第4章以太網(wǎng)2024/8/194.1計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)4.2以太網(wǎng)工作原理4.3共享式以太網(wǎng)4.4交換式以太網(wǎng)4.5高速以太網(wǎng)4.1局域網(wǎng)的概念LAN：LocalAreaNetwork技術(shù)特點(diǎn)有限的地理范圍；較高的數(shù)據(jù)傳輸速率(10M~40G/100GMb/s)、低誤碼率(<10-8)；一般屬于一個(gè)單位所有，易于建立、維護(hù)和擴(kuò)展。主要技術(shù)要素網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)傳輸介質(zhì)介質(zhì)訪問控制方法2024/8/19局域網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)介質(zhì)訪問控制技術(shù)共享介質(zhì)隨機(jī)接入用戶隨機(jī)地發(fā)送信息。采用這種方法時(shí)，需要解決由于多個(gè)用戶同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)導(dǎo)致的沖突問題令牌方式用戶只有在得到令牌時(shí)才可以發(fā)送數(shù)據(jù)。采用這種方式時(shí)，需要合理地給用戶分配令牌2024/8/19局域網(wǎng)類型令牌環(huán)網(wǎng)TokenRing拓環(huán)形令牌令牌總線網(wǎng)TokenBus總線型令牌以太網(wǎng)總線CSMA/CD2024/8/19現(xiàn)在都是以太網(wǎng)了4.1.2局域網(wǎng)的參考模型美國電氣和電子工程師學(xué)會IEEE802課題小組為計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)制定了許多標(biāo)準(zhǔn)，大部分得到國際標(biāo)準(zhǔn)化組織的認(rèn)可。2024/8/19局域網(wǎng)的參考模型物理層負(fù)責(zé)比特流的傳輸。數(shù)據(jù)鏈路層完成必需的同步、差錯(cuò)控制和流量控制等功能，保證幀的可靠傳輸。媒體接入控制MAC(LogicalLinkControl)子層，負(fù)責(zé)所有與接入傳輸媒體有關(guān)的內(nèi)容邏輯鏈路控制LLC(MediumAccessControl)子層，與傳輸媒體無關(guān)2024/8/19局域網(wǎng)對LLC子層是透明的2024/8/19局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層物理層站點(diǎn)1網(wǎng)絡(luò)層物理層邏輯鏈路控制LLCLLC媒體接入控制MACMAC數(shù)據(jù)鏈路層站點(diǎn)2LLC子層看不見下面的局域網(wǎng)局域網(wǎng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)系列IEEE802.1概述、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)互連，以及網(wǎng)絡(luò)管理和性能測量。IEEE802.2邏輯鏈路控制。IEEE802.3CSMA/CD，即以太網(wǎng)。IEEE802.4令牌總線網(wǎng)。IEEE802.5令牌環(huán)形網(wǎng)。IEEE802.11無線局域網(wǎng)。2024/8/19第4章以太網(wǎng)2024/8/194.1計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)4.2以太網(wǎng)工作原理4.3共享式以太網(wǎng)4.4交換式以太網(wǎng)4.5高速以太網(wǎng)以太網(wǎng)的發(fā)展背景第一個(gè)使用的局域網(wǎng)技術(shù)，70年代開發(fā)于XeroxPARCDIX：DEC-Intel-Xerox（DIX）EthernetDIXEthernetI、EthernetII與IEEE802.3的關(guān)系采用CSMA/CD多址接入技術(shù)基帶傳輸，廉價(jià)不斷的技術(shù)進(jìn)步:10M，100M，1G，10G，40/100Gbps2024/8/19Metcalfe的以太網(wǎng)原理圖2024/8/19Ethernet的發(fā)展第一階段（1973—1982）：以太網(wǎng)的產(chǎn)生與DIX聯(lián)盟第二階段（1982—1991）：10Mb/s以太網(wǎng)發(fā)展成熟第三階段（1992—1997）：快速以太網(wǎng)的出現(xiàn)第四階段（1997—現(xiàn)在）：千兆、萬兆級以太網(wǎng)4.2.2以太網(wǎng)的物理層根據(jù)物理層介質(zhì)和速率的不同，形成了一系列以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)表示方式

