1、第五章 以太网基础,主要内容,讨论以太网的运行方式，介绍了冲突域和广播域，及用于网络分段的设备 。,5.1 以太网 Ethernet介绍,1、以太网基于IEEE802.3标准 2、表示法以太网 ，如 10BASE-T快速以太网 ，如 100BASE-TXG比特以太网 ，如 1000BASE-FX10 G比特以太网，如 10GBASE-LR 3、 基带 baseband 和 宽带 broadband,5.1 以太网 Ethernet介绍,4 、比特率和波特率bps （比特每秒）pps（包每秒） 5、单工、双工、半双工 6、 MAC 寻址硬件地址、NIC地址、第2层地址、以太网地址，48位，标识硬
2、件唯一地址 7、自动协商（auto negotiation）,5.2 以太网工作原理,以太网使用CSMA/CD访问方法，先侦听后传输。是基于竞争机制的。,5.3 以太帧,Data,Source add,FCS,Length,Dest add,Variable,2,6,6,4,0000.0C xx.xxxx,Vendor assigned,IEEE assigned,MAC Layer - 802.3,Preamble,Ethernet II uses “Type” here and does not use 802.2.,MAC Address,8,# Bytes,1、帧格式,5.3 以太帧,
3、2、错误帧长帧 long frame，超过1518字节短帧 short frame，少于64字节FCS错误，劣质线缆或接口故障引起幽灵 Gost，可能是噪声引起,3、广播帧和多播帧,单播（unitcast），即一对一的发送。 广播（broadcast），广播即一对所有。例：广播帧将其目的地址写为：FF-FF-FF-FF-FF-FF，即所有位都是1。 组播（multicast），即一对一组。例：生成树协议的多播帧目的地址 01-80-C2-00-00-00,5.4 冲突域和广播域,1、冲突和冲突域共享引起冲突。以太网中竞争同一带宽的节点集合构成冲突域。扩大冲突域设备：集线器（Hub）和中继器,2
4、、解决冲突的问题,交换机可以隔开冲突域，大大提高网络的效率。,3、网桥和交换机,OSI模型的第二层设备，使用MAC寻址。网桥隔开冲突域。交换机可以看作多个网桥组成。通信使用广播。连接的网络处在同一个广播域里。广播域的尺寸建议小于500个主机,4、广播域,广播域（broadcast domain）是由第2层设备所连接的一组冲突域。三层设备基于IP转发数据包，可以分割广播域。如路由器、三层交换机。,Each segment has its own collision domain All segments are in the same broadcast domain,Data Link,Swi
5、tches and Bridges Operate at Data Link Layer,OR,1,2,3,1,2,5.5 以太交换技术,1、交换机原理通过端口学习MAC地址建立MAC地址表将接收的帧经过过滤处理后转发,交换机如何学习主机位置,开始交换机的MAC地址表是空的,MAC 地址表,0260.8c01.1111,0260.8c01.2222,0260.8c01.3333,0260.8c01.4444,E0,E1,E2,E3,A,B,C,D,交换机如何学习主机位置,工作站A向工作站C发送数据帧 交换机将E0端口和帧的源地址即工作站A的MAC地址写入表中 由于不知道工作站C在何处，所以向其
6、他的端口复制转发（又称泛射）,MAC address table,0260.8c01.1111,0260.8c01.2222,0260.8c01.3333,0260.8c01.4444,E0: 0260.8c01.1111,E0,E1,E2,E3,D,C,B,A,交换机如何学习主机位置,Station D sends a frame to station C Switch caches station D MAC address to port E3 by learning the source Address of data frames The frame from station D t
7、o station C is flooded out to all ports except port E3 (unknown unicasts are flooded),MAC address table,0260.8c01.1111,0260.8c01.2222,0260.8c01.3333,0260.8c01.4444,E0: 0260.8c01.1111,E3: 0260.8c01.4444,E0,E1,E2,E3,D,C,A,B,交换机如何过滤数据帧,Station A sends a frame to station C Destination is known, frame is
8、 not flooded,E0: 0260.8c01.1111,E2: 0260.8c01.2222,E1: 0260.8c01.3333,E3: 0260.8c01.4444,0260.8c01.1111,0260.8c01.2222,0260.8c01.3333,0260.8c01.4444,E0,E1,E2,E3,X,X,D,C,A,B,MAC address table,广播和多播帧,Station D sends a broadcast or multicast frame Broadcast and multicast frames are flooded to all ports
9、 other than the originating port,0260.8c01.1111,0260.8c01.2222,0260.8c01.3333,0260.8c01.4444,E0,E1,E2,E3,D,C,A,B,E0: 0260.8c01.1111,E2: 0260.8c01.2222,E1: 0260.8c01.3333,E3: 0260.8c01.4444,MAC address table,2、 STP生成树协议,多个连接，产生环路，易发生广播风暴。,2、 STP生成树协议,广播风暴（Broadcast Storms）以太网帧无休止的循环复制，造成网络拥塞、瘫痪。解决方案：
10、STP生成树协议，避免环路,Solution: Spanning-Tree Protocol,Provides a loop free redundant network topology by placing certain ports in the blocking state,Block 阻塞,x,3、深入理解 STP,生成树协议STP（Spanning Tree Protocol）由规范IEEE 802.1D规定，是指通过生成树的算法，暂时切断所有冗余的连接，使网络拓扑生成一个树的结构，消除网络循环，即保证从树的一点到其它任何一点只有一条路径。STP使用一种称为网桥协议数据单元BPDU
