纜和細(xì)纜標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是總線型的，10Base-T（雙絞線標(biāo)準(zhǔn)）是后期出現(xiàn)的以太網(wǎng)絡(luò)，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是星型的，由于其組網(wǎng)方便，所以應(yīng)用十分廣泛。,2020/6/3,.,21,100M以太網(wǎng)物理層,常見100M以太網(wǎng)物理層分類：100BASE-FX:采用兩個(gè)光纖的IEEE802.3100Mb/s物理層規(guī)格100BASE-T:采用雙絞線的IEEE802.3100Mb/s物理層規(guī)格100BASE-TX:采用兩對(duì)5類非屏蔽雙絞線或屏蔽雙絞線的IEEE802.3100Mb/s物理層規(guī)格100M的物理層相對(duì)10M的物理層有許多的不同，主要表現(xiàn)為：網(wǎng)絡(luò)類型增加，10M的以太網(wǎng)只有共享式的以太網(wǎng)，發(fā)展到100M以太網(wǎng)時(shí)，出現(xiàn)了10/100M速率自適應(yīng)的，支持半雙工和全雙工的以太網(wǎng)；協(xié)商機(jī)制不同，10M以太網(wǎng)通過(guò)NLP脈沖來(lái)判斷連接狀態(tài)，即每隔16個(gè)毫秒發(fā)出鏈接信號(hào)，到100M以太網(wǎng)時(shí)，發(fā)展了一套自協(xié)商機(jī)制來(lái)進(jìn)行對(duì)接；,2020/6/3,.,22,常見1000M以太網(wǎng)物理層分類：1000BASE-CX:1000BASE-X在特制的屏蔽電纜傳輸?shù)慕涌谝?guī)格1000BASE-LX:1000BASE-X采用單模長(zhǎng)波激光器的規(guī)格1000BASE-SX:1000BASE-X采用多模短波激光器的規(guī)格1000BASE-T:采用四對(duì)五類平衡電纜的1000Mb/s物理層規(guī)格,1000M以太網(wǎng)物理層,2020/6/3,.,23,直連網(wǎng)線：一一對(duì)應(yīng)；交叉網(wǎng)線：1/3線交叉、2/6線交叉；,RJ45的引腳定義,雙絞線傳輸（一）,2020/6/3,.,24,說(shuō)明：無(wú)論標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)線還是交叉網(wǎng)線，均1、2用一對(duì)雙絞線（即絞在一起的兩根線），3、6用一對(duì)雙絞線，這樣，可保證這對(duì)雙絞線攜帶有相反極性信號(hào)，可以起到消隱噪聲的作用，延長(zhǎng)網(wǎng)線傳送的距離。,雙絞線傳輸（二）,2020/6/3,.,25,MAC層即媒體接入控制（MediaAccessControl）層，在OSI網(wǎng)絡(luò)模型中屬于第2層即數(shù)據(jù)鏈路層（DateLinkLayer）。MAC層的功能主要有：組幀尋址.控制和維護(hù)各種MAC協(xié)議差錯(cuò)檢測(cè)與校正,以實(shí)現(xiàn)無(wú)差錯(cuò)通信定義各種媒體訪問(wèn)規(guī)則,以太網(wǎng)MAC層,2020/6/3,.,26,介質(zhì)訪問(wèn)控制（MAC）地址（亦稱物理地址）用于識(shí)別局域網(wǎng)的目標(biāo)地址，與局域網(wǎng)相連接的每一塊網(wǎng)卡必須有一個(gè)在此局域網(wǎng)上可惟一識(shí)別的MAC地址。MAC地址由48位（6字節(jié)）構(gòu)成，地址以X打頭，后跟由短線分隔的6個(gè)字節(jié)；例如：X00-60-08-BD-7C-1E；其中前三個(gè)字節(jié)為機(jī)構(gòu)惟一標(biāo)志符（OUI）,在win2000中，可通過(guò)命令“ipconfig/all”來(lái)查詢網(wǎng)卡的MAC地址,以太網(wǎng)MAC地址,2020/6/3,.,27,VirtualLANs是虛擬局域網(wǎng)的意思，它可以將以太網(wǎng)交換機(jī)的多個(gè)以太網(wǎng)口劃分為幾個(gè)組，如研發(fā)組，財(cái)會(huì)組，市場(chǎng)組等，這樣，組內(nèi)的各個(gè)用戶就象在同一個(gè)局域網(wǎng)內(nèi)(可能協(xié)議組的用戶位于很多的交換機(jī)上，而非一個(gè)交換機(jī))一樣，同時(shí)，不是本組的用戶也無(wú)法訪問(wèn)本組的成員。