03_以太网

以太网计算机网络以太网局域网拓扑结构以太网体系结构总线型以太网网桥与交换机以太网的扩展高速以太网虚拟局域网以太网计算机网络集线器1局域网拓扑结构总线形星形环形树形网状形匹配阻抗星形级联容错性好，路由复杂，以太网须辅之生成树算法。以太网使用,用集线器或交换机连接主机。稳定可靠，可以实现综合布线。令牌环网简单，但安装布线不便，不支持热插拔。早期以太网使用。以太网计算机网络网络层数据链路层物理层逻辑链路控制LLC介质访问控制MAC运输层IEEE802TCP/IP应用层2以太网体系结构局域网体系结构以太网计算机网络IEEE802委员会定义了多种局域网，这些网络的MAC层并不相同，为了屏蔽MAC层的差异，定义了LLC层。后来，以太网一统天下，以太网就是局域网，无需LLC层，这就是以太网体系结构。两种以太网称呼是不同的，一是以太网DIXEthernetV2，二是IEEE802.3局域网，2以太网体系结构网络层MAC层物理层运输层应用层IEEE802.3实际以太网体系结构以太网计算机网络3总线形以太网内容：MAC帧结构、MAC地址CSMA/CD操作过程中继器和集线器以太网计算机网络曼彻斯特编码解决信号编码、帧定界状态问题；MAC帧结构解决了封装数据格式、编址、帧定界问题；MAC地址CSMA/CD解决公平争用总线问题。3总线形以太网信号编码问题数据封装和帧定界问题编址问题总线共享争用问题匹配阻抗任何两个主机间的数据传输以太网计算机网络一、曼彻斯特编码01001100011曼彻斯特编码以太网计算机网络二、MAC帧结构各字段含义：先导码：7字节10101010帧开始分界符：1字节10101011源和目的地址：48位MAC地址类型：数据字段数据的类型数据：通过以太网传输的信息FCS:对传输过程中出现的错误进行检测曼彻斯特编码、先导码、帧开始分界符解决帧定界问题目的地址先导码帧开始分界符类型源地址数据FCS7166246～15004以太网计算机网络在局域网中，MAC地址又称为物理地址、或硬件地址。802标准所说的“地址”严格地讲应当是每一个主机的“名字”或标识符。MAC地址分为：单播地址、广播地址、多播地址以太网计算机网络48位MAC地址单播地址的前24位称为组织唯一标识符，由IEEE的注册管理机构RA负责向厂家分配地址；后24位由厂家自行指派，称为扩展标识符，必须保证生产出的网卡没有重复地址。广播地址为48位全1的地址。以太网计算机网络根据目的地址把MAC帧分为3种：单播(unicast)帧（一对一）广播(broadcast)帧（一对全体）多播(multicast)帧（一对多）以太网计算机网络由帧检验序列字段（FCS）对经过总线传输的MAC帧进行检验，出错丢弃，不重传。出错丢弃的MAC帧MAC层不作处理，由高层协议负责解决。类似平信服务。邮政系统就是以太网，而发送、接收信件者是高层协议。二、MAC帧结构以太网计算机网络曼彻斯特编码解决信号编码、帧定界状态问题；MAC帧结构解决了封装数据格式、编址、帧定界问题；MAC地址CSMA/CD解决公平争用总线问题。信号编码问题数据封装和帧定界问题编址问题总线共享争用问题匹配阻抗任何两个主机间的数据传输三、CSMA/CD操作过程以太网计算机网络总线空闲才能发送数据。发送前，先监听总线是否有信号。由于信号传播需要时间，或许有两个主机同时检测到总线空闲，而发送数据。因此，发送过程中仍需检测冲突发生。如果冲突发生，延迟一段时间后再发送。三、CSMA/CD操作过程匹配阻抗CSMA/CD（载波监听多点接入/冲突检测）需要解决什么问题？以太网计算机网络CSMA/CD工作流程发生冲突准备发送侦听信道是否忙？发送数据并继续侦听无冲突，继续发送，直至结束发送阻塞信号按后退策略延迟否是先听再讲总线无信号才能发送数据边听边讲一边发送数据，一边监测是否发生冲突退后再讲延迟一段时间后，重新发送三、CSMA/CD操作过程冲突停止并向总线发送阻塞信号完成？