CCNA數(shù)據(jù)鏈路層與以太網(wǎng)交換技術解讀課件

第四章：數(shù)據(jù)鏈路層與以太網(wǎng)交換技術第四章：數(shù)據(jù)鏈路層與以太網(wǎng)交換技術一，數(shù)據(jù)鏈路層與以太網(wǎng)一，數(shù)據(jù)鏈路層與以太網(wǎng)1.1數(shù)據(jù)鏈路層的功能數(shù)據(jù)鏈路層位于網(wǎng)絡層與物理層之間物理層物理層數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡層網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議比特（Bit）幀（Frame）包(Packet）主機A主機B數(shù)據(jù)單元1.1數(shù)據(jù)鏈路層的功能數(shù)據(jù)鏈路層物理層物理層數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)1.1數(shù)據(jù)鏈路層的功能數(shù)據(jù)鏈路層的功能數(shù)據(jù)鏈路的建立、維護與拆除幀包裝、幀傳輸、幀同步幀的差錯恢復流量控制1.1數(shù)據(jù)鏈路層的功能數(shù)據(jù)鏈路層的功能1.2以太網(wǎng)以太網(wǎng)工作在數(shù)據(jù)鏈路層物理層物理層數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡層網(wǎng)絡層物理層協(xié)議數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議網(wǎng)絡層協(xié)議比特幀包12主機A主機B數(shù)據(jù)單元層以太網(wǎng)1.2以太網(wǎng)以太網(wǎng)工作在數(shù)據(jù)鏈路層物理層物理層數(shù)據(jù)鏈路1.3什么是以太網(wǎng)我們平常使用的局域網(wǎng)就是以太網(wǎng)①如果中間的線路是共享的，這條鏈路在同一時間由誰來使用呢？如何來保證這些主機能有序的使用共享線路，不發(fā)生數(shù)據(jù)的沖突？

②如果主機A發(fā)出一個數(shù)據(jù)包給主機B，如何標識主機A和主機B呢？這就是主機的地址問題。③主機之間發(fā)送的數(shù)據(jù)，需要保證雙方互相都能讀懂，那么它們發(fā)送的數(shù)據(jù)的格式，是不是需要有一個統(tǒng)一的規(guī)范呢？1.3什么是以太網(wǎng)我們平常使用的局域網(wǎng)就是以太網(wǎng)①如果中1.4單工、半雙工與全雙工單工只有一個信道，傳輸方向只能是單向的半雙工只有一個信道，在同一時刻，只能是單向傳輸全雙工雙信道，同時可以有雙向數(shù)據(jù)傳輸ABABAB例如：尋呼機例如：對講機例如：電話1.4單工、半雙工與全雙工單工ABABAB例如：尋呼機例1.5

以太網(wǎng)歷史回顧以太網(wǎng)的早期版本使用同軸電纜在總線拓撲中連接計算機。粗纜(10BASE5)細纜(10BASE2)最初的同軸粗纜和同軸細纜等物理介質(zhì)被早期的UTP類電纜所取代。物理拓撲也改為使用集線器的星型拓撲。1.5以太網(wǎng)歷史回顧以太網(wǎng)的早期版本使用同軸電纜在總線1.6

以太網(wǎng)沖突管理傳統(tǒng)的以太網(wǎng)---半雙工

基于共享的介質(zhì)，每次只有一個站點能夠成功發(fā)送。隨著更多的設備加入以太網(wǎng)，幀的沖突量大幅增加。當前的以太網(wǎng)---全雙工交換機可以隔離每個端口，只將幀發(fā)送到正確的目的地（如果目的地已知），而不是發(fā)送每個幀到每臺設備，數(shù)據(jù)的流動因而得到了有效的控制。1.6以太網(wǎng)沖突管理傳統(tǒng)的以太網(wǎng)---半雙工當前的以1.7以太網(wǎng)采用CSMA/CDCSMA/CD—帶沖突檢測的載波監(jiān)聽多路訪問以太網(wǎng)采用CSMA/CD避免信號的沖突工作原理發(fā)送前先監(jiān)聽信道是否空閑，若空閑則立即發(fā)送數(shù)據(jù)。在發(fā)送時，邊發(fā)邊繼續(xù)監(jiān)聽若監(jiān)聽到?jīng)_突，則立即停止發(fā)送等待一段隨機時間（稱為退避）以后，再重新嘗試(最多15次)1.7以太網(wǎng)采用CSMA/CDCSMA/CD—帶沖突檢測1.8以太網(wǎng)MAC地址以太網(wǎng)地址用來識別一個以太網(wǎng)上的某個單獨的設備或一組設備

例如：00－06－1b－e3－93－6c00－0d－28－be－b6－4224比特（供應商標識）24比特（供應商對網(wǎng)卡的唯一編號）對于目的地址：0–物理地址（單播地址）1–邏輯地址（組播地址）1.8以太網(wǎng)MAC地址以太網(wǎng)地址用來識別一個以太網(wǎng)上的某1.9以太網(wǎng)幀格式802.3以太網(wǎng)幀格式7字節(jié)6字節(jié)6字節(jié)前導碼目的地址源地址類型/長度數(shù)據(jù)幀校驗序列46～1500字節(jié)4字節(jié)1字節(jié)2字節(jié)幀啟始定界符大于0600H表示類型，小于0600H表示長度1.9以太網(wǎng)幀格式802.3以太網(wǎng)幀格式7字節(jié)6字節(jié)61.10以太網(wǎng)標準物理層數(shù)據(jù)鏈路層邏輯鏈路控制子層（LLC)介質(zhì)訪問控制子層（MAC)以太網(wǎng)IEEE802.2IEEE802.31.10以太網(wǎng)標準物理層數(shù)據(jù)鏈路層邏輯鏈路控制子層（LL1.10

