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文檔簡介

1、BA000007 以太網技術,了解以太網物理層的工作過程 了解二層組播協(xié)議和生成樹協(xié)議的工作過程 掌握802.1Q幀格式和各個字段的含義 掌握以太網口自協(xié)商的原理,學習目標,內容提要,以太網物理層,以太網數據鏈路層,以太網交換機,VLAN,千兆以太網,二層組播,生成樹協(xié)議,起源 起源于Xerox公司的一個實驗網,該網絡的 經驗是Xerox,DEC,Intel1980年提出的以太網 建議的基礎。 目標 簡明和成本低 尋址靈活 公平高速 穩(wěn)定和低延遲,起源和目標,10BASE2 10BASE5 10BASE-T 100BASE-TX 100BASE-FX 100BASE-T4 100BASE-T2

2、,物理層標準,任一時刻只能接收或發(fā)送 采用CSMA/CD訪問機制 物理上有距離限制,半雙工物理層,同一時刻可以發(fā)送和接收 最大吞吐量達到雙倍速率 從根本上消除了半雙工的物理距離限制,全雙工物理層,雙工方式,運行速率,全雙工 半雙工,10M 100M 1000M 10G,8種組合,自動協(xié)商,使用1ms的脈沖來攜帶自動協(xié)商信息。,16ms,每個大脈沖插入16小脈沖,自動協(xié)商實現(xiàn)基礎,系統(tǒng)加電的時候,檢測自動協(xié)商 標志,如果允許,則從配置寄存 器讀出支持模式標志,編碼后通 過空閑脈沖發(fā)送出去。發(fā)送出去 的編碼格式稱為基頁。 如果接收到對方的基頁,則跟自己發(fā)送的基頁比較,找出支持能 力的交集,選取最優(yōu)

3、組合運行。,雙工模式,運行速率,流量控制,.,101001010111000101001101010101.,編碼支持能力,運行速率,雙工模式,100M 10M,全雙工 半雙工,運行速率,雙工模式,100M 10M,全雙工 半雙工,100M,全雙工,協(xié)商原則,它只能連接一種類型的物理線路,集線器I類,可以連接不同的物理介質 相當于一條高速總線,使用CSMA/CD方式工作。,集線器II類,圖中各PC機安裝了10/100M自適應網卡,交換機和HUB都支持自動協(xié)商,請問: PCA和交換機之間工作在什么方式? PCB和HUB之間工作在什么方式? HUB和交換機之間工作在什么方式?,PCA,PCB,總結

4、與思考,HUB,LAN switch,內容提要,以太網物理層,以太網數據鏈路層,以太網交換機,VLAN,千兆以太網,二層組播,生成樹協(xié)議,網絡層,數據鏈路層,物理層,LLC子層,MAC子層,數據鏈路層位置和結構,半雙工MAC跟物理層之間至少有六種信號: 接收數據線 發(fā)送數據線 接收數據指示 發(fā)送數據指示 載波偵聽 沖突發(fā)生,HalfDuplexMAC,Physical_Layer,數據線,指示信號,沖突和檢測信號,MAC子層半雙工MAC(CSMA/CD),全雙工MAC跟物理層之間至少有四種信號: 接收數據線 發(fā)送數據線 接收數據指示 發(fā)送數據指示,HalfDuplexMAC,Physical_

5、Layer,數據線,指示信號,MAC子層全雙工MAC,針對不同的物理介質提供不同的MAC層面來訪問。 針對不同的雙工模式,Ethernet劃分為半雙工MAC和全雙工MAC。,LLC子層,TokenRingMAC,EthernetMAC,FDDIMAC,HalfDuplexMAC,FullDuplexMAC,MAC子層位置,LLC子層,MAC子層,DSAP,SSAP,Control,8bit,8bit,8/16bit,DMAC,SMAC,Length,LLC,DATA/FCS,IEEE802.3幀結構,LLC子層幀結構和服務,LLC層維護一張以DSAP為索引的函數 列表,每接收到一個數據包,以D

6、SAP 為索引調用相應的函數,該函數把數 據包掛到相應接收隊列。,.,函數列表,OnReceivedData_IP(Length,PDU) OnReceivedData_IPX(Length,PDU) OnReceivedData_NetBEUI(Length,PDU) OnReceivedData_05(Length,PDU) OnReceivedData_06(Length,PDU) .,126,SSAP,Control,LLC子層數據的上層分發(fā),Ethernet_II,DMAC,SMAC,Length/T,DATA/PAD,FCS,Length/Type值,含義,Length/T 150