<以Mbps為單位的傳輸速率><信號調(diào)制方式><以百米為單位的網(wǎng)段的最大長度或傳輸介質(zhì)>傳統(tǒng)以太網(wǎng)10Base5、10Base2、10Base-T、10Base-F等。高速以太網(wǎng)IEEE802.3u：100Mbps以太網(wǎng)IEEE802.3z和IEEE802.3ab：1000Mbps以太網(wǎng)IEEE802.3ae：10Gbps以太網(wǎng)IEEE802.3ba：40/100Gbps以太網(wǎng)2024/8/192024/8/19以太網(wǎng)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)年代速率通用名稱IEEE編號距離介質(zhì)19733Mbit/sXerox以太網(wǎng)?同軸198010Mbit/sEthernetIDIX500米同軸198410Mbit/sEthernetIIDIX500米同軸198510Mbit/s10Base5(粗纜)802.3500米同軸(RG-11)198510Mbit/s10Base2(細(xì)纜)802.3185米同軸(RG-58)198910Mbit/s10BaseT802.3100米3類UTP1995100Mbit/s100BaseTX802.3u100米5類UTP1995100Mbit/s100BaseFX802.3u400米多模光纖單模光纖19981Gbit/s1000BaseSX802.3z260米550米62.5μm多模光纖50μm多模光纖19981Gbit/s1000BaseLX802.3z550米5km50μm多模光纖10μm單模光纖19991Gbit/s1000BaseT802.3ab100米5E或6類UTP200110Gbit/s10GbE802.3ae65米40公里50μm多模光纖10μm單模光纖物理層規(guī)范2024/8/19物理層規(guī)范MDI：介質(zhì)相關(guān)接口（MediaDependentInterfacePMA：物理介質(zhì)連接（PhysicalMediaAttachment）PMD：物理介質(zhì)相關(guān)（PhysicalMediaDependent）PCS：物理編碼子層（PhysicalCodingSublayer）MII:介質(zhì)無關(guān)接口（MediaIndependentInterface）RS：協(xié)調(diào)子層（ReconciliationSublayer）2024/8/19沖突域和廣播域共享介質(zhì)型局域網(wǎng)中，可能發(fā)生沖突的區(qū)域稱為沖突域。在一個(gè)沖突域中，同時(shí)只能有一個(gè)站點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)。以Hub為核心的10Base-T網(wǎng)中所有的站點(diǎn)都在同一個(gè)沖突域。另外，當(dāng)局域網(wǎng)上任意一個(gè)站點(diǎn)發(fā)送廣播幀時(shí)，凡能收到廣播幀（目的MAC地址為全1）的區(qū)域稱為廣播域。Hub連接的所有站點(diǎn)也處于同一個(gè)廣播域。2024/8/19MAC地址網(wǎng)卡上的硬件地址可用來標(biāo)志插有該網(wǎng)卡的計(jì)算機(jī)。路由器上，網(wǎng)卡上的硬件地址可用來標(biāo)志插有該網(wǎng)卡的路由器的某個(gè)接口。路由器由于至少同時(shí)連接到兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)上，因此它至少有兩塊網(wǎng)卡和兩個(gè)硬件地址。2024/8/19路由器1A-24-F6-54-1B-0E00-00-A2-A4-2C-0220-60-8C-C7-75-2A08-00-20-47-1F-E420-60-8C-11-D2-F6三種類型的MAC地址三種類型的幀：單播(unicast)幀廣播(broadcast)幀多播(multicast)幀以太網(wǎng)是共享介質(zhì)，支持廣播方式的通信，當(dāng)一個(gè)站點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，一個(gè)網(wǎng)段內(nèi)的所有站點(diǎn)都會收到此信息。但只有發(fā)往本站的幀，網(wǎng)卡才進(jìn)行處理，否則，就簡單的丟棄。2024/8/192024/8/19Ethernet幀結(jié)構(gòu)發(fā)送方網(wǎng)絡(luò)適配器將IP分組(或其它網(wǎng)絡(luò)層分組)封裝到Ethernet幀中。2024/8/19Ethernet幀結(jié)構(gòu)Preamble:

7個(gè)字節(jié)的10101010，一個(gè)字節(jié)10101011

用于發(fā)送方和接收方的時(shí)鐘同步。Addresses:6字節(jié)每個(gè)適配器在生產(chǎn)時(shí)分配一個(gè)全球唯一的地址：制造商從IEEE申請地址空間24bitsidentifymanufacturer例如0:0:15:*3comadapter適配器可以收到LAN上的所有幀，如果地址匹配則送到本地的網(wǎng)絡(luò)層，否則則丟棄。特殊地址廣播地址–FF:FF:FF:FF:FF:FFis“everybody”多播地址－所有第一位為“1”，但不是廣播地址適配器會維持一個(gè)感興趣的多播組節(jié)點(diǎn)的列表2024/8/19Ethernet幀結(jié)構(gòu)Type:2字節(jié)指明信息字段承載的高層協(xié)議，如IP，NovellIPX，AppleTalk等。FCS:4字節(jié)CRC計(jì)算時(shí)不含前導(dǎo)碼在接收方檢測，如果發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，則簡單丟棄幀MAC幀實(shí)例（1）--單播以太幀2024/8/19MAC幀實(shí)例（1）--廣播以太幀2024/8/19MAC幀實(shí)例（1）--單播802.3幀2024/8/19第4章以太網(wǎng)2024/8/194.1計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)4.2以太網(wǎng)工作原理4.3共享式以太網(wǎng)4.4交換式以太網(wǎng)4.5高速以太網(wǎng)共享式以太網(wǎng)總線式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（邏輯結(jié)構(gòu)）CSMA/CD介質(zhì)訪問控制方式半雙工方式傳統(tǒng)以太網(wǎng)現(xiàn)在已被淘汰2024/8/194.3.1CSMA/CDCSMA/CD表示CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection?！岸帱c(diǎn)接入”表示許多計(jì)算機(jī)以多點(diǎn)接入的方式連接在一根總線上?！拜d波監(jiān)聽”是指每一個(gè)站在發(fā)送數(shù)據(jù)之前先要檢測一下總線上是否有其他計(jì)算機(jī)在發(fā)送數(shù)據(jù)，如果有，則暫時(shí)不要發(fā)送數(shù)據(jù)，以免發(fā)生碰撞?！芭鲎矙z測”就是計(jì)算機(jī)邊發(fā)送數(shù)據(jù)邊檢測信道上的信號電壓大小。所謂“碰撞”就是發(fā)生了沖突。因此“碰撞檢測”也稱為“沖突檢測”。2024/8/19CSMA/CD工作過程CSMA/CD含有兩方面的內(nèi)容：載波偵聽(CSMA)和沖突檢測(CD)。四個(gè)步驟：偵聽(監(jiān)聽)總線沖突檢測(碰撞檢測)沖突加強(qiáng)，停止發(fā)送重新發(fā)送數(shù)據(jù)2024/8/191)偵聽(監(jiān)聽)總線查看信道上是否有信號是CSMA系統(tǒng)的首要問題。各個(gè)站點(diǎn)都有一個(gè)“偵聽器”，用來測試總線上有無其他工作站正在發(fā)送信息(也稱為載波識別)。如果信道已被占用，則此工作站等待一段時(shí)間后再爭取發(fā)送權(quán)；如果偵聽總線是空閑的，沒有其他工作站發(fā)送的信息就立即搶占總線進(jìn)行信息發(fā)送。2024/8/192)沖突檢測(碰撞檢測)碰撞的發(fā)生當(dāng)信道處于空閑時(shí)，某一個(gè)瞬間，如果總線上兩個(gè)或兩個(gè)以上的工作站同時(shí)都想發(fā)送信息，那么該瞬間它們都可能檢測到信道是空閑的，同時(shí)都認(rèn)為可以發(fā)送信息，從而一齊發(fā)送，這就產(chǎn)生了沖突(碰撞)；另一種情況是某站點(diǎn)偵聽到信道是空閑的，但這種空閑可能是較遠(yuǎn)站點(diǎn)已經(jīng)發(fā)送了信包(由于在傳輸介質(zhì)上信號傳送的延時(shí)，信包還未傳送到此站點(diǎn)的緣故)，如果此站點(diǎn)又發(fā)送信息，則也將產(chǎn)生沖突。沖突只有在發(fā)送信包以后的一段短時(shí)間內(nèi)才可能發(fā)生，因?yàn)槌^這段時(shí)間后，總線上各站點(diǎn)都可能聽到是否有載波信號在占用信道，這一小段時(shí)間稱為碰撞窗口或碰撞時(shí)間間隔。如果線路上最遠(yuǎn)兩個(gè)站點(diǎn)間信包傳送延遲時(shí)間為d，碰撞窗口時(shí)間一般取為2d。2024/8/19