數(shù)據(jù)鏈路層標準匯總1.10數(shù)據(jù)鏈路層標準匯總1.11MAC子層與LLC子層介質(zhì)訪問控制（MAC）子層（802.3）將上層交下來的數(shù)據(jù)封裝成幀進行發(fā)送(接收時進行相反的過程，將幀拆卸)；實現(xiàn)和維護介質(zhì)訪訪問控制協(xié)議，例如CSMA/CD；比特差錯檢測；MAC幀的尋址，即MAC幀由哪個站（源站）發(fā)出，被哪個站／哪些站接收（目的站）。1.11MAC子層與LLC子層介質(zhì)訪問控制（MAC）子1.11MAC子層與LLC子層邏輯鏈路控制（LLC）子層（802.2）建立和釋放數(shù)據(jù)鏈路層的邏輯連接；提供與上層的接口；給幀加上序號。1.11MAC子層與LLC子層邏輯鏈路控制（LLC）子層二，以太網(wǎng)交換原理二，以太網(wǎng)交換原理2.1以太網(wǎng)交換機交換機是用來連接局域網(wǎng)的主要設備交換機能夠根據(jù)以太網(wǎng)幀中目標地址智能的轉發(fā)數(shù)據(jù)，因此交換機工作在數(shù)據(jù)鏈路層交換機分割沖突域，實現(xiàn)全雙工通信2.1以太網(wǎng)交換機交換機是用來連接局域網(wǎng)的主要設備2.1以太網(wǎng)的物理實現(xiàn)以太網(wǎng)的成功離不開以下因素：維護的簡便性整合新技術的功能可靠性安裝和升級成本在當今的網(wǎng)絡中，以太網(wǎng)使用UTP銅纜和光纜通過集線器和交換機等中間設備連接網(wǎng)絡設備。2.1以太網(wǎng)的物理實現(xiàn)以太網(wǎng)的成功離不開以下因素：2.2交換機數(shù)據(jù)轉發(fā)原理11B334422AABBA端口1端口1端口2端口2data端口3端口3主機11給主機33發(fā)送一個數(shù)據(jù)幀：目標地址：33源地址：112.2交換機數(shù)據(jù)轉發(fā)原理11B334422AABBA端口2.2交換機數(shù)據(jù)轉發(fā)原理A交換機A在接收到數(shù)據(jù)幀后，執(zhí)行以下操作：交換機A查找MAC地址表交換機A學習主機11的MAC地址交換機A向其他所有端口發(fā)送廣播1112.2交換機數(shù)據(jù)轉發(fā)原理A交換機A在接收到數(shù)據(jù)幀后，執(zhí)行2.2交換機數(shù)據(jù)轉發(fā)原理11B334422AABBA端口1端口1端口2data端口2端口3端口3data2.2交換機數(shù)據(jù)轉發(fā)原理11B334422AABBA端口2.2交換機數(shù)據(jù)轉發(fā)原理交換機B在接收到數(shù)據(jù)幀后，執(zhí)行以下操作：交換機B查看MAC地址表交換機B學習源MAC地址和端口號交換機B向所有端口廣播數(shù)據(jù)包主機22，查看數(shù)據(jù)包的目標MAC地址不是自己，丟棄數(shù)據(jù)包B11322data2.2交換機數(shù)據(jù)轉發(fā)原理交換機B在接收到數(shù)據(jù)幀后，執(zhí)行以2.2交換機數(shù)據(jù)轉發(fā)原理B334422AABBA端口1端口1端口2data端口2端口3端口3data11data2.2交換機數(shù)據(jù)轉發(fā)原理B334422AABBA端口1端2.2交換機數(shù)據(jù)轉發(fā)原理主機33，接收到數(shù)據(jù)幀主機44，丟棄數(shù)據(jù)幀3344datadata在這個過程中，交換機的MAC地址表中沒有需要的條目，交換機通過廣播的方式，轉發(fā)了數(shù)據(jù)幀2.2交換機數(shù)據(jù)轉發(fā)原理主機33，接收到數(shù)據(jù)幀33442.2交換機數(shù)據(jù)轉發(fā)原理B334422AABBA端口1端口1端口2端口2端口3端口3data11這時，主機44要給主機11發(fā)送一個數(shù)據(jù)幀：目標地址：11源地址：442.2交換機數(shù)據(jù)轉發(fā)原理B334422AABBA端口12.2交換機數(shù)據(jù)轉發(fā)原理B113交換機B在接收到數(shù)據(jù)幀后，執(zhí)行以下操作：交換機B學習源MAC地址和端口號交換機B查看MAC地址表，根據(jù)MAC地址表中的條目，單播轉發(fā)數(shù)據(jù)到端口34422.2交換機數(shù)據(jù)轉發(fā)原理B112.2交換機數(shù)據(jù)轉發(fā)原理A111交換機A在接收到數(shù)據(jù)幀后，執(zhí)行以下操作：交換機A學習源MAC地址和端口號交換機A查看MAC地址表，根據(jù)MAC地址表中的條目，單播轉發(fā)數(shù)據(jù)到端口1主機11，收到數(shù)據(jù)幀4432.2交換機數(shù)據(jù)轉發(fā)原理A112.2交換機數(shù)據(jù)轉發(fā)原理B334422AABBA端口1端口1端口2端口2端口3端口311data在這個過程中，交換機的MAC地址表中已經(jīng)學到了需要的條目，交換機通過單播的方式，轉發(fā)了數(shù)據(jù)幀2.2交換機數(shù)據(jù)轉發(fā)原理B334422AABBA端口12.2交換機數(shù)據(jù)轉發(fā)原理A111443222333113442223331交換機最終的MAC地址表B2.2交換機數(shù)據(jù)轉發(fā)原理A112.2交換機數(shù)據(jù)轉發(fā)原理轉發(fā)交換機根據(jù)MAC地址表單播轉發(fā)數(shù)據(jù)幀學習MAC地址表是交換機通過學習接收的數(shù)據(jù)幀的源MAC地址來形成的廣播如果目標地址在MAC地址表中沒有，交換機就向除接收到該數(shù)據(jù)幀的端口外的其他所有端口廣播該數(shù)據(jù)幀更新交換機MAC地址表的老化時間是300秒交換機如果發(fā)現(xiàn)一個幀的入端口和MAC地址表中源MAC地址的所在端口不同，交換機將MAC地址重新學習到新的端口2.2交換機數(shù)據(jù)轉發(fā)原理轉發(fā)PrimarilysoftwarebasedOnespanning-treeinstanceperbridgeUsuallyupto16portsperbridge分隔多個沖突域，共享同一個廣播域BridgingPrimarilyhardwarebased(ASIC)Manyspanning-treeinstancesperswitchMoreportsonaswitch分隔多個沖突域，一般共享廣播域。在劃分VLAN時，可以分割多個廣播域LANSwitching2.3橋接和交換機的比較PrimarilysoftwarebasedBridgi2.4了解多層交換第2層交換：本質(zhì)上是多端口的透明橋接，但比傳統(tǒng)橋接增加了存儲轉發(fā)外的兩種轉發(fā)交換方式。2層交換機比橋增加了VLAN功能，同一交換機可以當作多個獨立的橋使用，在分割沖突域的同時，分隔廣播域。第3層交換：類似于路由，根據(jù)目的IP來轉發(fā)幀，同時改變幀中的MAC地址，減少生存期TTL域，執(zhí)行一次幀檢測。但3層交換機使用ASIC來實現(xiàn)，傳統(tǒng)路由器使用通用微處理器和軟件來實現(xiàn)。Cisco實現(xiàn)了“路由一次，交換多次”的快捷交換方式。2.4了解多層交換第2層交換：本質(zhì)上是多端口的透明橋接，2.5交換機交換數(shù)據(jù)Cut-throughSwitchchecksdestinationaddressandimmediatelybeginsforwardingframeFrame交換，就是將分組(或幀)從一個端口移到另一個端口的簡單動作。第三層交換是基于網(wǎng)絡層目的地址轉發(fā)數(shù)據(jù)包，而第二層交換是基于MAC地址轉發(fā)幀。直通交換法：交換機一確定幀的目的MAC地址和正確的端口號，就立即將幀轉發(fā)出去。通常情況下，大約在收到幀頭14個字節(jié)左右就開始轉發(fā)。這使得直通法比存儲轉發(fā)法具有更小且相對固定的延遲時間，但它連小于64字節(jié)的幀以及一些壞幀也一塊兒轉發(fā)，可能浪費帶寬。2.5交換機交換數(shù)據(jù)Cut-throughFrame交2.5交換機交換數(shù)據(jù)StoreandforwardCompleteframeisreceivedandcheckedbeforeforwardingFrameFrameFrame存儲轉發(fā)法：交換機將幀向目的端口轉發(fā)之前要先收到完整的幀并進行CRC校驗、確定目的地址。交換機將整個幀存儲在內(nèi)存緩沖區(qū)中，直到它獲得有效資源才將其發(fā)往目的地。好處是能夠拋棄小于64字節(jié)的幀以及其他任何受損的幀，這樣可以節(jié)約帶寬。缺點是延遲較大且不固定，因為它在轉發(fā)之前要收到并處理完整的幀。2.5交換機交換數(shù)據(jù)StoreandforwardFragmentfree

