計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)：組建局域網(wǎng)-2以太網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)課件

單元4組建局域網(wǎng)教學(xué)模塊二：以太網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)【知識(shí)目標(biāo)】

1.以太網(wǎng)的概念2.以太網(wǎng)的物理層；

3.以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層；【能力目標(biāo)】

1.具備分析以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀構(gòu)成的能力；

2.具備理解CSMA/CD執(zhí)行過程的能力。教學(xué)目標(biāo)AddYourText1975年由Xerox（施樂）公司提出1980年由DEC、Intel和Xerox三家公司開發(fā)1980年提出世界上第一個(gè)局域網(wǎng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)IEEE參照制定802.3局域網(wǎng)國際標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)的發(fā)展通常將按IEEE802.3規(guī)范生產(chǎn)的以太網(wǎng)產(chǎn)品簡(jiǎn)稱為以太網(wǎng)。一、以太網(wǎng)概述二、成熟應(yīng)用的以太網(wǎng)物理層標(biāo)準(zhǔn)10BASE210BASE510BASE-T100BASE-TX100BASE-T2100BASE-T4100BASE-FX1000BASE-SX1000BASE-LX1000BASE-CX1000BASE-TX運(yùn)行速率基帶信號(hào)最大距離，200米傳輸介質(zhì)是雙絞線還是光纖成熟應(yīng)用的以太網(wǎng)物理層標(biāo)準(zhǔn)10BASE210BASE510BASE-T100BASE-TX100BASE-T2100BASE-T4100BASE-FX1000BASE-SX1000BASE-LX1000BASE-CX1000BASE-TX同軸電纜的物理標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在已經(jīng)基本被淘汰運(yùn)行在五類雙絞線上的以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，所不同的是線路上信號(hào)的傳輸速率不同運(yùn)行在兩對(duì)三類雙絞線上的快速以太網(wǎng)；少用運(yùn)行在四對(duì)三類雙絞線上的快速以太網(wǎng)；少用運(yùn)行在光纖上的快速以太網(wǎng)運(yùn)行在同軸電纜上的1000M以太網(wǎng)以太網(wǎng)在傳輸速率上的發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)10M快速以太網(wǎng)100M千兆以太網(wǎng)萬兆以太網(wǎng)提高傳輸速率快速以太網(wǎng)快速以太網(wǎng)常見物理層標(biāo)準(zhǔn)：100BaseTX（2對(duì)雙絞線）100BaseFX（光纜）100BaseT4（4對(duì)雙絞線）(1995年802.3u)不足：快速以太網(wǎng)仍是基于CSMA／CD技術(shù)。這點(diǎn)在使用交換技術(shù)的LAN中就不存在了。100Base-TX以太網(wǎng)物理層100BASE-TX是運(yùn)行在兩對(duì)五類雙絞線上的快速以太網(wǎng)物理層技術(shù)。它規(guī)定了：運(yùn)行的介質(zhì)是五類或更高類雙絞線；設(shè)備之間的接口采用RJ-45水晶頭；電平信號(hào)采用+5V和-5V交替的形式。100Base-TX以太網(wǎng)物理層100BAST-TX用兩對(duì)雙絞線，一對(duì)用于發(fā)送，一對(duì)用于接收數(shù)據(jù)。做到了發(fā)送與接收的分離，這樣就隱含著一種全新的運(yùn)做方式：全雙工方式。在這種方式下，數(shù)據(jù)可以同時(shí)接收和發(fā)送而互不干擾，大大提高效率，不過這需要中間設(shè)備的支持，現(xiàn)在的以太網(wǎng)交換機(jī)就是這樣一種設(shè)備。同種設(shè)備連接需交叉需要注意的是，在連接兩個(gè)相同的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備時(shí)（比如網(wǎng)卡），需要把線序進(jìn)行交叉，因?yàn)榫€路兩端的設(shè)備（比如網(wǎng)卡）的收發(fā)順序是相同的，而兩端設(shè)備要進(jìn)行直接連接，其收發(fā)必須進(jìn)行交叉，于是，必須在線路上進(jìn)行交叉才能達(dá)到目的.自動(dòng)協(xié)商（查看網(wǎng)卡屬性-高級(jí)-速度屬性）在基于雙絞線的以太網(wǎng)上，可以存在許多種不同的運(yùn)做模式，在速度上有10M，100M不等，在雙工模式上有全雙工和半雙工等，為了減輕對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行配置和維護(hù)的工作量，人們提出了自動(dòng)協(xié)商技術(shù)。自動(dòng)協(xié)商只運(yùn)行在基于雙絞線的以太網(wǎng)上，是一種物理層的概念。