沖突檢測的方法沖突檢測的方法有兩種：比較法和編碼違例判決法。

比較法：是指發(fā)送節(jié)點(diǎn)在發(fā)送數(shù)據(jù)同時(shí)，將其發(fā)送信號波形與從總線上接收到的信號波形進(jìn)行比較。如果總線上同時(shí)出現(xiàn)兩個(gè)或兩個(gè)以上的發(fā)送信號，則它們疊加后的信號波形將不等于任何節(jié)點(diǎn)發(fā)送的信號波形。當(dāng)發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)自己發(fā)送的信號波形與從總線上接收到的信號波形不一致時(shí)，表示總線上有多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)，沖突已經(jīng)產(chǎn)生。編碼違例判決法：是指只檢測從總線上接收的信號波形。如果總線只有一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)，則從總線上接收到的信號波形一定符合差分曼徹斯特編碼規(guī)律。因此，判斷總線上接收信號電平跳變規(guī)律同樣也可以檢測是否出現(xiàn)了沖突。2024/8/193)沖突加強(qiáng)如果在發(fā)送數(shù)據(jù)幀過程中檢測出沖突，在CSMA/CD介質(zhì)存取方法中，首先進(jìn)入發(fā)送“沖突加強(qiáng)信號(JammingSignal)”階段，即發(fā)送阻塞信號。沖突加強(qiáng)中發(fā)送的阻塞(JAM)信號一般為4字節(jié)的任意數(shù)據(jù)，是一個(gè)人為干擾信號。沖突加強(qiáng)的目的是確保有足夠的沖突持續(xù)時(shí)間，以使網(wǎng)中所有節(jié)點(diǎn)都能檢測出沖突存在，廢棄沖突幀，減少因沖突浪費(fèi)的時(shí)間，提高信道利用率。2024/8/194)重新發(fā)送數(shù)據(jù)完成“沖突加強(qiáng)”過程后，節(jié)點(diǎn)停止當(dāng)前幀發(fā)送，進(jìn)入重發(fā)狀態(tài)。進(jìn)入重發(fā)狀態(tài)的第一步是計(jì)算重發(fā)次數(shù)。IEEE802.3協(xié)議規(guī)定一個(gè)幀最大重發(fā)次數(shù)為16次。如果重發(fā)次數(shù)超過16次，則認(rèn)為線路故障，系統(tǒng)進(jìn)入“沖突過多”結(jié)束狀態(tài)。如重發(fā)次數(shù)N≤16，則允許節(jié)點(diǎn)隨機(jī)延遲后再重發(fā)。計(jì)算后退延遲時(shí)間，并且等待后退延遲時(shí)間到之后，節(jié)點(diǎn)將重新判斷總線忙、閑狀態(tài)，重復(fù)發(fā)送流程。如果在發(fā)送數(shù)據(jù)幀過程中沒有檢測出沖突，在數(shù)據(jù)幀發(fā)送結(jié)束后，進(jìn)入結(jié)束狀態(tài)。2024/8/19二進(jìn)制指數(shù)類型退避算法發(fā)生碰撞的站在停止發(fā)送數(shù)據(jù)后，要推遲（退避）一個(gè)隨機(jī)時(shí)間才能再發(fā)送數(shù)據(jù)。確定基本退避時(shí)間，一般是取為爭用期2

。定義參數(shù)k

，k

10，即

k=Min[重傳次數(shù),10]從整數(shù)集合[0,1,…,(2k

1)]中隨機(jī)地取出一個(gè)數(shù)，記為r。重傳所需的時(shí)延就是r倍的基本退避時(shí)間。當(dāng)重傳達(dá)16次仍不能成功時(shí)即丟棄該幀，并向高層報(bào)告。