(modifiedcut-through)Switchchecksthefirst64bytesthenimmediately

beginsforwardingframeFrame2.5交換機交換數(shù)據(jù)改進直通法：在轉發(fā)一個幀之前要先看它是不是沖突碎片。沖突碎片通常小于64字節(jié)，如果幀超過64字節(jié)，改進直通法就認為它是合法的，好處是能夠拋棄小于64字節(jié)的幀，有固定的延遲。Fragmentfree

(modifiedcut-t三，交換冗余和STP三，交換冗余和STP3.1交換機端口狀態(tài)

運行生成樹協(xié)議的交換機上的端口，總是處于下面五個狀態(tài)中的一個。在正常操作期間，端口處于轉發(fā)或阻塞狀態(tài)。當設備識別網(wǎng)絡拓撲結構變化時，交換機自動進行狀態(tài)轉換，在這期間端口暫時處于監(jiān)聽和學習狀態(tài)。

阻塞：所有端口以阻塞狀態(tài)啟動以防止回路。處于阻塞狀態(tài)的端口不轉發(fā)FRAME,但可接受但不轉發(fā)BPDU監(jiān)聽：不轉發(fā)FRAME,接收并發(fā)送BPDU學習：不轉發(fā)FRAME，接收并發(fā)送BPDU，開始地址學習MAC地址表（臨時狀態(tài)）轉發(fā)：接收和發(fā)送FRAME禁用:

不工作3.1交換機端口狀態(tài)運行生成樹協(xié)議的交換機上的端口，總是3.2冗余拓撲Redundanttopology：可以避免單點故障Redundanttopology：會導致廣播風暴，幀的反復傳送以及

MAC地址表不穩(wěn)定等問題Segment1Segment2Server/hostXRouterY3.2冗余拓撲Redundanttopology：Segment1Segment2Server/hostXRouterY

