Cisco CCIE R-S V5.0 課程：第一學(xué)期-第5章 以太網(wǎng)

第5章:以太網(wǎng)

Ethernet第一學(xué)期：網(wǎng)絡(luò)簡介IntroductiontoNetworks學(xué)習(xí)目標描述以太網(wǎng)子層的操作。識別以太網(wǎng)幀的主要字段。描述以太網(wǎng)MAC地址的用途和特征。比較MAC地址和IP地址的作用。描述ARP的用途。解釋ARP請求如何影響網(wǎng)絡(luò)和主機性能。解釋基本的交換概念。比較固定配置和模塊化交換機。配置第3層交換機。第5章以太網(wǎng)5.0簡介5.1以太網(wǎng)協(xié)議5.2地址解析協(xié)議5.3LAN交換機5.4總結(jié)5.1以太網(wǎng)協(xié)議

EthernetProtocol以太網(wǎng)工作原理

LLC和MAC子層以太網(wǎng)–使用最廣泛的LAN技術(shù)

在數(shù)據(jù)鏈路層和物理層運行

是IEEE802.2和802.3標準中定義的一系列網(wǎng)絡(luò)技術(shù)支持的數(shù)據(jù)帶寬包括10、100、1000、10,000、40,000和100,000Mbps(100Gbps)以太網(wǎng)標準

–定義第2層協(xié)議和第1層技術(shù)

依靠數(shù)據(jù)鏈路層的兩個單獨子層運行-邏輯鏈路控制(LLC)和MAC子層。以太網(wǎng)工作原理

LLC和MAC子層以太網(wǎng)工作原理

LLC和MAC子層以太網(wǎng)工作原理

LLC和MAC子層LLC處理上層和下層之間的通信獲取網(wǎng)絡(luò)協(xié)議數(shù)據(jù)并加入控制信息，以幫助將數(shù)據(jù)包傳送到目的地

MAC構(gòu)成數(shù)據(jù)鏈路層的較低子層由硬件實施，通常在計算機網(wǎng)卡中實施兩項主要職責(zé)：

數(shù)據(jù)封裝

介質(zhì)訪問控制以太網(wǎng)工作原理

MAC子層以太網(wǎng)工作原理

MAC子層數(shù)據(jù)封裝發(fā)送前的幀組裝和收到幀時的幀解析MAC層向網(wǎng)絡(luò)層PDU添加報頭和報尾提供三個主要功能幀定界–確定構(gòu)成幀的一組位，并對發(fā)送節(jié)點與接收節(jié)點進行同步尋址–幀中加入的每個以太網(wǎng)幀頭都含有物理地址（MAC地址），使幀能夠傳送到目的節(jié)點錯誤檢測–每個以太網(wǎng)幀都包含幀尾，其中含有幀內(nèi)容的循環(huán)冗余校驗(CRC)以太網(wǎng)工作原理

MAC子層介質(zhì)訪問控制負責(zé)在介質(zhì)上放置幀和從介質(zhì)上移除幀與物理層直接通信如果單個介質(zhì)上的多個設(shè)備同時嘗試轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，則數(shù)據(jù)將發(fā)生沖突，導(dǎo)致數(shù)據(jù)損壞或不可用。以太網(wǎng)通過使用載波偵聽多路訪問(CSMA)技術(shù)提供一種方法來控制節(jié)點共享訪問的方式。以太網(wǎng)工作原理

介質(zhì)訪問控制載波偵聽多路訪問

(CSMA)過程用于首先檢測介質(zhì)是否正在傳送信號如果未檢測到載波信號，則設(shè)備開始傳輸數(shù)據(jù)如果兩臺設(shè)備同時傳輸-

數(shù)據(jù)沖突以太網(wǎng)工作原理

介質(zhì)訪問控制兩種常用方法為：載波偵聽多路訪問/沖突檢測

(CSMA/CD)設(shè)備監(jiān)控介質(zhì)中是否存在數(shù)據(jù)信號若無數(shù)據(jù)信號，則表示介質(zhì)處于空閑狀態(tài)，設(shè)備可傳輸數(shù)據(jù)如果隨后檢測到另一設(shè)備此時正在進行傳輸，所有設(shè)備將停止發(fā)送并在稍后重試雖然以太網(wǎng)絡(luò)在設(shè)計時要求使用CSMA/CD技術(shù)，但使用現(xiàn)在的中間設(shè)備，并不會發(fā)生沖突而且CSMA/CD所采用的過程也毫無必要以太網(wǎng)工作原理

介質(zhì)訪問控制CSMA/沖突避免(CSMA/CA)設(shè)備會檢查介質(zhì)中是否存在數(shù)據(jù)信號-如果介質(zhì)空閑，則設(shè)備將通過它想要使用的介質(zhì)發(fā)送通知然后，設(shè)備開始發(fā)送數(shù)據(jù)。由802.11無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)使用以太網(wǎng)工作原理

