以太网 交换机 基础知识培训 汪博士.ppt

深圳市首迈通信技术Shenzhen First mile Communications Ltd. :/ firstmile Tel: +86 755 26993725, Fax: +86 755 26993723以太网 交换机根底知识2什么是以太网 ？3什么是以太网 以太网，即Ethernet，它不是一种具体的网络，是一种技术标准。 以太网是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。该标准定义了在局域网LAN中采用的电缆类型和信号处理方法，即一种计算机接入局域网络的连接标准。 以太网类型 标准以太网 (1980s ，10Mbit/s Ethernet，IEEE802.3) 快速以太网 (1992-1995，100Mbit/s Ethernet，IEEE 802.3u) 千兆以太网 (1995-1999 ，Gigabit Ethernet， IEEE 802.3zFIBER,802.3abUTP) 万兆以太网 (1999-2002，10 Gigabit Ethernet ，IEEE 802.3ae)4以太网连接 以太网采用的介质访问控制协议，即载波监听多路访问/冲突检测 工作流程为：先听后发，边听边发，冲突停止，随机延迟后重发 说话之前,先听听有没有别的人在说话(carrier sense)，如果没人说话,你就开始说； 如果有人在说话,你就等他把话说完,你才开始说； 一旦听到同时有除自己以外的人在说话(collision detection)，就停止继续说话，随机等待一段时间, 再开始继续说话 拓扑结构 总线型，共享式以太网 星型，交换式以太网 传输介质：同轴缆、双绞线、光纤、无线 接口的工作模式：半双工和全双工 5以太网的帧格式 IEEE 802.3 Frame Formats Preamble：前导码，起到使发送端和接收端通信同步的作用 SOF：Start of Frame 帧的开始 Destination Address：目的端MAC地址接收数据方 Source Address：源端MAC地址发送数据方 Length：整个帧的长度 Data： DSAP：Destination Service Access Point 目的端业务接入点 SSAP：Source Service Access Point 目的端业务接入点 CTRL：Control bit for Ethernet communication控制位 NLI：Network Layer Interface网络层接口 FCS：Frame Check Sequence 帧校验，用“CRC循环冗余校验过失法检测以太网帧中是否有错，并丢掉被破坏的帧7 bytes1 byte6 bytes6 bytes2 bytes46-1500 byte4 bytesPreambleSOFDestination Address(MAC ADD)Source Address(MAC ADD)lengthDataFCSDSAPSSAPCTRLNLI6基于基于CSMA/CD (Ethernet) 的的LAN的标准的标准 IEEE 802.3工作组制定的一系列基于CSMA/CD (Ethernet) 的LAN的标准802.3CSMA/CD802.3Ethernet10base T 10base 510base 210broad 36802.3uFast Ethernet100base TX100base FX100base T4802.3zGigabit Ethernet1000base SX1000base LX1000base CX7Fast Ethernet(快速以太网快速以太网)802.3uFast Ethernet100base TX100base FX100base T4参数100BaseTX100BaseFX100BaseT4传输媒质Cat 5 UTP, or Type 1 and 2 STPMMF/SMFCat-3,4, or 5 UTPConnector（连接器） RJ-45 SCRJ-45Maximum segment length（网段长度）100 meters 2000 meters100 meters物理层参数Application Software and Upper-Layer Protocols 802.3 Media Access Control Sublayer100BaseTX100BaseFX100BaseT4UTP：Unshielded Twisted Paired , 非屏蔽双绞线STP：Shielded Twisted Pair 屏蔽双绞线100Baseband(基带传输：是指无需复杂的频率移动就可传送数字信号的传输媒介。