BroadcastSwitchASwitchBHostXsendsaBroadcast另一方向的廣播洪泛未畫出來，我們只講一個方向的流量3.2廣播風暴Segment1Segment2Server/hostSegment1Segment2Server/hostXRouterY

BroadcastSwitchASwitchBHostXsendsaBroadcast3.2廣播風暴Segment1Segment2Server/hostSegment1Segment2Server/hostXRouterY

BroadcastSwitchescontinuetopropagatebroadcasttrafficoverandoverSwitchASwitchB3.2廣播風暴Segment1Segment2Server/host3.2幀的反復傳送Segment1Segment2Server/hostXRouterY

UnicastSwitchASwitchBHostXsendsanunicastframetorouterYRouterYMACaddresshasnotbeenlearnedbyeitherswitchyet3.2幀的反復傳送Segment1Segment2SSegment1Segment2Server/hostXRouterY

UnicastSwitchASwitchBRouterYwillreceivetwocopiesofthesameframe

Unicast

Unicast3.2幀的反復傳送Segment1Segment2Server/hostSegment1Segment2Server/hostXRouterY

Unicast

UnicastSwitchA

SwitchBSwitchAandBlearnHostXMACaddressonport0Port0Port1Port0Port13.2MAC地址表不穩(wěn)定Segment1Segment2Server/hostSegment1Segment2Server/hostXRouterY

Unicast

UnicastSwitchASwitchBFrametoRouterYisfloodedSwitchAandBincorrectlylearnHostXMACaddressonport1Port0Port1Port0Port13.2MAC地址表不穩(wěn)定Segment1Segment2Server/hostComplextopologycancausemultipleloopstooccurLayer2hasnomechanismtostoptheloopServer/hostWorkstationsLoopLoopLoop3.2MultipleLoopProblems

BroadcastComplextopologycancausemul3.3解決方法：Spanning-TreeProtocol通過阻塞其中的一個端口，從而達到網(wǎng)絡無環(huán)的結果這樣的機制就是STP-生成樹協(xié)議STP保證了網(wǎng)絡的可達性，并且在發(fā)生環(huán)路的端口進行阻塞Blockx3.3解決方法：Spanning-TreeProtoc每個網(wǎng)絡有且僅有一個根橋，根橋具有最低的橋ID，根橋上的所有端口都是指派端每個非根橋有且僅有一個根端口,根端口到達根橋所花代價最低每個網(wǎng)段有且僅有一個指派端口，指派端口到達根橋所花代價最低xDesignatedport(F)Rootport(F)Designatedport(F)Nondesignatedport(B)RootbridgeNonrootbridgeSWXSWY100baseT10baseT3.4生成樹操作原理每個網(wǎng)絡有且僅有一個根橋，根橋具有最低的橋ID，根橋上SwitchYDefaultpriority32768

(8000hex)MAC0c0022222222SwitchXDefaultpriority32768

(8000hex)MAC0c0011111111

BPDUBPDU每2秒間隔發(fā)送3.4根橋的選擇SwitchYSwitchXBPDUBPDU每2秒間隔SwitchYDefaultpriority32768MAC0c0022222222SwitchXDefaultpriority32768MAC0c0011111111RootbridgexPort0Port1Port0Port1100baseT10baseT

Designatedport(F)Rootport(F)Nondesignatedport(B)Designatedport(F)每個非根橋有且僅有一個根端口forwarding，根端口到達根橋所花代價＋優(yōu)先級＋MAC地址＋Port#最小RP和DP一般處于forwarding狀態(tài)，NDP一般是blocked狀態(tài)3.4STP端口狀態(tài)SwitchYSwitchXRootbridgexPoLinkSpeed Cost(reratifyIEEEspec)Cost(previousIEEEspec)-------------------------------------------------------------10Gbps 2

1 1

Gbps

4

1100Mbps 19

1010Mbps 100

100

3.4STP路徑成本LinkSpeed Cost(reratifyIEEESwitchYMAC0c0022222222Defaultpriority32768SwitchXMAC0c0011111111Defaultpriority32768Port0Port1Port0Port1SwitchZMac0c0011110000Defaultpriority32768Port0請你判斷：Whatistherootbridge?Whatarethedesignated,nondesignated,androotports?Whicharetheforwardingandblockingports?

100baseT100baseT3.5思考題SwitchYSwitchXPort0Port1PoBlocking(20sec)Listening(15sec)Learning(15sec)ForwardingSpanning-treetransitionseachportthroughseveraldifferentstate:3.6STP計時器BlockingSpanning-treetransiti3.7交換網(wǎng)絡的收斂Convergence收斂：網(wǎng)絡正常工作--對于2層交換網(wǎng)絡來說，網(wǎng)絡的收斂就是指所有交換機的所有端口要么處于轉發(fā)狀態(tài)，要么處于阻塞狀態(tài)。大型網(wǎng)絡中重新收斂可能引起周期性的不穩(wěn)定，在根橋的重新選擇過程中，所有已學到的MAC地址都被老化掉，從而引起單播幀的大量洪泛。3.7交換網(wǎng)絡的收斂Convergence收斂：網(wǎng)絡正常四，RSTP四，RSTP4.1RSTP端口類型4.1RSTP端口類型4.2RSTP端口狀態(tài)RSTPPortStateDiscardingSTPPortStateDisabledPortIncludedin

ActiveTopology?NoPortLearningMAC

Addresses?NoDiscardingBlockingNoNoDiscardingListeningNoNoLearningLearningNoYesForwardingForwardingYesYES4.2RSTP端口狀態(tài)RSTPPortStateD4.3RSTP鏈路類型4.3RSTP鏈路類型4.4RSTP拓撲改變4.4RSTP拓撲改變五，CISCOSTP增強特性五，CISCOSTP增強特性5.1PortFast5.1PortFast5.1配置和檢查PortFastSwitch#showrunning-configinterfacefastethernet5/8

Buildingconfiguration...