,VLAN（一）,2020/6/3,.,28,劃分VLAN的目的：1.抑制廣播2.安全性考慮3.管理方便VLAN劃分方式：1.基于端口2.基于MAC地址3.基于第三層協(xié)議4.基于組播組,VLAN基本概念,VLAN（二）,2020/6/3,.,29,802.1q幀格式,在TRUNK（兩個(gè)交換機(jī)間用來(lái)傳遞VLAN通信的鏈路）上傳輸這種類型的幀，對(duì)端交換機(jī)根據(jù)802.1q中的VLANID來(lái)區(qū)分正確的VLAN,然后向該VLAN包含的端口轉(zhuǎn)發(fā).,D_Addr,S_Addr,802.1q,L/T,DATA,TYPE,PRI/CFI/VID,NAME,VLUE,TYPEPRICFIVID,8100優(yōu)先級(jí)用于環(huán)形結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)VLANID,VLAN（三）,2020/6/3,.,30,為了提高冗錯(cuò)性，交換機(jī)往往通過(guò)多條鏈路連接上層交換機(jī)，假設(shè)其中一條鏈路斷了，可以有另外一條備用。但冗余鏈路會(huì)引起廣播風(fēng)暴。,冗余鏈路,生成樹協(xié)議（一）,2020/6/3,.,31,運(yùn)行STP協(xié)議，自動(dòng)把冗余端口阻塞，如果鏈路故障，則自動(dòng)把阻塞的端口解開，進(jìn)入轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)。,運(yùn)行生成樹協(xié)議，可以解決這個(gè)問(wèn)題,STP協(xié)議把該端口阻塞,生成樹協(xié)議（二）,2020/6/3,.,32,STP運(yùn)行的最終結(jié)果就是生成一棵無(wú)環(huán)樹來(lái)充當(dāng)轉(zhuǎn)發(fā)路徑。（見紅色路徑）,生成樹協(xié)議目標(biāo)生成一棵無(wú)環(huán)樹,生成樹協(xié)議（三）,2020/6/3,.,33,媒體流服務(wù)器,媒體流接收端,組播，Multicast，采用了組地址的概念，把需要數(shù)據(jù)的用戶編入用戶組，并利用一些高級(jí)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議來(lái)確保最經(jīng)濟(jì)地利用帶寬，把數(shù)據(jù)通過(guò)用戶組傳遞給真正需要的用戶。不同于廣播，組播針對(duì)網(wǎng)絡(luò)終端的一個(gè)子集。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)上只有部分終端需要某種數(shù)據(jù)的時(shí)候，采用組播方式最方便。,組播,2020/6/3,.,34,物理層連接設(shè)備,常見以太網(wǎng)設(shè)備HUB,2020/6/3,.,35,常見以太網(wǎng)設(shè)備HUB工作原理,2020/6/3,.,36,HUB對(duì)所連接的LAN只做信號(hào)的中繼，所有的物理設(shè)備構(gòu)成了一個(gè)沖突域。,常見以太網(wǎng)設(shè)備HUB沖突域,2020/6/3,.,37,常見以太網(wǎng)設(shè)備二層交換機(jī),2020/6/3,.,38,常見以太網(wǎng)設(shè)備二層交換機(jī)原理,二層交換機(jī)原理：接收網(wǎng)段上的所有數(shù)據(jù)幀；利用接收數(shù)據(jù)幀中的源MAC地址來(lái)建立MAC地址表（源地址自學(xué)習(xí)），使用地址老化機(jī)制進(jìn)行地址表維護(hù)；在MAC地址表中查找數(shù)據(jù)幀中的目的MAC地址，如果找到就將該數(shù)據(jù)幀發(fā)送到相應(yīng)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）發(fā)送；向所有端口（不包括源端口）轉(zhuǎn)發(fā)廣播幀和多播幀。