以太网和交换机工作原理

烟草培训专用数据链路层与交换机Page2/49本章目标能够正确接入交换机，并掌握Cisco交换机的基本操作了解数据链路层的功能了解以太网帧格式了解交换机的数据转发原理熟悉Cisco交换机的几种操作模式Page3/49本章结构数据链路层与交换机以太网启动信息数据转发原理全双工工作原理基本配置工作原理访问方法产品概述－CiscoCatalyst2900系列数据链路层链路层设备－交换机CSMA/CD配置模式功能帧格式MAC地址内部交换方式Page4/49数据链路层的功能2－1数据链路层位于网络层与物理层之间物理层物理层数据链路层数据链路层网络层网络层数据链路层协议比特（Bit）帧（Frame）包(Packet）主机A主机B数据单元Page5/49数据链路层的功能2－2数据链路层的功能数据链路的建立、维护与拆除帧包装、帧传输、帧同步帧的差错恢复流量控制Page6/49以太网以太网工作在数据链路层物理层物理层数据链路层数据链路层网络层网络层物理层协议数据链路层协议网络层协议比特帧包12主机A主机B数据单元层以太网Page7/49什么是以太网我们平常使用的局域网就是以太网①如果中间的线路是共享的，这条链路在同一时间由谁来使用呢？如何来保证这些主机能有序的使用共享线路，不发生数据的冲突？②如果主机A发出一个数据包给主机B，如何标识主机A和主机B呢？这就是主机的地址问题。③主机之间发送的数据，需要保证双方互相都能读懂，那么它们发送的数据的格式，是不是需要有一个统一的规范呢？Page8/49以太网采用CSMA/CDCSMA/CD—带冲突检测的载波监听多路访问以太网采用CSMA/CD避免信号的冲突工作原理发送前先监听信道是否空闲，若空闲则立即发送数据。在发送时，边发边继续监听若监听到冲突，则立即停止发送等待一段随机时间（称为退避）以后，再重新尝试Page9/49以太网MAC地址以太网地址用来识别一个以太网上的某个单独的设备或一组设备例如：00－06－1b－e3－93－6c00－0d－28－be－b6－42IBMCISCO24比特（供应商标识）24比特（供应商对网卡的唯一编号）对于目的地址：0–物理地址（单播地址）1–逻辑地址（组播地址）Page10/49以太网帧格式802.3以太网帧格式数据链路层封装7字节6字节6字节前导码目的地址源地址类型/长度数据帧校验序列46～1500字节4字节1字节2字节帧启始定界符物理层封装大于0600H表示类型，小于0600H表示长度Page11/49以太网标准物理层数据链路层逻辑链路控制子层（LLC)介质访问控制子层（MAC)以太网IEEE802.2IEEE802.3Page12/49MAC子层与LLC子层2－1介质访问控制（MAC）子层（802.3）将上层交下来的数据封装成帧进行发送(接收时进行相反的过程，将帧拆卸)；实现和维护介质访访问控制协议，例如CSMA/CD；比特差错检测；MAC帧的寻址，即MAC帧由哪个站（源站）发出，被哪个站／哪些站接收（目的站）。Page13/49MAC子层与LLC子层2－2逻辑链路控制（LLC）子层（802.2）建立和释放数据链路层的逻辑连接；提供与上层的接口；给帧加上序号。Page14/49以太网命名方法N－信号－物理介质N：以兆位为单位的数据速率，如10、100、1000信号：基带还是宽带物理介质：标识介质类型例如：100BASE-TX数据速率为100M基带，即物理介质为以太网专用UTP或STPPage15/49阶段总结数据链路层的功能以太网与数据链路层的关系以太网使用CSMA/CD以太网地址以太网帧格式Page16/49阶段练习以太网使用什么算法来避免冲突？工作原理是什么？以太网帧的长度范围是多少？Page17/49以太网交换机交换机是用来连接局域网的主要设备▪交换机能够根据以太网帧中目标地址智能的转发数据，因此交换机工作在数据链路层▪交换机分割冲突域，实现全双工通信Page18/49交换机数据转发原理12－111B334422AABBA端口1端口1端口2端口2data端口3端口3主机11给主机33发送一个数据帧：目标地址：33源地址：11Page19/49交换机数据转发原理12－2AMAC地址端口号交换机A在接收到数据帧后，执行以下操作：交换机A查找MAC地址表交换机A学习主机11的MAC地址交换机A向其他所有端口发送广播111Page20/49交换机数据转发原理12－311B334422AABBA端口1端口1端口2data端口2端口3端口3dataPage21/49交换机数据转发原理12－4交换机B在接收到数据帧后，执行以下操作：交换机B查看MAC地址表交换机B学习源MAC地址和端口号交换机B向所有端口广播数据包主机22，查看数据包的目标MAC地址不是自己，丢弃数据包BMAC地址端口号11322dataPage22/49交换机数据转发原理12－5B334422AABBA端口1端口1端口2data端口2端口3端口3data11dataPage23/49交换机数据转发原理12－6主机33，接收到数据帧主机44，丢弃数据帧3344datadata在这个过程中，交换机的MAC地址表中没有需要的条目，交换机通过广播的方式，转发了数据帧Page24/49交换机数据转发原理12－7B334422AABBA端口1端口1端口2端口2端口3端口3data11这时，主机44要给主机11发送一个数据帧：目标地址：11源地址：44Page25/49交换机数据转发原理12－