11、（bridge protocol data unit），它携带一些必要的信息在整个网络中进行多目广播，通过BPDUs的信息，完成生成树。,BPDU,生成树的过程,1、所有连接的网桥通过多播发送BPDUs，通告自己的网桥ID，找到具有最低网桥ID网桥，并选举这个网桥为根网桥（root bridge），即“树干” 2、计算非根网桥到根网桥的路径开销（cost），选择与根网桥连接的具有最低开销的端口为根端口（root port） 3、选择其他网桥到根网桥具有最低路径开销的端口为指定端口（designated port），该网桥为指定网桥（designated bridge），其他与根网桥相连的端口为
12、非指定端口（Nondesignated port） 4、设置根端口、指定端口转发数据（forwarding)，非指定端口阻塞(blocking)。,生成树的过程,网桥ID 由8各字节组成，前2个为网桥的优先级，后六个为该网桥的MAC地址。网桥的优先级可以修改，通常通过这种办法改变网桥ID的值，可以人为控制根网桥的选举，以达到网络优化的目的。 开销 是标识网络路径优劣常用的一种算法，比如100M的开销为19，10M的开销为100，显然连接速率快的开销低。在选择根端口或指定端口时，如果开销相同，则选择具有最小端口ID的端口。 端口ID 由2个字节组成，为1个字节的优先级和1个字节的端口号。在选择根
13、端口或指定端口时，如果开销相同，则选择具有最小端口ID的端口。,阻塞和转发,阻塞（blocking）的端口并没有被禁止（deny），只是不转发数据，但能接收STP呼入的帧，一旦网络拓扑发生变化，比如转发数据的端口或线路失效，阻塞的端口很快转换为转发（forwarding）状态，使网络连通，继续转发数据，这也是冗余备份（redundancy）的基本原理，我们也称热备份。阻塞的端口经过侦听、学习两个状态后，变为转发状态，网络从断开到重新连通，这段时间称为网络的收敛（convergence），显然这个收敛时间越小越好。,Switch Y Default priority 32768 MAC 0c00
14、22222222,Switch X Default priority 32768 MAC 0c0011111111,生成树协议 端口状态,Root bridge,x,Port 0,Port 1,Port 0,Port 1,100baseT,10baseT,Designated port (F),Root port (F),Nondesignated port (B),Designated port (F),Switch Y MAC 0c0022222222 Default priority 32768,Switch X MAC 0c0011111111 Default priority 327
15、68,Port 0,Port 1,Port 0,Port 1,Switch Z Mac 0c0011110000 Default priority 32768,Port 0,Can you figure out : What is the root bridge? What are the designated, nondesignated, and root ports? Which are the forwarding and blocking ports?,100baseT,100baseT,Spanning-Tree:,Switch Y MAC 0c0022222222 Default
16、 priority 32768,Switch X MAC 0c0011111111 Default priority 32768,Port 0,Port 1,Port 0,Port 1,Switch Z Mac 0c0011110000 Default priority 32768,Port 0,Can you figure out: What is the root bridge? What are the designated, nondesignated, and root parts? Which are the forwarding and blocking ports?,100ba
17、seT,100baseT,Spanning-Tree:,Designated port (F),Root port (F),Nondesignated port (BLK),Designated port (F),Root port (F),5.6 局域网的扩展技术,LAN的节点数目过多会引发网络拥塞。例如：塞车,1、VLAN 技术,Segmentation网段划分 Flexibility 扩展性 Security安全性,3rd floor,2nd floor,1st floor,SALES,HR,ENG,A VLAN = A broadcast domain = Logical networ
18、k (subnet),VLAN 虚拟局域网技术,Switch B,Green VLAN,Black VLAN,Red VLAN,Trunk,每个逻辑VLAN像一个独立的物理桥 各VLAN 可以横跨多个交换机 Trunks 管道为多个VLAN运载交通信息,Fast Ethernet,2、Trunk 管道协议,使用协议： IEEE 802.1Q ISL (Cisco专用）配置： 干线连接的两端。,VLAN Tag stripped by forwarding port,VLAN Tag added by incoming port,Trunk,3、VLAN间通信,使用三层设备。 如，多层交换机、路
19、由器。,5.7 用PowerPoint绘制网络拓扑图,介绍校园网,C3550-12G,中心管理机房 (图书馆),CERNET Internet,市内校总部,图示说明,1000M,100M,拨号访问,综合楼1,综合教学大楼2,学生宿舍个楼（1-7宿舍）,大连理工大学城市学院校园网网络拓扑图,数据库 服务器,文件 服务器,认证,网管,100M,1000M,10/100M,多媒体教室,IP/TV,100M,1000M,Internet,远程教育,IP/TV,教学监督,IP/TV,VOD 服务器,WEB/Mail 服务器,100M,100M,WLAN,无线用户,无线局域网 交换机,C3550-12T,
20、CERNET Internet,市内校总部,1000M,ADSL,综合教学楼1,综合教学大楼2,学生宿舍个楼（2-7宿舍）,大连理工大学城市学院校园网网络拓扑图,数据库 服务器,文件 服务器,认证,网管,100/1000M,1000M,10/100M,1000M,Internet,VOD 服务器,WEB/Mail 服务器,计算机机房,100M,图书馆,2区,1区,N7,XP2400,E1,V2,100M,V2,V2,1000M,Single- Mode,Multi-Mode,1000M,Single- Mode,Multi-Mode,1000M,1000M,1000M,UTP,UTP,DNS 服务器,计费,网络中心机房,本章总结,局域网技术： MAC地址表 生成树Spanning-tree 虚拟局域网VLAN绘制网络拓扑图 综合布线系统介绍 局域网规划设计： MAC地址表 生成树Spanning-tree 虚拟局域网VLAN,