下层数据拆帧长度错N接收帧太短？判地址？YNYYN校验码？length？YN交上层碎片Y丢弃以太网计算机网络中继器扩展总线Z2Z1冲突域ABCDEF四.中继器和集线器以太网计算机网络同轴电缆以太网中继规则：“5-4-3-2-1”“5”：最多可以有5个网段。“4”：最多有4个中继器。“3”：最多有3个网段可以连接主机。“2”：剩下两个网段不能连主机，只能用作线路距离扩展之用。“1”：用中继器连接的各网段逻辑上还是一个以太网（即还是一个冲突域），只不过规模扩大了。网段1网段5网段3网段2网段4中继器以太网计算机网络简单的星形以太网集线器(Hub)为中心设备；传输媒体是双绞线，长度不超过100m。四.中继器和集线器RJ-45标准端口水晶头双绞线缆集线器以太网计算机网络集线器在功能上是个多端口中继器；从一个接口输入的信号经放大、整形后，从所有其他接口发送出去；集线器（HUB）集线器（HUB）结构以太网计算机网络使用集线器的星型以太网集线器双绞线主机RJ-45接头以太网计算机网络集线器的一些特点不用同轴电缆而用双绞线，降低线路成本，方便布线安装。集线器使用大规模集成电路芯片，因此硬件设备的可靠性大大提高，支持热插拔。集线器为中心的以太网，物理上是星形，逻辑上仍然是总线形，因为信号传播到星形网络中所有主机。是局域网发展史上的一个非常重要的里程碑，它为以太网在局域网中的统治地位奠定了牢固的基础。以太网计算机网络用多个集线器可扩展局域网10Base-T集线器RJ-45接口集线器集线器以太网计算机网络一系三系二系集线器冲突域用多个集线器可扩展局域网以太网计算机网络集线器以太网扩展规则：“5-4-3”“5”：任何两台主机之间最多只能有5段链路。“4”：集线器最多4个。“3”：在4个集线器中，最多有3个集线器直接连主机，偏中间的某个集线器不能直接连主机。一系三系二系集线器冲突域以太网计算机网络优点使原来属于不同冲突域的计算机能够进行通信。扩大了局域网覆盖的地理范围。缺点范围增大了，但网络总带宽并未提高。如果不同的冲突域使用不同的数据率，那么就不能用集线器将它们互连起来。集线器扩展以太网的优缺点以太网计算机网络总线形以太网的速率和覆盖范围受限制；CSMA/CD决定了在轻负荷下以太网才能很好工作。必须技术革命，否则，面临淘汰！五.总线形以太网缺陷以太网计算机网络4网桥与交换机主要内容网桥扩展以太网网桥根据转发表转发MAC帧网桥自学习建立转发表网桥无限扩展以太网交换机工作过程举例以太网计算机网络MACAMACBMACCMACD网桥端口１端口２网桥工作在MAC层，转发单位是MAC帧，用存储转发；如果MAC帧的源和目的在某端口的同侧，网桥不转发，所以能隔离信号，使每个端口连接的网段是独立的；若向下一网段转发MAC帧，网桥使用CSMA/CD解决冲突。一、网桥扩展以太网网段2网段1以太网计算机网络转发表通过端口号给出每个主机所在的方向；网桥用MAC帧的目的地址检索转发表，确定转发端口。MAC地址转发端口A1B1C2D2MACAMACBMACCMACD网桥端口１端口２二、网桥根据转发表转发MAC帧转发表网段2网段1B2B1网段1网段2网段3ABCDEFB1转发表1212MAC地址转发端口A1B1C2D2E2F2B2转发表MAC地址转发端口A1B1C1D1E2F2以太网计算机网络网桥转发MAC帧的原理网桥查找转发表中有无与收到帧的目的地址相匹配的项目：若没有，则通过所有其他端口（除进入网桥的端口）进行转发；若有，且转发表给出的端口与该帧进入网桥的端口不同，则按转发表给出的端口转发；若有，但转发表给出的端口与该帧进入网桥的端口相同，则丢弃这个帧（不需转发）；转发时须使用CSMA/CD方法。以太网计算机网络若主机A发出的帧从端口x进入了某网桥，那么从端口x出去沿相反方向一定可把一个帧送到A。