Currentconfiguration:

!

interfaceFastEthernet5/8

noipaddress

switchport

switchportaccessvlan200

switchportmodeaccess

spanning-treeportfast

endSwitch(config-if)#spanning-treeportfastEnablesPortFastonaninterfaceSwitch#showrunning-configinterface{{fastethernet|gigabitethernet}slot/port}|{port-channelpc_number}DisplaysPortFastinterfaceconfigurationinformation5.1配置和檢查PortFastSwitch#show5.2BPDUGuard首先配置bpduguard,它是對起用了potfast的端口才起作用配置為potfast，在默認的情況下如果它收到BPDU的時候STP就把它變?yōu)樽枞麪顟B(tài)，如果配置了bpduguard,接收到BPDU就會SHUTDOWN狀態(tài)，這樣避免環(huán)路5.2BPDUGuard首先配置bpduguard,它5.2BPDUfiltering也就是BPDU過濾，也就是如果一個portfastbpdufilter端口收到了一個BPDU數(shù)據(jù)包的時候，就會被置為普通端口，不在是portfast，然后STP開始在這個端口開始工作。5.2BPDUfiltering也就是BPDU過濾，也5.3UplinkFast5.3UplinkFast5.3配置UplinkFastSwitch(config)#spanning-treeuplinkfastEnablesUplinkFast5.3配置UplinkFastSwitch(conf5.4BackboneFast5.4BackboneFast5.4BackboneFast(Cont.)5.4BackboneFast(Cont.)5.4BackboneFast(Cont.)5.4BackboneFast(Cont.)本章習題本章習題CCNA數(shù)據(jù)鏈路層與以太網(wǎng)交換技術解讀課件第四章：數(shù)據(jù)鏈路層與以太網(wǎng)交換技術第四章：數(shù)據(jù)鏈路層與以太網(wǎng)交換技術一，數(shù)據(jù)鏈路層與以太網(wǎng)一，數(shù)據(jù)鏈路層與以太網(wǎng)1.1數(shù)據(jù)鏈路層的功能數(shù)據(jù)鏈路層位于網(wǎng)絡層與物理層之間物理層物理層數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡層網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議比特（Bit）幀（Frame）包(Packet）主機A主機B數(shù)據(jù)單元1.1數(shù)據(jù)鏈路層的功能數(shù)據(jù)鏈路層物理層物理層數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)1.1數(shù)據(jù)鏈路層的功能數(shù)據(jù)鏈路層的功能數(shù)據(jù)鏈路的建立、維護與拆除幀包裝、幀傳輸、幀同步幀的差錯恢復流量控制1.1數(shù)據(jù)鏈路層的功能數(shù)據(jù)鏈路層的功能1.2以太網(wǎng)以太網(wǎng)工作在數(shù)據(jù)鏈路層物理層物理層數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡層網(wǎng)絡層物理層協(xié)議數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議網(wǎng)絡層協(xié)議比特幀包12主機A主機B數(shù)據(jù)單元層以太網(wǎng)1.2以太網(wǎng)以太網(wǎng)工作在數(shù)據(jù)鏈路層物理層物理層數(shù)據(jù)鏈路1.3什么是以太網(wǎng)我們平常使用的局域網(wǎng)就是以太網(wǎng)①如果中間的線路是共享的，這條鏈路在同一時間由誰來使用呢？如何來保證這些主機能有序的使用共享線路，不發(fā)生數(shù)據(jù)的沖突？

②如果主機A發(fā)出一個數(shù)據(jù)包給主機B，如何標識主機A和主機B呢？這就是主機的地址問題。③主機之間發(fā)送的數(shù)據(jù)，需要保證雙方互相都能讀懂，那么它們發(fā)送的數(shù)據(jù)的格式，是不是需要有一個統(tǒng)一的規(guī)范呢？1.3什么是以太網(wǎng)我們平常使用的局域網(wǎng)就是以太網(wǎng)①如果中1.4單工、半雙工與全雙工單工只有一個信道，傳輸方向只能是單向的半雙工只有一個信道，在同一時刻，只能是單向傳輸全雙工雙信道，同時可以有雙向數(shù)據(jù)傳輸ABABAB例如：尋呼機例如：對講機例如：電話1.4單工、半雙工與全雙工單工ABABAB例如：尋呼機例1.5

以太網(wǎng)歷史回顧以太網(wǎng)的早期版本使用同軸電纜在總線拓撲中連接計算機。粗纜(10BASE5)細纜(10BASE2)最初的同軸粗纜和同軸細纜等物理介質(zhì)被早期的UTP類電纜所取代。物理拓撲也改為使用集線器的星型拓撲。1.5以太網(wǎng)歷史回顧以太網(wǎng)的早期版本使用同軸電纜在總線1.6

以太網(wǎng)沖突管理傳統(tǒng)的以太網(wǎng)---半雙工

基于共享的介質(zhì)，每次只有一個站點能夠成功發(fā)送。隨著更多的設備加入以太網(wǎng)，幀的沖突量大幅增加。當前的以太網(wǎng)---全雙工交換機可以隔離每個端口，只將幀發(fā)送到正確的目的地（如果目的地已知），而不是發(fā)送每個幀到每臺設備，數(shù)據(jù)的流動因而得到了有效的控制。1.6以太網(wǎng)沖突管理傳統(tǒng)的以太網(wǎng)---半雙工當前的以1.7以太網(wǎng)采用CSMA/CDCSMA/CD—帶沖突檢測的載波監(jiān)聽多路訪問以太網(wǎng)采用CSMA/CD避免信號的沖突工作原理發(fā)送前先監(jiān)聽信道是否空閑，若空閑則立即發(fā)送數(shù)據(jù)。在發(fā)送時，邊發(fā)邊繼續(xù)監(jiān)聽若監(jiān)聽到?jīng)_突，則立即停止發(fā)送等待一段隨機時間（稱為退避）以后，再重新嘗試(最多15次)1.7以太網(wǎng)采用CSMA/CDCSMA/CD—帶沖突檢測1.8以太網(wǎng)MAC地址以太網(wǎng)地址用來識別一個以太網(wǎng)上的某個單獨的設備或一組設備