,2020/6/3,.,39,常見以太網(wǎng)設(shè)備二層交換機(jī)硬件結(jié)構(gòu),L2的轉(zhuǎn)發(fā)完全由硬件通過(guò)ASIC實(shí)現(xiàn)。,2020/6/3,.,40,實(shí)現(xiàn)全雙工的物質(zhì)保證：支持全雙工的網(wǎng)卡芯片收發(fā)線路完全分離物理介質(zhì)點(diǎn)到點(diǎn)的連接（HUB都是半雙工的）。,全雙工對(duì)以太網(wǎng)技術(shù)的影響：最大吞吐量達(dá)到雙倍速率；從根本上解決了以太網(wǎng)的沖突問(wèn)題，以太網(wǎng)從此告別CSMA/CD。,支持全雙工的設(shè)備：最近10年制造的網(wǎng)卡、L2、路由器，HUB除外。,常見以太網(wǎng)設(shè)備二層交換機(jī)特點(diǎn),2020/6/3,.,41,L2對(duì)所接收到的數(shù)據(jù)幀根據(jù)MAC地址進(jìn)行二層轉(zhuǎn)發(fā)，沖突域被限制到了一個(gè)端口上。但是無(wú)法限制廣播域的大小。,常見以太網(wǎng)設(shè)備二層交換機(jī)沖突域,2020/6/3,.,42,第一章IP原理第二章以太網(wǎng)原理第三章ET1二層交換原理,課程內(nèi)容,2020/6/3,.,43,提供以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的二層交換功能。支持端口側(cè)和鏈路側(cè)MAC層交換，提供8K容量的MAC地址自學(xué)習(xí)，遵循IEEE802.1d生成樹協(xié)議。最多能服務(wù)于8個(gè)獨(dú)立用戶群（IUG：IndependentUserGroup），每個(gè)IUG可以根據(jù)需要占用多個(gè)物理端口。端口支持流分類，每個(gè)端口支持按照VLAN和ToS的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行流的隊(duì)列調(diào)度和統(tǒng)計(jì)復(fù)用。RMON功能提供以太網(wǎng)性能的監(jiān)控及基于幀的性能統(tǒng)計(jì)、上報(bào)，同時(shí)提供告警上報(bào)等功能。能夠提供基于SDH的網(wǎng)絡(luò)級(jí)保護(hù)，生成樹協(xié)議提供二層保護(hù)及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋬?yōu)化的功能。,ET1二層交換單板的功能：,ET1二層交換單板功能,2020/6/3,.,44,每塊單板都有一個(gè)固定的MAC地址，在單板軟件加載時(shí)輸入。MAC地址由華為公司統(tǒng)一分配，這個(gè)地址是全球唯一的。,關(guān)于ET1二層交換單板的MAC地址：,ET1二層交換單板功能,2020/6/3,.,45,關(guān)于源MAC地址的學(xué)習(xí)和動(dòng)態(tài)路由表的更新：,通過(guò)自學(xué)習(xí)建立的路由表，支持8K的MAC地址路由表,無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)MAC地址路由表的完全的預(yù)先配置,需要建立動(dòng)態(tài)路由表,地址路由表的存儲(chǔ)空間,老化時(shí)間,允許接入的終端的數(shù)量和MAC地址都是不確定的,ET1二層交換單板功能,2020/6/3,.,46,具有同一用戶ID號(hào)的端口（包括MAC端口及VCTRUNK端口）為一個(gè)群組，任何報(bào)文都限制在用戶組內(nèi)。,關(guān)于用戶ID：,ET1二層交換單板功能,2020/6/3,.,47,VLAN過(guò)濾表包含用戶ID、VLAN和端口三