以太网基础知识

引入以太网技术的广泛使用以太网技术的强大生命力以太网的扩张趋势1学习目标了解以太网发展史、以太网原理和相关技术进行以太网相关技术的简单配置了解二层及三层以太网交换的基本原理掌握关于VLAN的基本知识和配置2学习完本课程，您应该能够：课程内容3第一章以太网的发展简史第二章以太网基础第三章以太网相关基本配置第四章二层交换的基本原理第五章VLAN(802.1Q)第六章三层交换的基本原理以太网的起源以太网是在70年代中期由Xerox公司Paloalto研究中心推出的。由于介质技术的发展，Xerox可以将许多机器相互连接，这就是以太网的原型。后来，Xerox公司推出了带宽为2Mb/s的以太网。又和Intel和DEC公司合作推出了带宽为10Mb/s的以太网，这就是通常所称的DIX以太网（Digital，Intel和Xerox）。4以太网的起源早期的以太网标准是采用同轴线作为传输介质。同轴电缆的致命缺陷是：电缆上的设备是串连的，单点的故障可以导致这个网络的崩溃。IEEE的标准为：10Base5，10Base2。510传输速度为10MbpsBase传输信号调制方式为基带调制5/2传输距离为500/200米。以太网的发展80年代末期，非屏蔽双绞线（UTP）出现，并迅速得到广泛的应用。UTP的巨大优势在于：◦逻辑拓扑依旧是总线的，但物理拓扑变为星形，使得网络布线变得简单。◦价格低廉，只有同轴电缆的几分之一。◦制作简单，成功率高。◦收发使用不同的线缆，为实现全双工奠定了物质基础。6共享式以太网网络中所有主机的收发都依赖于同一套物理介质，即共享介质。同一时刻只能有一台主机在发送，各主机通过遵循CSMA/CD规则来保证网络的正常通讯。7发送监听监听监听交换式以太网扩展了网络带宽。分割了网络冲突域，使得网络冲突被限制在最小的范围内。交换机作为更加智能的交换设备，能够提供更多用户所要求的功能：优先级、虚拟网、远程检测……8交换矩阵发送发送接收接收以太网技术的发展IEEE802.3以太网标准IEEE802.3u100BASE-T快速以太网标准IEEE802.3z/ab1000Mb/s千兆以太网标准IEEE802.3ae10GE以太网标准970年代80年代90年代以太网产生10M以太网发展成熟共享式转向LAN交换机100M快速以太网92年96年千兆以太网迅速发展万兆以太网出现2002年以太网技术的进一步发展以太网速度的迅速提高◦从10Mbps向100Mbps、1000Mbps过渡，并进一步向10000Mbps过渡。VLAN技术使得以太网的应用日趋灵活。◦优先级，组播，三层交换，P-VLAN，S-VLAN...传输技术的迅猛发展使得以太网技术从局域网走向广域网。◦EthernetOverSDH，QinQ...10课程内容11第一章以太网的发展简史第二章以太网基础第三章以太网相关基本配置第四章二层交换的基本原理第五章VLAN(802.1Q)第六章三层交换的基本原理第二章以太网基础第一节以太网的帧类型第二节以太网传输介质第三节以太网工作原理第四节以太网端口技术以太网的地址MediaAccessControl，网络设备根据目的MAC来判断是否处理接收到以太网帧MAC地址是48bit二进制的地址，前24位为供应商代码，后24为序列号单播地址：第一字节最低位为0，如00-e0-fc-00-00-06多播地址：第一字节最低位为1，如01-e0-fc-00-00-06广播地址：48位全1ff-ff-ff-ff-ff-ff13以太网的帧类型EthernetII以太网802.3LLC以太网帧类型SFD：开始定界符DSAP：目标服务访问点SSAP：源服务器访问点Control：控制信息802.3SNAP以太网帧类型第二章以太网基础第一节以太网的帧类型第二节以太网传输介质第三节以太网工作原理第四节以太网端口技术双绞线双绞线由两根绝缘铜导线相互缠绕而成。