例如：00－06－1b－e3－93－6c00－0d－28－be－b6－4224比特（供應商標識）24比特（供應商對網(wǎng)卡的唯一編號）對于目的地址：0–物理地址（單播地址）1–邏輯地址（組播地址）1.8以太網(wǎng)MAC地址以太網(wǎng)地址用來識別一個以太網(wǎng)上的某1.9以太網(wǎng)幀格式802.3以太網(wǎng)幀格式7字節(jié)6字節(jié)6字節(jié)前導碼目的地址源地址類型/長度數(shù)據(jù)幀校驗序列46～1500字節(jié)4字節(jié)1字節(jié)2字節(jié)幀啟始定界符大于0600H表示類型，小于0600H表示長度1.9以太網(wǎng)幀格式802.3以太網(wǎng)幀格式7字節(jié)6字節(jié)61.10以太網(wǎng)標準物理層數(shù)據(jù)鏈路層邏輯鏈路控制子層（LLC)介質(zhì)訪問控制子層（MAC)以太網(wǎng)IEEE802.2IEEE802.31.10以太網(wǎng)標準物理層數(shù)據(jù)鏈路層邏輯鏈路控制子層（LL1.10

數(shù)據(jù)鏈路層標準匯總1.10數(shù)據(jù)鏈路層標準匯總1.11MAC子層與LLC子層介質(zhì)訪問控制（MAC）子層（802.3）將上層交下來的數(shù)據(jù)封裝成幀進行發(fā)送(接收時進行相反的過程，將幀拆卸)；實現(xiàn)和維護介質(zhì)訪訪問控制協(xié)議，例如CSMA/CD；比特差錯檢測；MAC幀的尋址，即MAC幀由哪個站（源站）發(fā)出，被哪個站／哪些站接收（目的站）。1.11MAC子層與LLC子層介質(zhì)訪問控制（MAC）子1.11MAC子層與LLC子層邏輯鏈路控制（LLC）子層（802.2）建立和釋放數(shù)據(jù)鏈路層的邏輯連接；提供與上層的接口；給幀加上序號。1.11MAC子層與LLC子層邏輯鏈路控制（LLC）子層二，以太網(wǎng)交換原理二，以太網(wǎng)交換原理2.1以太網(wǎng)交換機交換機是用來連接局域網(wǎng)的主要設備交換機能夠根據(jù)以太網(wǎng)幀中目標地址智能的轉發(fā)數(shù)據(jù)，因此交換機工作在數(shù)據(jù)鏈路層交換機分割沖突域，實現(xiàn)全雙工通信2.1以太網(wǎng)交換機交換機是用來連接局域網(wǎng)的主要設備2.1以太網(wǎng)的物理實現(xiàn)以太網(wǎng)的成功離不開以下因素：維護的簡便性整合新技術的功能可靠性安裝和升級成本在當今的網(wǎng)絡中，以太網(wǎng)使用UTP銅纜和光纜通過集線器和交換機等中間設備連接網(wǎng)絡設備。2.1以太網(wǎng)的物理實現(xiàn)以太網(wǎng)的成功離不開以下因素：2.2交換機數(shù)據(jù)轉發(fā)原理11B334422AABBA端口1端口1端口2端口2data端口3端口3主機11給主機33發(fā)送一個數(shù)據(jù)幀：目標地址：33源地址：112.2交換機數(shù)據(jù)轉發(fā)原理11B334422AABBA端口2.2交換機數(shù)據(jù)轉發(fā)原理A交換機A在接收到數(shù)據(jù)幀后，執(zhí)行以下操作：交換機A查找MAC地址表交換機A學習主機11的MAC地址交換機A向其他所有端口發(fā)送廣播1112.2交換機數(shù)據(jù)轉發(fā)原理A交換機A在接收到數(shù)據(jù)幀后，執(zhí)行2.2交換機數(shù)據(jù)轉發(fā)原理11B334422AABBA端口1端口1端口2data端口2端口3端口3data2.2交換機數(shù)據(jù)轉發(fā)原理11B334422AABBA端口2.2交換機數(shù)據(jù)轉發(fā)原理交換機B在接收到數(shù)據(jù)幀后，執(zhí)行以下操作：交換機B查看MAC地址表交換機B學習源MAC地址和端口號交換機B向所有端口廣播數(shù)據(jù)包主機22，查看數(shù)據(jù)包的目標MAC地址不是自己，丟棄數(shù)據(jù)包B11322data2.2交換機數(shù)據(jù)轉發(fā)原理交換機B在接收到數(shù)據(jù)幀后，執(zhí)行以2.2交換機數(shù)據(jù)轉發(fā)原理B334422AABBA端口1端口1端口2data端口2端口3端口3data11data2.2交換機數(shù)據(jù)轉發(fā)原理B334422AABBA端口1端2.2交換機數(shù)據(jù)轉發(fā)原理主機33，接收到數(shù)據(jù)幀主機44，丟棄數(shù)據(jù)幀3344datadata在這個過程中，交換機的MAC地址表中沒有需要的條目，交換機通過廣播的方式，轉發(fā)了數(shù)據(jù)幀2.2交換機數(shù)據(jù)轉發(fā)原理主機33，接收到數(shù)據(jù)幀33442.2交換機數(shù)據(jù)轉發(fā)原理B334422AABBA端口1端口1端口2端口2端口3端口3data11這時，主機44要給主機11發(fā)送一個數(shù)據(jù)