7、0 Length/T = 1500,代表了該幀的類型 代表了該幀的長度,802.3,以太網幀結構,內容提要,以太網物理層,以太網數據鏈路層,以太網交換機,VLAN,千兆以太網,二層組播,生成樹協(xié)議,.,RX TX,RX TX,接 收 緩 沖 區(qū),發(fā) 送 緩 沖 區(qū),高速背板總線,物理接口,交換機工作過程: 1. 接收數據并緩沖; 2. 緩沖發(fā)送的數據; 3. 利用總線完成接口交換。 注意: 發(fā)送緩沖區(qū)要比接收緩沖區(qū) 大。,交換機基礎結構,交換機維持一個CAM表,這個表決定交換機的轉發(fā)過程。 每接收到一個MAC幀,則剝取源MAC建立CAM項,然后向所有端口轉發(fā)該幀。,MAC,出口集合,1234.

8、ABCD.0001 1234.ABCD.0002 1234.ADCB.0005 . .,1 2 3 . .,交換機工作過程學習,交換機接收到數據幀后,根據目的 地址查詢CAM,找到出口后,把 數據包從該出口集合發(fā)送出去。 在單播的情況下,出口列表集合只 有一個元素,但在多播情況下,出 口列表集合就可能不只一個元素。 CAUTION: 多播情況下,CAM表項的建立不是 通過學習得到的,而是通過IGMP 窺探,CGMP等協(xié)議獲得的。,1234.ABCD.0001,1234.ADCB.0005,MAC,出口集合,1234.ABCD.0001 1234.ABCD.0002 1234.ADCB.0005

9、 . .,1 2 3 . .,交換機工作過程轉發(fā),內容提要,以太網物理層,以太網數據鏈路層,以太網交換機,VLAN,千兆以太網,二層組播,生成樹協(xié)議,劃分VLAN的目的: 抑制廣播 安全性考慮 管理方便 VLAN劃分方式: 基于端口 基于MAC地址 基于第三層協(xié)議,VLAN基本概念,可以通過配置的形式明確指定 端口所屬的VLAN。 特點: 配置簡單 含義明確 與實際聯(lián)系緊密 應用廣泛,劃分方式基于端口,通過MAC地址指定端口的VLAN, 需要服務器和客戶端的支持。 特點: 安全性高 配置比較煩瑣,1234.ABCD.0001 100 1234.ABCD.0002 200 1234.ABCD.0

10、003 100 1234.ABCD.0004 200 . .,Server,1234.ABCD.0001,1234.ABCD.0003,劃分方式基于MAC地址,實際應用中,VLAN往往跨越多個 交換機。這時候,需要交換機的某 些端口有特殊的能力。,1234.ABCD.0001,1234.ABCD.0003,跨越交換機的VLAN,兩個交換機間用來傳遞VLAN通信的 鏈路稱為TRUNK。 在TAG鏈路上傳輸的幀攜帶VLAN ID, 用來正確的區(qū)分幀所屬的VLAN。,1234.ABCD.0001,1234.ABCD.0003,Trunk鏈路,TRUNK鏈路,在TAG鏈路上傳輸這種類型的幀, 對端交換

11、機根據802.1q中的VLAN ID來區(qū)分正確的VLAN,然后向該 VLAN包含的端口轉發(fā).,D_Addr,S_Addr,802.1q,L/T,DATA,TYPE,PRI/CFI/VID,NAME,VLUE,TYPE PRI CFI VID,8100 優(yōu)先級 用于環(huán)形結構網絡 VLAN ID,802.1q幀格式,端口類型,類型含義,TAGED 非TAGED,能接收包含VLAN ID幀的端口,常用作 交換機間連接 不能識別VLAN ID 幀,用來連接終端 既能識別標記幀,又能 接收非標記幀,有一個 默認VLAN用于接收到 的非標記幀.,鏈路類型,類型含義,TAGED ACCESS,交換機間鏈路,