如果鏈路兩端的設(shè)備有一端不支持自動(dòng)協(xié)商，則支持自動(dòng)協(xié)商的設(shè)備選擇一種默認(rèn)的工作方式，比如10M半雙工模式運(yùn)行。這可能會(huì)影響效率，因?yàn)椴恢С肿詣?dòng)協(xié)商的設(shè)備可能支持100M全雙工。這時(shí)，我們可以禁止自動(dòng)協(xié)商，并手工指定兩端設(shè)備的運(yùn)行模式，以增強(qiáng)效率。千兆以太網(wǎng)（了解）2023/6/9121998年6月IEEE正式推出了1000Mb/s的以太網(wǎng)解決方案千兆以太網(wǎng)采用的標(biāo)準(zhǔn)：IEEE802.3zIEEE802.2LLCIEEE802.3MAC(CSMA/CD)GMII（千兆介質(zhì)專用接口）1000BASET8B/10B編解碼模式1000BASETPAM5編解碼模式1000BASELX1000BASESX1000BASECX1000BASET單模光纖多模光纖STP5類UTP體系結(jié)構(gòu)萬兆以太網(wǎng)10G以太網(wǎng)同樣使用IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)的幀格式、全雙工服務(wù)和流量控制方式。10G以太網(wǎng)技術(shù)相對(duì)復(fù)雜，與原來傳輸介質(zhì)不兼容，用光纖作為傳輸介質(zhì)。（802.3工作組于2000年制定的以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)）萬兆以太網(wǎng)（了解）三、以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層-幀格式目前，有四種不同格式的以太網(wǎng)幀在使用，分別是：EthernetII即DIX2.0：Xerox與DEC、Intel在1982年制定的以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)幀格式。Cisco名稱為：ARPA。Ethernet802.3raw：Novell在1983年公布的專用以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)幀格式。Cisco名稱為：Novell-Ether。Ethernet802.3SAP：IEEE在1985年公布的Ethernet802.3的SAP版本以太網(wǎng)幀格式。Cisco名稱為：SAP。Ethernet802.3SNAP：IEEE在1985年公布的Ethernet802.3的SNAP版本以太網(wǎng)幀格式。Cisco名稱為：SNAP。以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀的前導(dǎo)字符前導(dǎo)字符的作用是使接收節(jié)點(diǎn)進(jìn)行同步并做好接收數(shù)據(jù)幀的準(zhǔn)備。前7個(gè)字符均為10101010，稱為前同步碼，后一個(gè)字節(jié)10101011，為幀起始標(biāo)識(shí)符。說明：不同以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)幀中各個(gè)字段的定義是不同的，而且彼此互不兼容，即它們的MAC幀結(jié)構(gòu)是不同的，但是上層的LLC幀結(jié)構(gòu)是相同的。EthernetIIMAC幀格式以下是DIXEthernetII以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu)6Byte6B2B46~1500B4B目的MAC地址源MAC地址類型數(shù)據(jù)FCS用于標(biāo)志數(shù)據(jù)鏈路層的上層是什么協(xié)議：0x0800：表示IP協(xié)議0x0806：表示ARP協(xié)議0x8035：表示RARP協(xié)議數(shù)據(jù)字段的長(zhǎng)度必須在46~1500個(gè)字節(jié)之間，若上層即網(wǎng)絡(luò)層下來的內(nèi)容長(zhǎng)度不夠46字節(jié)，必須進(jìn)行填充。整個(gè)幀長(zhǎng)度如下：最長(zhǎng)為1518字節(jié)最短為64字節(jié)完成從目的MAC地址到數(shù)據(jù)字段的校驗(yàn)1.以太網(wǎng)沖突域沖突域是指連接在同一介質(zhì)上的所有節(jié)點(diǎn)的集合，或者說是以太網(wǎng)上競(jìng)爭(zhēng)同一帶寬的所有節(jié)點(diǎn)集合。這里“域”的概念是指沖突在其中發(fā)生并傳播的區(qū)域，也可以被認(rèn)為是共享網(wǎng)段。在OSI模型中，沖突域被看作是第一層即物理層中的概念，連接同一沖突域的設(shè)備有集線器、中繼器或者其他進(jìn)行簡(jiǎn)單復(fù)制信號(hào)的設(shè)備。四、以太網(wǎng)的沖突域和廣播域中繼器基帶信號(hào)傳輸過程中要發(fā)生衰減，如何增加傳輸距離呢？一般采用中繼器設(shè)備。中繼器的作用：它將接收到的弱信號(hào)中的數(shù)據(jù)提出，放大并轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)集線器集線器是一種多端口的中繼器，也是網(wǎng)絡(luò)物理層的一種介質(zhì)連接設(shè)備集線器的功能：把從一個(gè)端口上收到的信息在其他所有端口上廣播發(fā)送邏輯上仍屬于總線結(jié)構(gòu)，是共享式網(wǎng)絡(luò)集線器2023/6/9