2024/8/19CSMA/CD總結(jié)CSMA/CD的發(fā)送流程可簡單地概括成四點(diǎn)：先聽后發(fā)，邊發(fā)邊聽，沖突停止，隨機(jī)延遲后重發(fā)。任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)都要通過CSMA/CD方法去競爭總線使用權(quán)，從它準(zhǔn)備發(fā)送到成功發(fā)送的發(fā)送等待延遲時(shí)間是不確定的。因此CSMA/CD方法為隨機(jī)競爭型介質(zhì)訪問控制方法。2024/8/19先聽后發(fā)，為什么還會碰撞？2024/8/19重要特性總線上的單程端到端傳播時(shí)延記為，發(fā)送數(shù)據(jù)后，站點(diǎn)最遲要經(jīng)過2的時(shí)間會知道自己發(fā)送的數(shù)據(jù)是否發(fā)生了碰撞。使用CSMA/CD協(xié)議的以太網(wǎng)不能進(jìn)行全雙工通信而只能進(jìn)行雙向交替通信（半雙工通信）。每個(gè)站在發(fā)送數(shù)據(jù)之后的一小段時(shí)間內(nèi)，存在著遭遇碰撞的可能性。這種發(fā)送的不確定性使整個(gè)以太網(wǎng)的平均通信量遠(yuǎn)小于以太網(wǎng)的最高數(shù)據(jù)率。2024/8/19爭用期2024/8/19爭用期最先發(fā)送數(shù)據(jù)幀的站，在發(fā)送數(shù)據(jù)幀后至多經(jīng)過時(shí)間2

（兩倍的端到端往返時(shí)延）就可知道發(fā)送的數(shù)據(jù)幀是否遭受了碰撞。以太網(wǎng)的端到端往返時(shí)延2

稱為爭用期，或碰撞窗口。經(jīng)過爭用期這段時(shí)間還沒有檢測到碰撞，才能肯定這次發(fā)送不會發(fā)生碰撞。2024/8/19爭用期以太網(wǎng)取51.2

s為爭用期的長度。對于10Mb/s以太網(wǎng)，在爭用期內(nèi)可發(fā)送512bit，即64字節(jié)。以太網(wǎng)在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，若前64字節(jié)沒有發(fā)生沖突，則后續(xù)的數(shù)據(jù)就不會發(fā)生沖突。2024/8/19最短有效幀長如果發(fā)生沖突，就一定是在發(fā)送的前64字節(jié)之內(nèi)。由于一檢測到?jīng)_突就立即中止發(fā)送，這時(shí)已經(jīng)發(fā)送出去的數(shù)據(jù)一定小于64字節(jié)。以太網(wǎng)規(guī)定了最短有效幀長為64字節(jié)，凡長度小于64字節(jié)的幀都是由于沖突而異常中止的無效幀。2024/8/19CSMA/CD性能分析2024/8/19共享式以太網(wǎng)原理集線器的工作原理2024/8/19集線器的一些特點(diǎn)集線器是使用電子器件來模擬實(shí)際電纜線的工作，因此整個(gè)系統(tǒng)仍然像一個(gè)傳統(tǒng)的以太網(wǎng)那樣運(yùn)行。使用集線器的以太網(wǎng)在邏輯上仍是一個(gè)總線網(wǎng)，各工作站使用的還是CSMA/CD

協(xié)議，并共享邏輯上的總線。集線器很像一個(gè)多端口的轉(zhuǎn)發(fā)器，工作在物理層。2024/8/19具有三個(gè)端口的集線器2024/8/19集線器網(wǎng)卡工作站網(wǎng)卡工作站網(wǎng)卡工作站雙絞線圖5.12集線器