8BMAC地址端口号113交换机B在接收到数据帧后，执行以下操作：交换机B学习源MAC地址和端口号交换机B查看MAC地址表，根据MAC地址表中的条目，单播转发数据到端口3442Page26/49交换机数据转发原理12－9AMAC地址端口号111交换机A在接收到数据帧后，执行以下操作：交换机A学习源MAC地址和端口号交换机A查看MAC地址表，根据MAC地址表中的条目，单播转发数据到端口1主机11，收到数据帧443Page27/49交换机数据转发原理12－10B334422AABBA端口1端口1端口2端口2端口3端口311data在这个过程中，交换机的MAC地址表中已经学到了需要的条目，交换机通过单播的方式，转发了数据帧Page28/49交换机数据转发原理12－11AMAC地址端口号111443222333MAC地址端口号113442223331交换机最终的MAC地址表BPage29/49交换机数据转发原理12－12转发交换机根据MAC地址表单播转发数据帧学习MAC地址表是交换机通过学习接收的数据帧的源MAC地址来形成的广播如果目标地址在MAC地址表中没有，交换机就向除接收到该数据帧的端口外的其他所有端口广播该数据帧更新交换机MAC地址表的老化时间是300秒交换机如果发现一个帧的入端口和MAC地址表中源MAC地址的所在端口不同，交换机将MAC地址重新学习到新的端口Page30/49单工、半双工与全双工单工只有一个信道，传输方向只能是单向的半双工只有一个信道，在同一时刻，只能是单向传输全双工双信道，同时可以有双向数据传输ABABAB例如：寻呼机例如：对讲机例如：电话Page31/49冲突与冲突域如果冲突过多，则传输效率就会降低......主机A主机B主机C冲突域Page32/49分割冲突域为了提高传输效率，分割冲突域......冲突域1冲突域2冲突域3Page33/49交换机背板交换矩阵结构交换机的每个端口访问另一个端口时，都有一条专有的线路，不会产生冲突。Page34/49冲突域与广播域广播域指接收同样广播消息的节点的集合，如：在该集合中的任何一个节点传输一个广播帧，则所有其他能收到这个帧的节点都被认为是该广播帧的一部分交换机分割冲突域，但是不分割广播域，即交换机的所有端口属于同一个广播域....广播域广播域冲突域冲突域广播Page35/49交换机内部交换方式3－1存储转发交换机发送接收FCS校验缓存Page36/49交换机内部交换方式3－2快速转发交换机发送接收直接发送Page37/49交换机内部交换方式3－3分段过滤（FragmentFree）交换机发送接收冲突检测收到64字节后发送Page38/49交换机产品介绍产品编号描述WS-C2950-2424port,10/100CatalystSwitch,StandardImageonlyWS-C2950C-242410/100portswith2100BASE-FXuplinks,EnhancedImageWS-C2950T-242410/100portsw/210/100/1000BASE-Tports,EnhancedImageWS-C2950G-24-EICatalyst2950,2410/100with2GBICslots,EnhancedImageWS-C2950G-48-EICatalyst2950,4810/100with2GBICslots,EnhancedImagePage39/49交换机的访问方法Console电缆Page40/49主机串口设置选择与交换机相连的串口点击〔还原默认值〕Page41/49交换机的启动2－1硬件平台设备MAC地址从FLASH中加载IOSPage42/49交换机的启动2－2IOS版本信息Page43/49交换机的配置模式用户模式：Switch特权模式：SwitchenableSwitch#全局配置模式：Switch#configterminalSwitch(config)#接口配置模式：Switch(config)#interfacefa0/1Switch(config-if)#Line模式：Switch(config)#lineconsole0Switch(config-line)#演示演示交换机的配置模式Page44/49阶段总结交换机的交换矩阵冲突域与广播域交换机转发数据的工作原理交换机的内部交换方式Catalyst2950系列交换机访问交换机交换机启动信息交换机的配置模式Page45/49阶段练习什么是冲突域？什么是广播域？交换机的3种交换方式各有什么优缺点？Page46/49本章总结数据链路层与交换机以太网启动信息数据转发原理全双工工作原理基本配置工作原理访问方法产品概述－CiscoCatalyst2900系列数据链路层链路层设备－交换机CSMA/CD配置模式功能帧格式MAC地址背板使用交换矩阵结构，保证每个端口都有收发专用通道用户模式特权模式全局配置模式接口配置模式根据MAC地址表转发数据，MAC地址表是通过学习帧的源MAC地址生成的目的地址、源地址、类型、数据、帧校验48位，前24位是厂商编号，后24位是网卡编号发送前先监听信道是否空闲，若空闲则立即发送数据。在发送时，边发边继续监听。若监听到冲突，则立即停止发送。等待一段随机时间（称为退避）以后，再重新尝试。Page47/49实验交换机级联实现PC之间互通Page48/49完成标准使用合适的线缆连接交换机与PC机为PC配置合适的IP地址使连接在交换机上的所有PC能够互通