HUB

HUB沖突域集線器沖突域沖突域HUB連接的設(shè)備共享一個(gè)沖突域2.以太網(wǎng)廣播域

HUB

HUB廣播域獨(dú)立的沖突域交換機(jī)在網(wǎng)絡(luò)通信中，一個(gè)結(jié)點(diǎn)向所有結(jié)點(diǎn)發(fā)送消息稱為廣播網(wǎng)絡(luò)中能接收任何一結(jié)點(diǎn)發(fā)出的廣播幀的所有結(jié)點(diǎn)的集合稱為一個(gè)廣播域。獨(dú)立的沖突域第二層設(shè)備（網(wǎng)橋，交換機(jī)）可以分割沖突域，也可以連接不同的沖突域。但是不能分割廣播域2.以太網(wǎng)廣播域由于廣播域被認(rèn)為是OSI中的第二層概念，所以像集線器和只具有第二層功能的交換機(jī)等設(shè)備連接的節(jié)點(diǎn)被認(rèn)為都是在同一個(gè)廣播域。許多設(shè)備都極易產(chǎn)生廣播數(shù)據(jù)，所以如果不維護(hù)，就會(huì)消耗大量的帶寬，降低網(wǎng)絡(luò)的效率。路由器和第三層交換機(jī)則能夠劃分廣播域，因?yàn)檫@些設(shè)備不轉(zhuǎn)發(fā)廣播的數(shù)據(jù)幀，即可以連接不同的廣播域。22沖突域和廣播域舉例圖中三個(gè)連接設(shè)備若都是集線器，則有幾個(gè)沖突域？幾個(gè)廣播域？若是一個(gè)交換機(jī)連接了兩個(gè)集線器，則有幾個(gè)沖突域？幾個(gè)廣播域？若是一個(gè)路由器連接了兩個(gè)交換機(jī)，則有幾個(gè)沖突域？幾個(gè)廣播域？五、共享式以太網(wǎng)和交換式以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)的特性是一種共享型網(wǎng)絡(luò)基帶網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要是總線型和星型