利用集線器組網(wǎng)分離的LAN用Hub互聯(lián)后，原本獨(dú)立的沖突域變成了一個(gè)大的、公共的沖突域。如果各個(gè)部門使用不同的以太網(wǎng)技術(shù)，也無法通過hub進(jìn)行互聯(lián)。2024/8/19共享式以太網(wǎng)的特點(diǎn)半雙工傳輸對于CSMA/CD方式，每個(gè)時(shí)刻總線上只能有一個(gè)站點(diǎn)傳輸信息，無法同時(shí)進(jìn)行接收和發(fā)送，所有共享式以太網(wǎng)都是半雙工方式的。共享總線帶寬總線上所有站點(diǎn)共享總線帶寬，每個(gè)站點(diǎn)的平均可用帶寬與總線上的站點(diǎn)總數(shù)成反比。沖突域過大所有的站點(diǎn)都在同一個(gè)沖突域，同一個(gè)廣播域中。這導(dǎo)致了共享式以太網(wǎng)最大的缺點(diǎn)：當(dāng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模增大，用戶數(shù)目增多時(shí)，發(fā)生沖突的可能性大大增加，導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延會急劇上升，網(wǎng)絡(luò)吞吐量急劇下降。2024/8/194.4交換式以太網(wǎng)兩端口網(wǎng)橋多端口網(wǎng)橋交換機(jī)透明網(wǎng)橋協(xié)議（TB，TransparentBridge）生成樹協(xié)議STP（SpanningTreeProtocol）和虛擬局域網(wǎng)VLAN（VirtualLAN）2024/8/19以太網(wǎng)交換機(jī)工作原理-轉(zhuǎn)發(fā)方式直通方式利用目的MAC地址出現(xiàn)在幀開頭的特點(diǎn)，一旦識別出目標(biāo)地址，就立即將進(jìn)來的幀轉(zhuǎn)發(fā)到目的端口。存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式交換機(jī)接收一個(gè)完整的幀后再決定如何轉(zhuǎn)發(fā)。入端口的一個(gè)幀先被完全接收，存儲在緩沖區(qū)中，然后進(jìn)行CRC檢查。若正確，則進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，否則丟棄該幀。無碎片方式先存儲幀的前64字節(jié)，如果幀長小于64字節(jié)，可以判斷是由于沖突引起的無效幀，則丟棄該幀，否則查表轉(zhuǎn)發(fā)。2024/8/19透明網(wǎng)橋原理交換機(jī)遵循透明網(wǎng)橋的工作方式。透明的含義交換機(jī)對接收到的幀僅僅根據(jù)目的地址轉(zhuǎn)發(fā)，而不對幀做任何修改，互相通信的主機(jī)并不知道中間是否經(jīng)過了交換機(jī)交換機(jī)是即插即用的，不需要網(wǎng)絡(luò)管理員和用戶的干預(yù)，實(shí)現(xiàn)“零配置”?；谠碝AC地址進(jìn)行學(xué)習(xí)基于目的MAC地址進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)2024/8/19MAC地址表節(jié)點(diǎn)的MAC地址連接該節(jié)點(diǎn)的交換機(jī)端口該表項(xiàng)的生命期2024/8/19學(xué)習(xí)與轉(zhuǎn)發(fā)/過濾學(xué)習(xí)（Self-Learning）交換機(jī)能夠自動地、不需人工參與地建立起MAC轉(zhuǎn)發(fā)表，并進(jìn)行動態(tài)更新和維護(hù)，即具備“學(xué)習(xí)”能力。過濾（Filtering）當(dāng)收到MAC幀時(shí)，交換機(jī)決定將該幀通過某端口轉(zhuǎn)發(fā)還是將該幀丟棄。轉(zhuǎn)發(fā)（Forwarding）交換機(jī)確定將收到的MAC幀從哪個(gè)端口發(fā)送，并將幀送至該端口。2024/8/19學(xué)習(xí)與轉(zhuǎn)發(fā)/過濾流程2024/8/19交換機(jī)工作原理示例2024/8/19MAC地址端口MAC地址端口MAC-A1MAC地址端口MAC-A1MAC-D3MAC地址端口MAC-A1MAC-D3MAC-B1分離的沖突域2024/8/19交換式以太網(wǎng)組網(wǎng)示例2024/8/19交換式以太網(wǎng)的特點(diǎn)扁平二層網(wǎng)絡(luò)，廣播域過大可以實(shí)現(xiàn)全雙工方式2024/8/194.4.2生成樹協(xié)議2024/8/19局域網(wǎng)2局域網(wǎng)1交換機(jī)2交換機(jī)1