两根绝缘的铜导线按一定密度互相绞在一起，可降低信号干扰的程度，每一根导线在传输中辐射的电波也会被另一根线上发出的电波抵消。把一对或多对双绞线放在一个绝缘套管中便成了双绞线电缆，在局域网中常用双绞线4对双绞线组成的。双绞线分类非屏蔽双绞线绝缘套管中无屏蔽层价格低廉，用途广泛屏蔽双绞线绝缘套管中外层由铝铂包裹，以减小辐射价格相对较高，高要求场合应用双绞线的标准CAT-1/2/3/4◦1/2/3/4类双绞线，目前已淘汰CAT-5◦5类双绞线，可用于100M以太网传输CAT-5e/6◦超5类/6类双绞线，可用于1,000M以太网传输CAT-6A◦超6类双绞线，可用于10,000M以太网传输CAT-7◦7类双绞线，可用于更高标准（大于等于10,000M）以太网传输◦必须为屏蔽线双绞线接口类型与线序标准接口类型◦RJ-45水晶头线序标准◦568B•橙白--1，橙--2，绿白--3，蓝--4，蓝白--5，绿--6，棕白--7，棕—8◦568A•绿白--1，绿--2，橙白--3，蓝--4，蓝白--5，橙--6，棕白--7，棕--8直通双绞线（正线）◦双绞线两端都采用同一线序标准（568A或568B）制作◦通常用于异构设备互连交叉双绞线（反线）◦双绞线一端采用568A线序标准，另一端采用568B线序标准◦通常用于同构设备互连翻转双绞线◦双绞线一端采用任意线序，另一端线序完全相反◦用于网络设备console管理（不能用于数据传输）直通双绞线与交叉双绞线AutoMDI/MDIX双绞线线序自适应自动检测连接到自己接口上的双绞线类型（直通线或交叉线），并自动进行调节免去同构设备必须使用交叉线，异构设备必须使用直通线的烦恼直通双绞线与交叉双绞线图列图例◦10/100M网络使用1、2、3、6传输数据◦1000M网络使用全部8根线缆传输数据81水晶头铜片面向自己且向上光纤概述光纤概述◦一种利用光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理而达成的光传导工具◦微细的光纤封装在塑料护套中，使得它能够弯曲而不至于断裂◦光在光导纤维的传导损耗比电在电线传导的损耗低得多，光纤被用作长距离的信息传递光缆概述◦光缆一般由多根光纤和塑料保护套管及塑料外皮构成光纤的分类单模光纤◦当光纤的几何尺寸可以于光波长相比拟时，即纤芯的几何尺寸与光信号波长相差不大时，一般为5~10um，光纤只允许一种模式在其中传播，单模光纤具有极宽的带宽，特别适用于大容量、长距离的光纤通信多模光纤◦多模光纤纤芯的几何尺寸远大于光波波长，一般为50um、62.5um；光信号是以多个模式方式进行传播的；多模光纤仅用于较小容量、短距离的光纤传输通信光纤跳线带有连接器与保护层的光纤一般被称为光纤跳线光纤跳线颜色分类◦黄色：单模光纤◦橙色：多模光纤光纤跳线连接器分类◦SC-FC◦LC-ST◦LC-LC◦……光纤接口SCLCSTFCMT-RJ（淘汰）第二章以太网基础第一节以太网的帧类型第二节以太网传输介质第三节以太网工作原理第四节以太网端口技术以太网工作原理-CSMA/CDCSMA/CD：载波侦听与冲突检测-CarrierSenseMultipleAccess/CollisionDetection◦CS:载波侦听发送之前的侦听，确保线路空闲，减少冲突机会◦MA:多址访问每个站点发送的数据，可以被多个站点接收◦CD:冲突检测：边发送边检测，发现冲突后进行回退◦回退：检测到冲突后的处理：发现冲突就停止发送，然后延迟一个随机时间之后继续发送29以太网工作原理-冲突域物理网段（冲突域）：◦连接在同一传输介质上所有工作站/服务器的集合。位于同一冲突域的工作站/服务器不能同时发送数据。30应用层表示层会话层传输层网络层链路层应用层表示层会话层传输层网络层链路层物理层物理层物理层Hub物理层以太网工作原理-冲突域31HUB集线器(HUB)是工作在物理层的设备，连接到集线器上的所有设备位于同一冲突域，同一时刻只可以有一台设备在发送数据。