以太网交换及二层协议培训

以太网交换及二层协议培训内容介绍以太网的发展历史及现状以太网技术介绍以太网技术的相关设备L2/L3交换体系结构概述L2交换原理L2交换机的主要功能L2协议介绍L2/L3交换的软件框架以太网由Xerox公司PARC研究中心于1973年5月22日首次提出DIX标准VSIEEE802.3标准以太电缆xIc分接器接口电缆收发器站点接口控制器终端器以太网发展历史以太网的发展现状从速率等级来看以太网技术经历了10M、100M、千兆和10G以太网4个阶段从应用角度来看，最初以太网技术用于局域网，传输距离仅仅局限在几百米，随着以太网传输距离的扩大，特别是以太网的长距离光纤传输技术的出现，以太网技术应用的范围已经突破局域网的范围，以太网技术已经成为城域宽带接入的一种主要技术。从技术融合角度来看，由于以太网技术的经济性和技术的简单性，非常方便承载IP业务，因此在数据业务与时分业务的融合中也扮演着非常重要的角色，目前已经有以太网OVERVDSL，以太网OVERSDH等几种技术。内容介绍以太网的发展历史及现状以太网技术介绍以太网技术的相关设备L2/L3交换体系结构概述L2交换原理L2交换机的主要功能L2协议介绍L2/L3交换的软件框架IEEE802.3模型以太网技术仅仅包括物理层和数据链路层以太网特性–广播特性以太网属于广播网络，也就是处于同一个以太网的所有的工作站都可以收到其他工作站发送到网上的信息帧。每个工作站都要确认该信息帧是否是发送给自己的，一旦确认是发给自己，就将它发送到高一层的协议层，否则就丢弃。PCPCPC以太网以太网特性–半双工和全双工传输特性半双工就是节点的发送和接收采用同一条传输线，这样同时只能是一个节点发送数据，其他节点处于接收状态，以太网处于半双工状态时，一个以太网段上允许有多个网络节点。pcpcRx+TxpcpcRxRxTxTx全双工就是节点的发送和接收是分开的两条传输线，全双工只限于两个网络节点之间，其中一个节点的发送连接另一个节点的接收。以太网特性–CSMA/CD工作特性发送数据前，工作站要侦听网络是否堵塞，只有检测到网络空闲时，工作站才能发送数据。工作站在发送数据帧时需要等待一个时间片的时间，用来检测刚才发送出去的帧是否发生冲突，这个时间片的长度是根据位于最远的两个工作站发送的数据发生冲突被检测到所需要的时间得出的。只要网络空闲，任一工作站均可发送数据，当两个工作站同时发出数据时，就发生冲突。两个传送操作都遭到破坏，工作站必须在一定时间后重发，何时重发由延时算法决定，以太网采用的是二进制指数退避算法。对于全双工的情况由于接收和发送已经被分离开，因此肯定不会发生冲突，所以在全双工的情况下就不需要CSMA/CD的机制了。ABABPRE:先导字节,7个10101010SFD:帧开始标志,10101011DA:目的MAC地址SA:源MAC地址LEN/TYPE:为类型时，表示是EthernetII帧结构，类型取值大于1536，为长度时表示IEEE802.3帧结构DATA:数据字段PAD:填充字段CRC:校验字段71662464到1518字节字节CRCPADDATALEN/TYPESADASFDPRE46到1500字节以太网帧结构00d0.d001.234500d0.d001.2345VenderCodeSerialNumber24bits24bitsRomRamMAC地址由48bits组成，ZTE的GAR产品MAC地址前六位为00d0d0E0MAC地址以太网帧结构-带TAGTPID：标记协议标识符，2个字节，值位16进制的8100TCI：标记控制信息，包括3个Bits的用户优先级（IEEE802.1P）,1Bits的规范格式标识符（CFI）,用于标识MAC地址是否规范，12Bits的VID,表示该帧所属的VLAN数据字段：如果是带TAG标记的帧则长度为42－1500以太帧的长度（不包括前导位），不支持VLAN标记时，为64－1518字节，支持VLAN标记时，由于增加了4个字节，为64－1522字节以太网的接口类型和传输距离1.1以太网的接口类型和传输距离标准号标准化时间速率拓扑媒介网段的最长距离半双工全双工10Base-T802.3i-199010Mb/s星型2对100欧姆3类非屏蔽线100100100Base-TX802.3u-1995100Mb/s星型2对100欧姆5类非屏蔽线100100100Base-FX802.3u-1995100Mb/s星型一对光纤4122000100Base-T4802.3u-1995100Mb/s星型4对100欧姆3类非屏蔽线100n/a1000Base-LX802.3z-19981Gb/s星型1300nm长波:-62.5um多模光纤-10um单模光纤31631655050001000Base-SX802.3z-19981Gb/s星型850nm短波:-62.5um多模光纤2752751000Base-CX802.3z-19981Gb/s星型特殊屏蔽的铜跳线25251000Base-T802.3ab-19991Gb/s星型4对100欧姆的5类线100100内容介绍以太网的发展历史及现状以太网技术介绍以太网技术的相关设备L2/L3交换体系结构概述L2交换原理L2交换机的主要功能L2协议介绍L2/L3交换的软件框架网络元素传统LAN七层模型对等层通信数据封装以太网帧的封装应用层物理层MAC层IP层TCP/UDP用户数据用户数据App首部用户数据App首部TCP首部用户数据App首部TCP首部IP首部应用程序TCPIP驱动程序用户数据App首部TCP首部IP首部MAC头MAC尾集线器层1集线器层2一层设备：代表设备是HUB，作用于7层网络模型的第1层，物理层，主要用于电信号的放大，以增加传输距离。一层设备不存在交换。集线器层3冲突域：指在这么一个以太网区域，这个区域可能有一个或者多个工作站，但是这个区域内的工作站同时只能有一个工作站发送数据帧。交换机层1交换机层2两层交换：代表设备是2层以太网交换机，以数据链路层的地址作为数据帧在多个端口之间交换的判据交换机层3起先：交换机就是多端口的桥接器，主要作用就是隔离冲突域，但是存在广播风暴后来：为了隔离广播域，出现带VLAN功能的交换机广播域：指在这么一个以太网区域，这个区域可能有一个或者多个工作站，如果这个区域内的某个工作站发送了一个广播帧（MAC地址为全F），区域内的其他工作站都应该能够接收到这个广播帧。路由器层1路由器层2三层交换：代表设备路由器（一般称为路由）、多层交换机（指即支持2层交换又支持3层交换的交换机），以网络层的地址作为数据包在多个端口之间交换的判据路由器层3路由器的每个端口称为路由器的一个接口，每个接口属于不同的子网，路由器的作用就是在这些子网间转发IP包，路由器的作用是隔离广播域以及在不同种类的网络中交换IP包，比如路由器的接口有以太网接口、令牌环接口、ISDN的接口、DDN的接口。四层至七层交换四层至七层交换：代表设备流量均衡交换机，或者应用层交换机，以目的IP地址加上TCP/UDP协议即其端口号作为转发判据，称为4层交换，有一些甚至能够根据应用层协议的特征作为转发判据，比如HTTP协议的COOKIE等。TCP/IP协议栈内容介绍以太网的发展历史及现状以太网技术介绍以太网技术的相关设备L2/L3交换体系结构概述L2交换原理L2交换机的主要功能L2协议介绍L2/L3交换的软件框架L2/L3交换套片解决方案L2/L3交换套片解决方案主要包括：CPU（带管理的交换机）或者EEPROM（不带管理的交换机）、交换结构、MAC芯片、物理层芯片几个部分，如果是提供光口还需要光模块。核心是MAC芯片，实现了MAC源地址学习和L2层以太帧转发，以及流量控制功能，如果是L3芯片，则在MAC层芯片中还有路由模块。