AFF2④F1③不停地兜圈子①②A發(fā)出的幀⑤

1轉(zhuǎn)發(fā)的幀⑥2轉(zhuǎn)發(fā)的幀網(wǎng)絡(luò)資源白白消耗了生成樹的基本概念生成樹協(xié)議STP用來維護(hù)一個(gè)無環(huán)路的二層交換式網(wǎng)絡(luò)，阻止在二層網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生環(huán)路。STP的基本思路是監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)中的所有鏈路，創(chuàng)建一個(gè)拓?fù)鋽?shù)據(jù)庫，通過阻斷冗余鏈路來消除網(wǎng)絡(luò)中可能存在的環(huán)路。運(yùn)行了STP算法之后，幀只能被轉(zhuǎn)發(fā)到由STP挑選出來的鏈路上。而在當(dāng)前活動路徑發(fā)生故障時(shí)，STP能夠自動激活冗余備份鏈路從而恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)連通性，整個(gè)過程也不需要人工參與。這樣，既能保證網(wǎng)絡(luò)有一定的冗余性，又可以避免出現(xiàn)廣播風(fēng)暴等問題。2024/8/19BPDU網(wǎng)橋協(xié)議數(shù)據(jù)單元（BPDU，BridgeProtocolDataUnit）橋ID(BridgeIdentifier)：每個(gè)網(wǎng)橋都有單一的標(biāo)識符，STP利用橋ID來跟蹤網(wǎng)絡(luò)中的所有交換機(jī)。橋ID由2字節(jié)的橋優(yōu)先級和6字節(jié)的MAC地址組成，橋ID最小的網(wǎng)橋一般具有最高的優(yōu)先級。端口開銷(Portcost)：描述交換機(jī)端口所接本地鏈路的開銷，鏈路的開銷一般與鏈路的帶寬成反比。端口ID(PortID)：標(biāo)識交換機(jī)每個(gè)端口，由端口優(yōu)先級和端口號組成的。2024/8/19生成樹算法原理在所有網(wǎng)橋中，選出其中的一個(gè)作為根網(wǎng)橋根橋是橋ID最小的網(wǎng)橋。對于STP來說，關(guān)鍵的問題是在網(wǎng)絡(luò)中推選一個(gè)根橋，并讓根橋成為網(wǎng)絡(luò)中的參考點(diǎn)。每臺“非根”網(wǎng)橋確定一個(gè)“根端口”每個(gè)非根網(wǎng)橋計(jì)算到根網(wǎng)橋的最短路徑，并記下哪個(gè)端口在最短路徑上，該端口即為網(wǎng)橋的根端口。對每一個(gè)LAN，從位于其上的網(wǎng)橋中選出一個(gè)指定網(wǎng)橋。選擇那些包含在生成樹上的端口。這些端口由根端口和指定端口組成。包括在生成樹上的那些端口，處于轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)，網(wǎng)橋?qū)⑼ㄟ^這些端口轉(zhuǎn)發(fā)或者接收幀。其他的端口則處于阻塞狀態(tài)，既不發(fā)送，也不接收。2024/8/192024/8/192024/8/19扁平式二層網(wǎng)絡(luò)缺點(diǎn)廣播域過大安全性問題（信息訪問控制、病毒）用戶管理不便怎么辦？每個(gè)二層網(wǎng)段是一個(gè)獨(dú)立的沖突域所有的二層網(wǎng)段屬于一個(gè)廣播域網(wǎng)絡(luò)處于0管理狀態(tài)。4.4.3虛擬局域網(wǎng)虛擬局域網(wǎng)的概念I(lǐng)EEE802.1Q標(biāo)準(zhǔn)虛擬局域網(wǎng)VLAN是由一些局域網(wǎng)網(wǎng)段構(gòu)成的與物理位置無關(guān)的邏輯組。這些網(wǎng)段具有某些共同的需求。每一個(gè)VLAN的幀都有一個(gè)明確的標(biāo)識符，指明發(fā)送這個(gè)幀的工作站是屬于哪一個(gè)VLAN。虛擬局域網(wǎng)其實(shí)只是局域網(wǎng)給用戶提供的一種服務(wù)，而并不是一種新型局域網(wǎng)。2024/8/192024/8/19SwitchA人事部VLAN財(cái)務(wù)部VLAN工程部VLANSwitchBVLAN簡介人事部VLAN財(cái)務(wù)部VLAN工程部VLANVLAN是一種按照一定的原則在二層劃分邏輯廣播域的技術(shù)。通過VLAN，可以把一個(gè)物理的二層網(wǎng)絡(luò)劃分成多個(gè)小的邏輯的網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)小的邏輯網(wǎng)絡(luò)都是一個(gè)獨(dú)立的廣播域。屬于同一VLAN的成員仍然可以在二層實(shí)現(xiàn)通信，而不同VLAN的成員則不能在二層直接通信。同時(shí)，廣播幀、未知目的幀的洪泛都被交換機(jī)限定在一個(gè)VLAN之內(nèi)。虛擬局域網(wǎng)VLAN是由一些局域網(wǎng)網(wǎng)段構(gòu)成的與物理位置無關(guān)的邏輯組。將局域網(wǎng)內(nèi)的設(shè)備邏輯的而不是物理的劃分成一個(gè)個(gè)網(wǎng)段。2024/8/19VLAN簡介VLAN示例2024/8/19VLAN幀格式虛擬局域網(wǎng)協(xié)議允許在以太網(wǎng)的幀格式中插入一個(gè)4字節(jié)的標(biāo)識符，稱為VLAN標(biāo)記(tag)，用來指明發(fā)送該幀的工作站屬于哪一個(gè)虛擬局域網(wǎng)。2024/8/19802.3MAC幀字節(jié)66246~15004MAC幀目地地址源地址長度/類型數(shù)據(jù)FCS長度/類型=802.1Q標(biāo)記類型標(biāo)記控制信息