网桥每收到一帧，就根据其源地址A和进入网桥的端口x，作为转发表中的一个项目。建立转发项时，把帧的源地址A写在“MAC地址”字段，而入端口x写入“转发端口”字段。注意：网桥转发帧和建立转发表同时进行。三、网桥用反向自学习算法建立转发表以太网计算机网络地址端口自学习算法举例B2B1ABCDEF1212地址端口…………B1B→AA→BA1F→CF2A→BA1F→CF2以太网计算机网络转发项中除地址和端口外，还有生命期。这是因为网络结构可能会变化，主机也可能更换网卡（改变mac地址），或关闭电源，或移动位置。所以，网桥在自学习过程中，每新建或更新一个转发项时，都要重设生命期。这样使转发表能反映网络的当前最新状态。转发表的更新以太网计算机网络可以无限扩展网络范围。过滤通信量，增大了网络容量。提高了可靠性。可连接不同物理层、不同速率（如10Mb/s和100Mb/s以太网）、甚至不同MAC层的局域网。网桥的好处以太网计算机网络存储转发增加了时延。在MAC层并没有流量控制功能。适合于用户数不太多(不超过几百个)和通信量不太大的局域网，否则有时还会因传播过多的广播信息而产生网络拥塞。这就是所谓的广播风暴。网桥的缺点以太网计算机网络多端口网桥：网桥每端口只连一个主机，线路用双绞线或光纤，主机和网桥全双工通信。这种网桥即交换机。四、交换机MACAMACBMACCMACD网桥端口１端口２使用交换机，可建立多个并发的全双工通信。例如：8个端口可建立4个并发通信，总带宽=(8/2)*20Mbps=80Mbps10Mbps交换机交换机提高总带宽交换机支持混连千兆位骨干交换机10Mbps或100Mbps节点（计算机）带有1000Mbps网卡的服务器10Mbps集线器10/100Mbps交换机100Mbps集线器1000Mbps链路100Mbps链路10Mbps链路100Mbps工作组交换机100Mbps工作组交换机100Mbps工作组交换机以太网计算机网络五、网桥（交换机）工作过程举例1231231244123ABCDEFMACAMACBMACCMACDMACEMACF主机A→主机D传送过程MACA1MACA1MACA4以太网计算机网络1231231244123ABCDEFMACAMACBMACCMACDMACEMACFMACA1MACA1MACA4主机E→主机A传送过程MACE2MACE2MACE4五、网桥（交换机）工作过程举例以太网计算机网络5以太网交换机与虚拟局域网主要内容VLAN与广播域分割；802.1Q与VALN内数据传输；端口确定MAC帧所属VLAN规则；VLAN配置举例。以太网计算机网络广播域：目的地址为广播地址的MAC帧在网络中的传播范围网桥组成的以太网是一个广播域。广播是经常发生的事情：目的地址是广播地址的MAC帧;网桥查转发表找不到匹配项;一、VLAN与广播域分割以太网计算机网络广播是不可避免、经常发生的事情，只能缩小广播域以减少广播风暴对网络资源的浪费。可以通过路由器物理上分割广播域。一、VLAN与广播域分割终端A终端D以太网计算机网络一、VLAN与广播域分割终端A终端D终端A终端D将单一物理以太网划分成两个独立的广播域以太网计算机网络一、VLAN与广播域分割终端A终端D终端A终端D受物理区域限制不能动态分割广播域以太网计算机网络理想的方法是不受物理区域限制、动态分割广播域。这种分割广播域的方法就是VLAN划分。一、VLAN与广播域分割以太网计算机网络VLAN（虚拟局域网）：由同一物理以太网中的若干主机构成的逻辑组。一个VLAN是一个独立广播域，等同于一个独立的子网。同一VLAN内主机间可以相互通信，不同VLAN内主机间不能直接通信，要通信需经过路由器。可以把任意一组主机定义为一个VLAN。VLAN的划分不受物理区域限制，可以动态改变。VLAN建立在交换机基础上，由交换机软件完成。一、VLAN与广播域分割COL-ACT-STA-