ZT-O018 以太网原理

1TB000002光网络METRO-以太网原理ISSUE1.02了解以太网物理层的工作过程了解二层组播协议和生成树协议的工作过程掌握802.1Q帧格式和各个字段的含义掌握以太网口自协商的原理学习目标3内容提要以太网物理层以太网数据链路层以太网交换机VLAN千兆以太网二层组播生成树协议4起源起源于Xerox公司的一个实验网，该网络的经验是Xerox,DEC,Intel1980年提出的以太网建议的基础。目标简明和成本低寻址灵活公平高速稳定和低延迟起源和目标510BASE210BASE510BASE-T100BASE-TX100BASE-FX100BASE-T4100BASE-T2物理层标准6任一时刻只能接收或发送采用CSMA/CD访问机制物理上有距离限制半双工物理层7同一时刻可以发送和接收最大吞吐量达到双倍速率从根本上消除了半双工的物理距离限制全双工物理层8双工方式运行速率全双工半双工10M100M1000M10G自动协商9使用1ms的脉冲来携带自动协商信息。16ms每个大脉冲插入16小脉冲自动协商实现基础……10系统加电的时候，检测自动协商标志，如果允许，则从配置寄存器读出支持模式标志，编码后通过空闲脉冲发送出去。发送出去的编码格式称为基页。如果接收到对方的基页，则跟自己发送的基页比较，找出支持能力的交集，选取最优组合运行。双工模式运行速率流量控制…...101001010111000101001101010101…...编码支持能力11运行速率双工模式100M10M全双工半双工运行速率双工模式100M10M全双工半双工协商原则12它只能连接一种类型的物理线路集线器——I类13可以连接不同的物理介质相当于一条高速总线，使用CSMA/CD方式工作。集线器——II类14内容提要以太网物理层以太网数据链路层以太网交换机VLAN千兆以太网二层组播生成树协议15网络层数据链路层物理层LLC子层MAC子层数据链路层位置和结构16半双工MAC跟物理层之间至少有六种信号：1.接收数据线2.发送数据线3.接收数据指示4.发送数据指示5.载波侦听6.冲突发生HalfDuplexMACPhysical_Layer数据线指示信号冲突和检测信号MAC子层——半双工MAC（CSMA/CD）17全双工MAC跟物理层之间至少有四种信号：1.接收数据线2.发送数据线3.接收数据指示4.发送数据指示HalfDuplexMACPhysical_Layer数据线指示信号MAC子层——全双工MAC18针对不同的物理介质提供不同的MAC层面来访问。针对不同的双工模式，Ethernet划分为半双工MAC和全双工MAC。MAC子层TokenRingMACEthernetMACFDDIMACHalfDuplexMACFullDuplexMACMAC子层——位置19LLC子层MAC子层DSAPSSAPControl8bit8bit8/16bitDMACSMACLengthLLCDATA/FCSIEEE802.3帧结构LLC子层——帧结构和服务DSAP（目的服务访问点）SSAP（源服务访问点）Control(控制字段)20Ethernet_IIDMACSMACLength/TDATA/PADFCSLength/Type值含义Length/T1500Length/T=1500代表了该帧的类型代表了该帧的长度802.3以太网帧结构DMAC:目的终端的MAC地址；SMAC：源终端的MAC地址；DATA/PAD则是具体的数据FCS则是帧校验字段，来判断该数据帧是否出错21内容提要以太网物理层以太网数据链路层以太网交换机VLAN千兆以太网二层组播生成树协议22……...RXTXRXTX接收缓冲区发送缓冲区高速背板总线物理接口交换机工作过程：1.接收数据并缓冲；2.缓冲发送的数据；3.利用总线完成接口交换。注意：发送缓冲区要比接收缓冲区大。交换机基础结构23交换机维持一个CAM（中央地址存储器）表，这个表决定交换机的转发过程。每接收到一个MAC帧，则剥取源MAC建立CAM项，然后向所有端口转发该帧。MAC出口集合1234.ABCD.00011234.ABCD.00021234.ADCB.0005..{1}{2}{3}..交换机工作过程——学习24交换机接收到数据帧后，根据目的地址查询CAM，找到出口后，把数据包从该出口集合发送出去。在单播的情况下，出口列表集合只有一个元素，但在多播情况下，出口列表集合就可能不只一个元素。CAUTION：多播情况下，CAM表项的建立不是通过学习得到的，而是通过IGMP窥探，CGMP等协议获得的。1234.ABCD.00011234.ADCB.0005MAC出口集合1234.ABCD.00011234.ABCD.00021234.ADCB.0005..{1}{2}{3}..交换机工作过程——转发25内容提要以太网物理层以太网数据链路层以太网交换机VLAN千兆以太网二层组播生成树协议26划分VLAN的目的：抑制广播安全性考虑管理方便VLAN划分方式：基于端口基于MAC地址基于第三层协议VLAN基本概念27可以通过配置的形式明确指定端口所属的VLAN。