MAC地址：以太網(wǎng)身份第2層以太網(wǎng)MAC地址是一種表示為12個十六進制數(shù)字的48位二進制值。IEEE

要求廠商遵守兩條簡單的規(guī)定：必須使用該供應(yīng)商分配的OUI作為前3個字節(jié)OUI相同的所有MAC地址的最后3個字節(jié)必須分配唯一的值以太網(wǎng)工作原理

幀處理以太網(wǎng)工作原理

幀處理為工作站、服務(wù)器、打印機、交換機和路由器分配的MAC地址

MAC地址示例：

00-05-9A-3C-78-00、

00:05:9A:3C:78:00,或

0005.9A3C.7800將消息轉(zhuǎn)發(fā)到以太網(wǎng)絡(luò)，向數(shù)據(jù)包中添加報頭信息

，包含源MAC地址和目的MAC地址每個網(wǎng)卡都會查看信息，以確定幀中的目的MAC地址是否與設(shè)備RAM中存儲的物理MAC地址匹配：如果不匹配，則設(shè)備將丟棄此幀如果與幀中的目的MAC匹配，則網(wǎng)卡會將幀向上傳送到OSI層進行解封處理以太網(wǎng)幀屬性

以太網(wǎng)封裝以太網(wǎng)的早期版本速度非常慢，只有

10Mbps現(xiàn)在的運行速度已經(jīng)超過每秒10千兆（吉比特）以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu)向第3層PDU添加幀頭和幀尾來封裝所發(fā)送的報文以太網(wǎng)幀屬性

以太網(wǎng)幀大小以太網(wǎng)II標準和IEEE802.3標準將最小的幀定義為64個字節(jié)，最大的幀定義為1518個字節(jié)長度小于64個字節(jié)將被視為“沖突碎片”或“殘幀”。如果發(fā)送的幀小于最小值或者大于最大值，接收設(shè)備將會丟棄該幀

在物理層，不同版本的以太網(wǎng)用于在介質(zhì)中檢測和放置數(shù)據(jù)的方法不同以太網(wǎng)幀屬性

以太網(wǎng)幀大小該圖顯示了802.1QVLAN標記中所包含的字段。以太網(wǎng)幀屬性

以太網(wǎng)幀簡介前導(dǎo)碼和幀首定界符字段用于同步發(fā)送設(shè)備與接收設(shè)備長度/類型字段定義幀的數(shù)據(jù)字段的確切長度/描述實施的協(xié)議數(shù)據(jù)和填充位字段包含來自更高層的封裝數(shù)據(jù)（IPv4數(shù)據(jù)包）以太網(wǎng)MAC

MAC地址和十六進制以太網(wǎng)MAC

MAC地址表示方式以太網(wǎng)MAC

單播MAC地址以太網(wǎng)MAC

廣播MAC地址在以太網(wǎng)中，廣播MAC地址長48位，全部為1，以十六進制顯示時則為FF-FF-FF-FF-FF-FF.以太網(wǎng)MAC

組播MAC地址組播MAC地址是一個特殊的十六進制數(shù)值，以01-00-5E開頭。MAC和IP

MAC和IPMAC地址該地址不會改變

類似于人的名字稱為物理地址，因為實際分配給主機的網(wǎng)卡

IP地址類似于人的住址

以主機的實際位置為基礎(chǔ)稱為邏輯地址，因為是按邏輯分配的由網(wǎng)絡(luò)管理員分配給每臺主機計算機要實現(xiàn)通信，同時需要物理MAC地址和邏輯IP地址

以太網(wǎng)MAC

端到端連接、MAC和IP以太網(wǎng)MAC

端到端連接、MAC和IP5.2地址解析協(xié)議

AddressResolutionProtocolARP

ARP簡介ARP的用途–發(fā)送節(jié)點需要一種方法來查找給定以太網(wǎng)鏈路的目的設(shè)備的MAC地址ARP協(xié)議提供兩項基本功能：將IPv4地址解析為MAC地址維護映射表ARP

ARP的功能ARP表

–用于查找映射至目的IPv4地址的數(shù)據(jù)鏈路層地址當節(jié)點從介質(zhì)收到幀時，可將源IP和MAC地址記錄為ARP表中的映射ARP請求

–發(fā)送到以太網(wǎng)LAN中所有設(shè)備的第2層廣播與廣播中的IP地址匹配的節(jié)點將會作出應(yīng)答如果沒有設(shè)備相應(yīng)ARP請求，就無法創(chuàng)建幀，所以會丟棄數(shù)據(jù)包可以在ARP表中輸入靜態(tài)映射條目，但這種情況很少見