幀：目標地址：11源地址：442.2交換機數(shù)據(jù)轉發(fā)原理B334422AABBA端口12.2交換機數(shù)據(jù)轉發(fā)原理B113交換機B在接收到數(shù)據(jù)幀后，執(zhí)行以下操作：交換機B學習源MAC地址和端口號交換機B查看MAC地址表，根據(jù)MAC地址表中的條目，單播轉發(fā)數(shù)據(jù)到端口34422.2交換機數(shù)據(jù)轉發(fā)原理B112.2交換機數(shù)據(jù)轉發(fā)原理A111交換機A在接收到數(shù)據(jù)幀后，執(zhí)行以下操作：交換機A學習源MAC地址和端口號交換機A查看MAC地址表，根據(jù)MAC地址表中的條目，單播轉發(fā)數(shù)據(jù)到端口1主機11，收到數(shù)據(jù)幀4432.2交換機數(shù)據(jù)轉發(fā)原理A112.2交換機數(shù)據(jù)轉發(fā)原理B334422AABBA端口1端口1端口2端口2端口3端口311data在這個過程中，交換機的MAC地址表中已經(jīng)學到了需要的條目，交換機通過單播的方式，轉發(fā)了數(shù)據(jù)幀2.2交換機數(shù)據(jù)轉發(fā)原理B334422AABBA端口12.2交換機數(shù)據(jù)轉發(fā)原理A111443222333113442223331交換機最終的MAC地址表B2.2交換機數(shù)據(jù)轉發(fā)原理A112.2交換機數(shù)據(jù)轉發(fā)原理轉發(fā)交換機根據(jù)MAC地址表單播轉發(fā)數(shù)據(jù)幀學習MAC地址表是交換機通過學習接收的數(shù)據(jù)幀的源MAC地址來形成的廣播如果目標地址在MAC地址表中沒有，交換機就向除接收到該數(shù)據(jù)幀的端口外的其他所有端口廣播該數(shù)據(jù)幀更新交換機MAC地址表的老化時間是300秒交換機如果發(fā)現(xiàn)一個幀的入端口和MAC地址表中源MAC地址的所在端口不同，交換機將MAC地址重新學習到新的端口2.2交換機數(shù)據(jù)轉發(fā)原理轉發(fā)PrimarilysoftwarebasedOnespanning-treeinstanceperbridgeUsuallyupto16portsperbridge分隔多個沖突域，共享同一個廣播域BridgingPrimarilyhardwarebased(ASIC)Manyspanning-treeinstancesperswitchMoreportsonaswitch分隔多個沖突域，一般共享廣播域。在劃分VLAN時，可以分割多個廣播域LANSwitching2.3橋接和交換機的比較PrimarilysoftwarebasedBridgi2.4了解多層交換第2層交換：本質(zhì)上是多端口的透明橋接，但比傳統(tǒng)橋接增加了存儲轉發(fā)外的兩種轉發(fā)交換方式。2層交換機比橋增加了VLAN功能，同一交換機可以當作多個獨立的橋使用，在分割沖突域的同時，分隔廣播域。第3層交換：類似于路由，根據(jù)目的IP來轉發(fā)幀，同時改變幀中的MAC地址，減少生存期TTL域，執(zhí)行一次幀檢測。但3層交換機使用ASIC來實現(xiàn)，傳統(tǒng)路由器使用通用微處理器和軟件來實現(xiàn)。Cisco實現(xiàn)了“路由一次，交換多次”的快捷交換方式。2.4了解多層交換第2層交換：本質(zhì)上是多端口的透明橋接，2.5交換機交換數(shù)據(jù)Cut-throughSwitchchecksdestinationaddressandimmediatelybeginsforwardingframeFrame交換，就是將分組(或幀)從一個端口移到另一個端口的簡單動作。第三層交換是基于網(wǎng)絡層目的地址轉發(fā)數(shù)據(jù)包，而第二層交換是基于MAC地址轉發(fā)幀。直通交換法：交換機一確定幀的目的MAC地址和正確的端口號，就立即將幀轉發(fā)出去。通常情況下，大約在收到幀頭14個字節(jié)左右就開始轉發(fā)。這使得直通法比存儲轉發(fā)法具有更小且相對固定的延遲時間，但它連小于64字節(jié)的幀以及一些壞幀也一塊兒轉發(fā)，可能浪費帶寬。2.5交換機交換數(shù)據(jù)Cut-throughFrame交2.5交換機交換數(shù)據(jù)StoreandforwardCompleteframeisreceivedandcheckedbeforeforwardingFrameFrameFrame存儲轉發(fā)法：交換機將幀向目的端口轉發(fā)之前要先收到完整的幀并進行CRC校驗、確定目的地址。交換機將整個幀存儲在內(nèi)存緩沖區(qū)中，直到它獲得有效資源才將其發(fā)往目的地。好處是能夠拋棄小于64字節(jié)的幀以及其他任何受損的幀，這樣可以節(jié)約帶寬。缺點是延遲較大且不固定，因為它在轉發(fā)之前要收到并處理完整的幀。2.5交換機交換數(shù)據(jù)StoreandforwardFragmentfree