特点：配置简单含义明确与实际联系紧密应用广泛划分方式——基于端口28通过MAC地址指定端口的VLAN，需要服务器和客户端的支持。特点：安全性高配置比较烦琐1234.ABCD.00011001234.ABCD.00022001234.ABCD.00031001234.ABCD.0004200..Server1234.ABCD.00011234.ABCD.0003划分方式——基于MAC地址29实际应用中，VLAN往往跨越多个交换机。这时候，需要交换机的某些端口有特殊的能力。1234.ABCD.00011234.ABCD.0003跨越交换机的VLAN30两个交换机间用来传递VLAN通信的链路称为TRUNK。在TAG链路上传输的帧携带VLANID，用来正确的区分帧所属的VLAN。1234.ABCD.00011234.ABCD.0003Trunk链路TRUNK链路31在TAG链路上传输这种类型的帧，对端交换机根据802.1q中的VLANID来区分正确的VLAN,然后向该VLAN包含的端口转发.D_AddrS_Addr802.1qL/TDATATYPEPRI/CFI/VIDNAMEVLUETYPEPRICFIVID8100优先级用于环形结构网络VLANID802.1q帧格式32端口类型类型含义TAG非TAG能接收包含VLANID帧的端口,常用作交换机间连接不能识别VLANID帧,用来连接终端既能识别标记帧,又能接收非标记帧,有一个默认VLAN用于接收到的非标记帧.链路类型类型含义TAGACCESS交换机间链路,传输的帧携带VLAN信息,如果在该链路上接收到不包含VLAN信息的帧,则按照配置动作.不能识别包含VLANID的帧,连接终端.交换机端口类型和交换机间链路类型混合33Internet如果没有服务质量保证，关键性业务可能因为得不到带宽而受影响以太网QoS保证34三比特的优先级字段802.1q帧格式，为实施带优先级的服务提供了基础高优先级数据包低优先级数据包以太网QoS保证D_AddrS_Addr802.1qL/TDATATYPEPRI/CFI/VID35优先级队列0123456712优先级队列01234567123优先级跟交换机发送队列的对应关系36内容提要以太网物理层以太网数据链路层以太网交换机VLAN千兆以太网二层组播生成树协议370101010110101010…...01010101011010101010…...链路层物理层千兆以太网物理层——8B10B编码388B10B不对称影射10B：1024种组合8B：256种组合数据代码组特殊代码组保留代码组代码组39特殊代码组特殊代码组有序集有序集链路层数据有序集把数据封装在有序集中进行传输一个或多个特殊代码组的整体是有序集，有序集是特殊代码的组合有序集是个整体在传输链路层数据的时候，在数据前后添加有序集，指示传输的开始有序集和数据封装40Start_Of_Packet在传输具体数据的开始，发送该有序集。IDLE在没有数据传输的时候，物理链路也不空闲，而是传输该有序集来保持激活状态。End_Of_Packet具体数据传输结束的时候发送该有序集，指示数据传输结束。Configuration封装自动协商数据有序集示例41大量数据PAUSE帧流量控制42rsvdrsvdrsvdrsvdrsvdFDHDPS1PS2rsvdrsvdrsvdRF1RF2AckNP保留全双工半双工流控保留远程错误指示确认下一页指示终端设备把自己支持的能力编码到上述形式的基页中，发送给对方，相互比较，按照最优的原则选择运行方式。自动协商43内容提要以太网物理层以太网数据链路层以太网交换机VLAN千兆以太网二层组播生成树协议44媒体流服务器媒体流接收端概念45内容提要以太网物理层以太网数据链路层以太网交换机VLAN千兆以太网二层组播生成树协议46为了提高冗错性，交换机往往通过多条链路连接上层交换机，假设其中一条链路断了，可以有另外一条备用。冗余链路47这时候，如果交换机接收到一个广播包，则向所有两条上行链路上转发，核心层交换机接收到以后，互相转发，这样最终形成环路，带来网络风暴。冗余链路带来的问题48STP协议把该端口阻塞生成树协议49STP运行的最终结果就是生成一棵无环树来充当转发路径。无环树50交换机优先级端口成本端口优先级根交换机根端口指定交换机指定端口交换机标识生成树协议基本概念51交换机复位，从各端口发送BPDU包，进行根交换机的选举。最后具有最小优先级的交换机成为根交换机。根ID发送IDCOST优先级MACBPDU（桥接协议数据单元）选举根交换机52配置BPDU根端口选举根端口53配置BPDU闭塞指定交换机闭塞所有冗余端口54交换机检测到链路故障之后，通过根端口向根交换机发送拓扑改变BPDU，根交换机接收到以后，向所有交换机发送重配置BPDU，于是，各交换机重新配置自己的拓扑数据库。配置BPDU拓扑改变BPDU链路故障55