1000000100000000VID2字節(jié)2字節(jié)插入4字節(jié)的VLAN標(biāo)記4用戶優(yōu)先級CFI圖5.35VLAN的幀格式2024/8/19VLAN劃分—基于端口主機(jī)A主機(jī)B主機(jī)C主機(jī)DVLAN表Port1Port2Port7Port10端口所屬VLANPort1VLAN5Port2VLAN10…………Port7VLAN5…………Port10VLAN102024/8/19VLAN劃分—

基于MAC地址VLAN表MAC地址所屬VLANMACAVLAN5MACBVLAN10MACCVLAN5MACDVLAN10主機(jī)A主機(jī)B主機(jī)C主機(jī)D2024/8/19西安郵電大學(xué)通信工程系VLAN劃分—基于協(xié)議VLAN表協(xié)議類型所屬VLANIPX協(xié)議VLAN5IP協(xié)議VLAN10…………主機(jī)A主機(jī)B主機(jī)C主機(jī)D2024/8/19VLAN劃分—基于子網(wǎng)VLAN表IP網(wǎng)絡(luò)所屬VLANIP1.1.1.0/24VLAN5IP1.1.2.0/24VLAN10…………主機(jī)A主機(jī)B主機(jī)C主機(jī)D2024/8/19VLAN的端口Access端口：只能屬于一個(gè)VLAN，該VLAN就是該端口的NativeVLAN，該端口連接的鏈路上傳輸?shù)膸菢?biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)幀。Trunk端口：屬于多個(gè)VLAN，該口連接的鏈路上傳輸?shù)膸莟ag幀。Hybrid端口：可以屬于多個(gè)VLAN，可以接收和發(fā)送多個(gè)VLAN的報(bào)文。進(jìn)入ACCESS口加上VLAN標(biāo)識離開ACCESS口去掉VLAN標(biāo)識TRUNK口對VLAN幀進(jìn)行透傳單交換機(jī)VLAN通信過程2024/8/19多交換機(jī)VLAN通信2024/8/19第4章以太網(wǎng)2024/8/194.1計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)4.2以太網(wǎng)工作原理4.3共享式以太網(wǎng)4.4交換式以太網(wǎng)4.5高速以太網(wǎng)4.5.1高速以太網(wǎng)概述速率達(dá)到或超過100Mb/s的以太網(wǎng)稱為高速以太網(wǎng)。全雙工方式自動協(xié)商2024/8/19快速以太網(wǎng)100BASE-T以太網(wǎng)在雙絞線上傳送100Mb/s基帶信號的星型拓?fù)湟蕴W(wǎng)，仍使用IEEE802.3的CSMA/CD協(xié)議。100BASE-T以太網(wǎng)又稱為快速以太網(wǎng)(FastEthernet)。2024/8/19100BASE-T以太網(wǎng)的特點(diǎn)可在全雙工方式下工作而無沖突發(fā)生。因此，不需要使用CSMA/CD協(xié)議。但在半雙工方式下使用CSMA/CD協(xié)議。MAC幀格式仍然是802.3標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的。標(biāo)準(zhǔn)：802.3u。幀間時(shí)間間隔從原來的9.6

s改為現(xiàn)在的0.96

s。2024/8/19三種不同的物理層標(biāo)準(zhǔn)2024/8/19100Base-X100Base-T4100Base-TX100Base-FX傳輸介質(zhì)兩對屏蔽或五類非屏蔽雙絞線兩根光纖兩對三類非屏蔽雙絞線信道編碼4B/5B4B/5B8B/6T數(shù)據(jù)速率100Mbps100Mbps100Mbps最大網(wǎng)段長度100m100m100m網(wǎng)絡(luò)范圍200m400m200m4.5.3吉比特以太網(wǎng)允許在1Gb/s下全雙工和半雙工兩種方式工作。使用802.3協(xié)議規(guī)定的幀格式。