(modifiedcut-through)Switchchecksthefirst64bytesthenimmediately

beginsforwardingframeFrame2.5交換機交換數(shù)據(jù)改進直通法：在轉發(fā)一個幀之前要先看它是不是沖突碎片。沖突碎片通常小于64字節(jié)，如果幀超過64字節(jié)，改進直通法就認為它是合法的，好處是能夠拋棄小于64字節(jié)的幀，有固定的延遲。Fragmentfree

(modifiedcut-t三，交換冗余和STP三，交換冗余和STP3.1交換機端口狀態(tài)

運行生成樹協(xié)議的交換機上的端口，總是處于下面五個狀態(tài)中的一個。在正常操作期間，端口處于轉發(fā)或阻塞狀態(tài)。當設備識別網(wǎng)絡拓撲結構變化時，交換機自動進行狀態(tài)轉換，在這期間端口暫時處于監(jiān)聽和學習狀態(tài)。

阻塞：所有端口以阻塞狀態(tài)啟動以防止回路。處于阻塞狀態(tài)的端口不轉發(fā)FRAME,但可接受但不轉發(fā)BPDU監(jiān)聽：不轉發(fā)FRAME,接收并發(fā)送BPDU學習：不轉發(fā)FRAME，接收并發(fā)送BPDU，開始地址學習MAC地址表（臨時狀態(tài)）轉發(fā)：接收和發(fā)送FRAME禁用:

不工作3.1交換機端口狀態(tài)運行生成樹協(xié)議的交換機上的端口，總是3.2冗余拓撲Redundanttopology：可以避免單點故障Redundanttopology：會導致廣播風暴，幀的反復傳送以及

MAC地址表不穩(wěn)定等問題Segment1Segment2Server/hostXRouterY3.2冗余拓撲Redundanttopology：Segment1Segment2Server/hostXRouterY

BroadcastSwitchASwitchBHostXsendsaBroadcast另一方向的廣播洪泛未畫出來，我們只講一個方向的流量3.2廣播風暴Segment1Segment2Server/hostSegment1Segment2Server/hostXRouterY

BroadcastSwitchASwitchBHostXsendsaBroadcast3.2廣播風暴Segment1Segment2Server/hostSegment1Segment2Server/hostXRouterY

BroadcastSwitchescontinuetopropagatebroadcasttrafficoverandoverSwitchASwitchB3.2廣播風暴Segment1Segment2Server/host3.2幀的反復傳送Segment1Segment2Server/hostXRouterY

UnicastSwitchASwitchBHostXsendsanunicastframetorouterYRouterYMACaddresshasnotbeenlearnedbyeitherswitchyet3.2幀的反復傳送Segment1Segment2SSegment1Segment2Server/hostXRouterY

UnicastSwitchASwitchBRouterYwillreceivetwocopiesofthesameframe

Unicast

Unicast3.2幀的反復傳送Segment1Segment2Server/hostSegment1Segment2Server/hostXRouterY

Unicast

UnicastSwitchA

SwitchBSwitchAandBlearnHostXMACaddressonport0Port0Port1Port0Port13.2MAC地址表不穩(wěn)定Segment1Segment2Server/hostSegment1Segment2Server/hostXRouterY

Unicast

UnicastSwitchASwitchBFrametoRouterYisfloodedSwitchAandBincorrectlylearnHostXMACaddressonport1Port0Port1Port0Port13.2MAC地址表不穩(wěn)定Segment1Segment2Server/hostComplextopologycancausemultipleloopstooccurLayer2hasnomechanismtostoptheloopServer/hostWorkstationsLoopLoopLoop3.2MultipleLoopProblems

BroadcastComplextopologycancausemul3.3解決方法：Spanning-TreeProtocol通過阻塞其中的一個端口，從而達到網(wǎng)絡無環(huán)的結果這樣的機制就是STP-生成樹協(xié)議STP保證了網(wǎng)絡的可達性，并且在發(fā)生環(huán)路的端口進行阻塞Blockx3.3解決方法：Spanning-TreeProtoc每個網(wǎng)絡有且僅有一個根橋，根橋具有最低的橋ID，根橋上的所有端口都是指派端每個非根橋有且僅有一個根端口,根端口到達根橋所花代價最低每個網(wǎng)段有且僅有一個指派端口，指派端口到達根橋所花代價最低xDesignatedport(F)Rootport(F)Designatedport(F)Nondesignatedport(B)RootbridgeNonrootbridgeSWXSWY100baseT10baseT3.4生成樹操作原理每個網(wǎng)絡有且僅有一個根橋，根橋具有最低的橋ID，根橋上SwitchYDefaultpriority32768

(8000hex)MAC0c0022222222SwitchXDefaultpriority32768

(8000hex)MAC0c0011111111

BPDUBPDU每2秒間隔發(fā)送3.4根橋的選擇SwitchYSwitchXBPDUBPDU每2秒間隔SwitchYDefaultpriority32768MAC0c0022222222SwitchXDefaultpriority32768MAC0c0011111111RootbridgexPort0Port1Port0Port1100baseT10baseT

Designatedport(F)Rootport(F)Nondesignatedport(B)Designatedport(F)每個非根橋有且僅有一個根端口forwarding，根端口到達根橋所花代價＋優(yōu)先級＋MAC地址＋Port#最小RP和DP一般處于forwarding狀態(tài)，NDP一般是blocked狀態(tài)3.4STP端口狀態(tài)SwitchYSwitchXRootbridgexPoLinkSpeed Cost(reratifyIEEEspec)Cost(previousIEEEspec)-------------------------------------------------------------10Gbps 2

1 1

Gbps

4

1100Mbps 19

1010Mbps 100

100

3.4STP路徑成本LinkSpeed Cost(reratifyIEEESwitchYMAC0c0022222222