12、傳輸 的幀攜帶VLAN信息 ,如果在該鏈路上接收 到不包含VLAN信息 的幀,則按照配置動作. 不能識別包含VLANID 的幀,連接終端.,交換機端口類型和交換機間鏈路類型,混合,如果沒有服務質量保證, 關鍵性業(yè)務可能因為得 不到帶寬而受影響,以太網QoS保證,三比特的優(yōu)先級字段,802.1q幀格式,為實施帶優(yōu)先級的服務提供了基礎,高優(yōu)先級數據包,低優(yōu)先級數據包,以太網QoS保證,D_Addr,S_Addr,802.1q,L/T,DATA,TYPE,PRI/CFI/VID,優(yōu)先級,隊列,0 1 2 3 4 5 6 7,1,2,優(yōu)先級,隊列,0 1 2 3 4 5 6 7,1,2,3,優(yōu)先級跟交

13、換機發(fā)送隊列的對應關系,內容提要,以太網物理層,以太網數據鏈路層,以太網交換機,VLAN,千兆以太網,二層組播,生成樹協(xié)議,01010101 10101010 .,0101010101 1010101010 .,鏈路層,物理層,千兆以太網物理層8B10B編碼,8B10B不對稱影射 10B:1024種組合 8B: 256 種組合 數據代碼組 特殊代碼組 保留代碼組,代碼組,特殊代碼組,特殊代碼組,有序集,有序集,鏈路層數據,有序集,把數據封裝在有序集中進行傳輸,一個或多個特殊代碼組的整體是有序集, 有序集是特殊代碼 的組合 有序集是個整體 在傳輸鏈路層數據的時候,在數據前后添加有序集,指示傳輸的

14、開始,有序集和數據封裝,Start_Of_Packet 在傳輸具體數據的開始,發(fā)送該有序集。 IDLE 在沒有數據傳輸的時候,物理鏈路也不空閑,而是傳輸該有序 集來保持激活狀態(tài)。 End_Of_Packet 具體數據傳輸結束的時候發(fā)送該有序集,指示數據傳輸結束。 Configuration 封裝自動協(xié)商數據,有序集示例,大量數據,PAUSE幀,流量控制,終端設備把自己支持的能力編碼到上述形式的基頁中, 發(fā)送給對方,相互比較,按照最優(yōu)的原則選擇運行方式。,自動協(xié)商,內容提要,以太網物理層,以太網數據鏈路層,以太網交換機,VLAN,千兆以太網,二層組播,生成樹協(xié)議,媒體流服務器,媒體流接收端,概念

15、,媒體流服務器,IGMP加入消息,每當終端想要接收針對組G的組播 數據時,它發(fā)出IGMP加入消息,交 換機探測到這個消息,建立轉發(fā)項 (G,I),其中I為終端所在的端 口。若另外有終端也加入G,則交 換機僅僅把另外終端所在端口加入 轉發(fā)項即可。,IGMP窺探,媒體流服務器,針對組G的組播數據流,交換機必須檢測每個組G的組播數據包。,IGMP窺探存在的問題,媒體流服務器,GMRP請求消息,組播數據流,GMRP:General Multicast Register Protocol GMRP是一種交換設備和交換設備之 間,交換設備和終端設備之間的信息 交流協(xié)議,用來表達自己的請求和分 發(fā)自己的本地

16、信息。,GMRP協(xié)議,內容提要,以太網物理層,以太網數據鏈路層,以太網交換機,VLAN,千兆以太網,二層組播,生成樹協(xié)議,為了提高冗錯性,交換機往往通過多條鏈路連接上層交換機,假設其中一條鏈路斷了,可以有另外一條備用。,冗余鏈路,這時候,如果交換機接收到一個廣播包,則向所有兩條上行鏈路上轉發(fā),核心層交換機接收到以后,互相轉發(fā),這樣最終形成環(huán)路,帶來網絡風暴。,冗余鏈路帶來的問題,SPT協(xié)議把該端口阻塞,生成樹協(xié)議,SPT運行的最終結果就是生成一棵無環(huán)樹來充當轉發(fā)路徑。,ROOT,無環(huán)數,交換機優(yōu)先級 端口成本 端口優(yōu)先級 根交換機 根端口 指定交換機 指定端口 交換機標識,ROOT,生成樹協(xié)議基本概念,交換機復位,從各端口發(fā)送BPDU包,進行根交換機的選舉。最后具有最小優(yōu)先級的交換機成為根交換機。,根ID,發(fā)送ID,COST,優(yōu)先級,M

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