傳輸介質(zhì)為同軸電纜、雙絞線和光纖是IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)，介質(zhì)訪問控制方法是CSMA/CD共享式以太網(wǎng)2023/6/9共享式以太網(wǎng)共享式以太網(wǎng)的典型代表是使用10Base2、10Base5的總線型網(wǎng)絡(luò)和以集線器為核心的10Base-T星型網(wǎng)絡(luò)，本質(zhì)上并無區(qū)別。匹配阻抗所有連接到集線器的設(shè)備共享同一介質(zhì)，其結(jié)果是它們也共享同一沖突域、廣播和帶寬。共享式以太網(wǎng)的工作特點(diǎn)①帶寬共享。任何一時(shí)刻，只要網(wǎng)絡(luò)上有一臺(tái)主機(jī)在發(fā)送幀，網(wǎng)絡(luò)上所有其他的主機(jī)都只能處于接收狀態(tài)，無法發(fā)送數(shù)據(jù)，這時(shí)所有的帶寬只分配給了正在傳送數(shù)據(jù)的那臺(tái)主機(jī)。我們說平均分配帶寬指較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)的各主機(jī)獲得的平均帶寬。②帶寬競(jìng)爭(zhēng)③沖突檢測(cè)/避免機(jī)制④不能支持多種速率解決共享式以太網(wǎng)存在的問題，提高網(wǎng)絡(luò)性能的主要思路:采用網(wǎng)絡(luò)分段，將一個(gè)大型局域網(wǎng)劃分成多個(gè)子網(wǎng)段與段之間通過一種“交換”設(shè)備可以將一段接收到的信息，經(jīng)過簡(jiǎn)單的處理轉(zhuǎn)發(fā)給另一段。2023/6/910Mbps網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)交換式以太網(wǎng)交換式以太網(wǎng)的特性允許多對(duì)站點(diǎn)間同時(shí)通信交換式以太網(wǎng)可以與現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)和快速以太網(wǎng)完全兼容，實(shí)現(xiàn)無縫連接獨(dú)占傳輸通道，獨(dú)占帶寬高度的可擴(kuò)展性和網(wǎng)絡(luò)延展性靈活的接口速度交換式以太網(wǎng)可以構(gòu)建“虛擬網(wǎng)絡(luò)”

交換機(jī)交換機(jī)連接的設(shè)備具有獨(dú)立沖突域，共享一個(gè)廣播域。100MHUB一個(gè)沖突域10M交換機(jī)B10M100M100M10M10M100M10M10M100M交換機(jī)A10M一個(gè)沖突域一個(gè)沖突域一個(gè)沖突域一個(gè)沖突域以太網(wǎng)交換機(jī)通過判斷數(shù)據(jù)幀的目的MAC地址，從而將幀從合適的端口發(fā)送出去。沖突域局限于交換機(jī)一個(gè)端口上交換機(jī)鏈路層設(shè)備根據(jù)幀頭部的目的MAC地址，將幀單點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)到目的地址對(duì)應(yīng)的端口學(xué)習(xí)和維護(hù)MAC地址當(dāng)幀轉(zhuǎn)發(fā)到LAN網(wǎng)段,用CSMA/CD訪問LAN網(wǎng)段透明主機(jī)不知道交換機(jī)的存在即插即用,自學(xué)習(xí)交換機(jī)不需配置交換機(jī)端口獨(dú)享帶寬如果交換機(jī)一個(gè)端口只連接一個(gè)結(jié)點(diǎn)，那么這個(gè)結(jié)點(diǎn)就可以獨(dú)占整個(gè)帶寬，這類端口通常被稱作“專用端口”；如果一個(gè)端口連接一個(gè)與端口帶寬相同的以太網(wǎng)，那么這個(gè)端口將被以太網(wǎng)中的所有結(jié)點(diǎn)所共享，這類端口被稱為“共享端口”。交換機(jī)的數(shù)據(jù)交換過程舉例假定C發(fā)送幀到D2023/6/9C1交換機(jī)收到來自C的幀C不在表中，表添加記錄

C:接口1D不在表中，交換機(jī)將幀轉(zhuǎn)發(fā)到接口2和3幀被D收到E接口ABEG1123集線器集線器集線器交換機(jī)ABCDFGHI123MAC地址交換機(jī)的數(shù)據(jù)交換過程舉例假定D返回?cái)?shù)據(jù)給C2023/6/9集線器集線器集線器交換機(jī)ABCDFGHI123交換機(jī)收到來自D的幀D不在表中，表添加記錄

D:接口2表中記錄C在