8X10/100MMACsMAC层芯片1X1000MMACMAC层芯片交换结构switchfabriccpuEEPROMPHY物理层芯片PHY物理层芯片光模块GMII接口电口包括：RJ-45接口光口包括：单模、多模的SC接口和MT-RJ接口MII/SSMII/SMII/RMIISerdes电口包括：RJ-45接口10/100/1000M自适应TBI接口Serdes接口交换结构-总线交换结构这种交换结构采用总线方式，带宽比较低，一般应用在低端的路由器上。CPU线卡1线卡2交换结构-共享内存交换结构这种交换结构一般应用于中等交换容量的交换机或者路由器。交换引擎共享内存线卡1线卡2CPU交换结构-CROSSBAR交换结构这种交换结构一般应用于大容量的交换机和路由器。单芯片交换芯片功能框图内容介绍以太网的发展历史及现状以太网技术介绍以太网技术的相关设备L2/L3交换体系结构概述L2交换原理L2交换机的主要功能L2协议介绍L2/L3交换的软件框架......主机A主机Bport1port2port8port9port10port16主机C引导码目的MAC地址源MAC地址长度帧内容校验码不等收到整个帧，就开始交换直通模式：•端口刚刚收到帧的目的地址和源地址，还没有收到整个帧，就开始交换。•速度快，达到线速。•没有检查校验码，容易出错，因此用于误码率低的网络。包转发模式-直通模式......主机A主机Bport1port2port8port9port10port16主机C引导码目的MAC地址源MAC地址长度帧内容校验码收到整个帧，存入端口缓冲区，才开始交换存储转发模式：•端口收到整个帧，存入端口缓冲区，才开始交换。•转发速度相对直通模式慢。•检查校验码，因此可用于误码率高的网络。包转发模式-存储转发模式......主机A主机Bport1port2port8port9port10port16目的=B源=A内容MACPORTA1源地址学习，通过port1可到达主机A二层交换流程之－源地址学习......主机A主机Bport1port2port8port9port10port16目的=A源=C内容MACPORTA1主机C查表得知A在port1上二层交换流程之－转发二层交换流程之－广播/洪泛......MACPORT主机A主机BMAC地址表空，于是向所有端口广播以太网帧空port1port2port8port9port10port16目的=B源=A内容MAC地址表空L2交换关键的三张表地址学习表：是L2交换的转发依据。它主要记录某个MAC地址是从哪个端口收到的，以及这个被学习的帧属于哪个VLAN的信息，可以设置标志表示该表项是属于静态表项，不进行老化处理。MAC地址VID端口号标志MACA112VID端口号列表11，2，3．。。端口号端口VLAN标识（PVID）VLAN表：主要记录哪些端口属于某个VLAN。一个端口可以属于多个VLAN，比如端口1既属于VLAN1，又属于VLAN3，此时这个端口输出时采用802.1Q的帧格式。端口寄存器表：主要记录了该端口的缺省VLAN。L2交换过程-初始配置假设一台交换机，有四个端口，1，2，3，4，每个端口连接一台主机，这四台主机的MAC地址分别为MACA,MACB,MACC,MACD,我们对该交换机做如下的配置：划分VLAN：VLAN1包括端口1，3VLAN2包括端口2，3，4配置端口的PVID：端口1的PVID为1，端口2的PVID为2，端口3的PVID为2，端口4的PVID为2。MACAMACCMACBMACD端口1端口2端口3端口4VID端口号列表11，322，3，4端口号端口VLAN标识（PVID）11223242MAC地址VID端口号标志L2交换过程-地址学习假设主机D向主机B发送一帧，由于端口4的PVID号是2，则地址学习表增加一项（学习源地址）：MACCMACBMACD端口1端口2端口3端口4MACAMACBMACDMAC地址VID端口号标