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在遠程通信中的作用如果目的IPv4主機在本地網(wǎng)絡(luò)上，幀將使用此設(shè)備的MAC地址作為目的MAC地址如果目的IPv4主機不在本地網(wǎng)絡(luò)上，則源主機將使用ARP過程來確定網(wǎng)關(guān)路由器接口的MAC地址如果網(wǎng)關(guān)條目不在表中，則使用ARP請求來檢索與路由器接口的IP地址關(guān)聯(lián)的MAC地址ARP

ARP在遠程通信中的作用ARP

ARP在遠程通信中的作用ARP

ARP在遠程通信中的作用ARP

刪除ARP表中的條目ARP緩存定時器將會刪除在指定時間段內(nèi)未使用的ARP條目也可以使用命令來手動刪除

ARP表中的全部或部分條目arp

–d命令A(yù)RP

網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上的ARP表ARP問題

ARP為什么會引起問題ARP問題

解決ARP問題5.3

LAN交換機

LANSwitches交換

交換機端口基本組成第2層LAN交換機在大多數(shù)以太網(wǎng)絡(luò)中，將終端設(shè)備連接到中央中間設(shè)備只根據(jù)MAC地址執(zhí)行交換和過濾建立一張MAC地址表，使用該表作出轉(zhuǎn)發(fā)決策依靠路由器來傳遞IP子網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)交換

交換機MAC地址表交換

交換機MAC地址表交換

雙工設(shè)置CiscoCatalyst交換機支持三種雙工設(shè)置：full

選項設(shè)置全雙工模式half選項設(shè)置半雙工模式

auto選項設(shè)置雙工模式自行協(xié)商

對于快速以太網(wǎng)和10/100/1000

端口，默認為auto當10/100/1000端口設(shè)置為10Mb/s或100Mb/s時，它們可在半雙工或全雙工模式下工作，而當設(shè)置為1,000Mb/s時，它們只能以全雙工模式工作。交換

雙工設(shè)置交換

自動MDIX在運行CiscoIOSR12.2(18)或更高版本的交換機上，默認啟用auto-MDIX功能。

CiscoIOS12.1(14)EA1和12.2(18)SE之間的版本默認禁用auto-MDIX功能。交換

思科交換機上的幀轉(zhuǎn)發(fā)方法在過去，交換機使用兩種方法來進行網(wǎng)絡(luò)端口之間的數(shù)據(jù)交換：

存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換

直通交換

(快速轉(zhuǎn)發(fā)和免分片)64byte交換

交換機上的內(nèi)存緩沖固定或模塊化

固定配置與模塊化配置在選擇交換機時，了解可用交換機的主要功能是非常重要的。例如：PoE轉(zhuǎn)發(fā)速率端口密度固定或模塊化

固定配置與模塊化配置固定配置交換機模塊化配置交換機可堆疊配置交換機固定或模塊化

固定配置思科交換機固定或模塊化

模塊化配置思科交換機固定或模塊化

思科交換機插槽的模塊選項第3層交換

第2層交換與第3層交換第3層交換

思科快速轉(zhuǎn)發(fā)兩個主要組件：轉(zhuǎn)發(fā)信息庫

(FIB)概念上與路由表類似網(wǎng)絡(luò)設(shè)備使用該查詢表在思科快速轉(zhuǎn)發(fā)操作過程中根據(jù)目的地作出交換決策在網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)更改時進行更新并包含當時的所有已知路由鄰接表維護所有FIB條目的第2層下一跳地址第3層交換

思科快速轉(zhuǎn)發(fā)第3層交換

第3層接口的類型第3層接口的主要類型包括：交換機虛擬接口(SVI)

–交換機上與虛擬局域網(wǎng)(VLAN)關(guān)聯(lián)的邏輯接口。路由端口

–第3層交換機上充當路由器端口的物理端口。通過將接口置于第3層模式下使用noswitchport接口配置命令配置路由端口。第3層EtherChannel

–思科設(shè)備上與一系列路由端口相關(guān)聯(lián)的邏輯接口第3層交換

第3層接口的類型交換機虛擬接口第3層交換

配置第3層交換機上的路由端口總結(jié)以太網(wǎng)是目前使用最廣泛的LAN技術(shù)。以太網(wǎng)標準定義第2層協(xié)議和第1層技術(shù)。

以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu)向第3層PDU添加幀頭和幀尾來封裝所發(fā)送的報文。作為IEEE802.2/3標準的一種實現(xiàn)形式，以太網(wǎng)幀提供MAC尋址和錯誤檢測功能。本地網(wǎng)絡(luò)中的集線器換成交換機后，半雙工鏈路中的幀沖突幾率明顯減少