全网设备共享带宽。最大传输距离和最小帧长最大传输距离：通常由线路质量、信号衰减程度度等因素决定。最小帧长（64字节）：由最大传输距离和冲突检测机制共同决定。规定最小帧长是为了避免这种情况发生：a站点已经将一个数据包的最后一个bit发送完毕，但这个报文的第一个bit还没有传送到距离很远的b站点。而b站点认为线路空闲而发送数据，导致冲突。更为严重的是a站点无法知道报文发送失败。如果一个数据帧发送完毕还没有检测到冲突，则认为数据帧被正确发送和接收了。32共享式以太网的弱点全网带宽共享用户数上升时全网性能急剧下降33用户数网络性能全双工以太网数据通过两种独立的路径传输和接收。只存在两个节点，可以在同一时间对信息进行双向传输，而不会发生冲突。34TXTXRXRX全双工以太网实现全双工的物质保证：◦支持全双工的网卡芯片＋收发线路完全分离物理介质＋点到点的连接（hub都是半双工的）。全双工对以太网技术的影响◦最大吞吐量达到双倍速率；◦从根本上解决了以太网的冲突问题，以太网从此告别CSMA/CD。支持全双工的设备：◦HUB除外的目前几乎所有的支持以太网的设备。35第二章以太网基础第一节以太网的帧类型第二节以太网传输介质第三节以太网工作原理第四节以太网端口技术标准以太网接口传输距离37技术标准线缆类型10Base510Base2AUI(DB15)接口电缆BNC接口同轴电缆传输距离500m180m100m10BaseTEIA/TIA3、5类（UTP）非屏蔽双绞线2对标准以太网接口标准以太网（10Mbit/s）的网络定位38模型分类网络定位接入层汇聚层最终用户和接入层交换机之间的连接核心层通常不使用通常不使用快速以太网接口39技术标准线缆类型100BaseTX100BaseT4EIA/TIA5类（UTP）非屏蔽双绞线2对100BaseFXEIA/TIA3、4、5类（UTP）非屏蔽双绞线4对多模光纤（MMF）线缆传输距离100m100m550m-2km2km-15km单模光纤（SMF）线缆快速以太网接口快速以太网（100Mbit/s）的网络定位40模型分类网络定位接入层汇聚层为高性能的PC机和工作站提供100Mbit/s的接入核心层提供接入层和汇聚层的连接，提供汇聚层到核心层的连接，提供高速服务器的连接提供交换设备间的连接千兆以太网接口41技术标准线缆类型1000BaseT1000BaseCX铜质EIA/TIA5类（UTP）非屏蔽双绞线4对1000BaseSX铜质屏蔽双绞线多模光纤，50/62.5um光纤，使用波长为850nm的激光传输距离100m25m550m/275m2km-15km单模光纤，9um光纤，使用波长为1310nm的激光1000BaseLX千兆以太网接口千兆（1000Mbit/s）以太网网络定位42模型分类网络定位接入层汇聚层一般不使用核心层提供接入层和汇聚层设备间的高速连接提供汇聚层和高速服务器的高速连接，提供核心设备间的高速互联万兆以太网传输距离43技术标准线缆类型10GBaseCX410GBase-S4对铜轴电缆10GBase-L单模光纤，50/62.5um光纤，使用波长为1310nm的激光传输距离15m300m10km40km单模光纤，9um光纤，使用波长为1550nm的激光10GBase-E多模光纤，50/62.5um光纤，使用波长为850nm的激光万兆以太网接口万兆（10000Mbit/s）以太网网络定位44模型分类网络定位接入层汇聚层不使用核心层提供核心层和汇聚层设备间的高速连接提供核心设备间的高速互联以太网接口自协商4510Mb/s半双工10Mb/s全双工10Mb/s自协商100Mb/s自协商100Mb/s全双工端口1自动协商端口2自动协商端口3自动协商端口4自动协商端口5自动协商自协商基本页信息46000010123456789101112131415MessageTypeEthernet=00001R