以太网属于基带网络速率100MbpsBase -TX FX传输介质TX:双绞线；FX:光纤8Gigabit Ethernet(千兆以太网千兆以太网)802.3zGigabit Ethernet1000base SX1000base LX1000base CXMedia Access Control (MAC)Full Duplex and /or Half Duplex(CSMA/CD)Gigabit Media Independent Interface(GMII) 1000Base-TEncoder/Decoder(PCS)1000Base-X 8B/10BEncoder/Decoder(PCS)1000Base-TTransceiver UTP1000Base-SXTransceiverMMF1000Base-LXTransceiver SMF or MMF1000Base-CXTransceiverSTP MACPHY802.3abGigabit Ethernet1000base TX802.3Z802.3ab1000Base-T1000Base-SX1000Base-LX1000Base-CX传输媒质短波长850nm多模光纤长波长1310nm单模光纤150-ohm STP Category 5 UTP网段长度275/550m10km25m100m编码8B/10B其它链接器SC LC9芯D型连接器RJ-459以太网设备 以太网的设备： HUB集线器；Switch二层、三层交换机；Router(路由器) 三者区别在于：HUBHUBSWITCHSWITCHROUTERROUTER对数据的传输起到同步、放大和整形的作用，不能保证数据传输的完整性和正确性具有自动寻址、交换、处理的功能，能够智能化地根据地址信息将数据快速送到目的地 要克服了交换机不能路由转发数据包的不足它的作用在于连接不同的网段并且找到网络中数据传输最合适的路径OSI工作层次第一层第二层第三层数据转发依据广播模式容易产生“广播风暴”利用MAC地址来确定转发数据的目的地址有效抑制“广播风暴”利用不同网络的IP地址）来确定数据转发的地址带宽利用共享独享独享10交换机的工作原理 源MAC地址同交换机端口的映射，建立MAC地址表 MAC地址比较，以决定转发端口 MAC地址不在表中，那么向所有端口转发。播送帧和组播帧向所有的端口转发 交换机的三个主要功能 学习 转发/过滤 消除回路 交换机处理帧的操作模式 存储转发：交换机的转发时延随帧长度的不同而变化 直通式：交换机的转发时延保持不变11以太网交换机的参数 背板带宽：是交换机接口处理器或接口卡和数据总线间所能吞吐的最大数据量。标志了交换机总的数据交换能力，单位为Gbps。 线速的背板带宽: 端口总带宽=端口数*相应端口速率*2全双工模式 全线速背板带宽：设备标称背板带宽大于端口的总带宽 第二层、第三层包交换速率:处理包的能力。 包转发率=千兆端口数量1.488Mpps+百兆端口数量*0.1488Mpps+其余类型端口数*相应计算方法 标称包转发速率大于上述包转发率，那么交换机在做第二、三层交换的时候可以做到线速。 满足上述条件，交换机可称为线性无阻塞 交换方式 直通交换方式Cut-through:交换机一旦解读到数据包目的地址，就开始向目的端口发送数据包。 存储转发方式Store-and-Forward:最为广泛。在接收到全部数据包后再决定如何转发。 碎片丢弃方式Fragment Free：它在转发前先检查数据包的长度是否够64个字节512 bit，如果小于64字节，说明是假包或称残帧，那么丢弃该包；如果大于64字节，那么发送该包。12以太网交换机的参数2 端口工作模式 全、半双工：是否允许端口同时收/发数据，全双工端口可以同时发送和接收数据 MAC地址表：交换机Buffer缓存所能记忆的MAC地址数多少。是指交换机的Buffer缓存可以最多存储的MAC地址数量，存储的MAC地址数量越多，那么数据转发的速度和效率也就就越高 协议的支持：(二层网络协议 IEEE 802.3 CSMA/CD: 802.3 u ;802.3 z; 802.3 ab IEEE 802.3ad 链路聚合 IEEE 802.1D 冗余链路STP生成树 IEEE 802.1W 快速STP IEEE 802.1Q VLAV IEEE 802.1X 加密认证 IEEE 802.1p QoS(效劳质量优先级 IEEE 802.1g 远程桥接 管理功能 指交换机如何控制用户访问交换机，以及用户对交换机的可视程度 一般的交换机满足SNMP MIB I / MIB II统计管理功能。而复杂一些的交换时机增加通过内置RMON组mini-RMON来支持RMON主动监视功能13OSI(开放系统互联) 如果几个计算机网络只是在物理上连接在一起，它们之间并不能进行通信，那么这种“互连并没有什么实际意义。因此通常在谈到“互连时，就已经暗示这些相互连接的计算机是可以进行通信的，也就是说，从功能上和逻辑上看，这些计算机已经组成了一个计算机网络，或称为互联网络，简称为互连网。 网络刚出现的时候，大型的公司都拥有了网络技术，公司内部计算机可以相互连接。但却不能与其它公司互连。因为没有统一的标准。 ISO(国际标准化组织为了更好地使网络应用更为普及，推出了OSI(Open Systems Interconnection) 开放系统互联模型。很多网络设备的设计都参照OSI模型设计。14OSI(开放系统互联模型)OSI Reference Model7Application Layer6Presentation Layer5Session Layer4Transport Layer3Network Layer2Data Link Layer1Physical Layer上三层总称为应用层应用层，用于控制软件方面下四层总称为数据流层数据流层，用于管理硬件方面参考模型的低三层，负责创立网络通信连接的链路 参考模型的高四层，具体负责端到端的数据通信 15OSIOpen Systems Interconnect Model每层发生了什么每层发生了什么每层对应的设备每层对应的设备Layer 7Application 应用层应用层 直接对应用程序提供服务，如WEB/FTP/Telnet等，是用户与计算机进行实际通信的地方Layer 6Presentation 表示层表示层转换：负责协议转换、数据编码和数据压缩等Layer 5Session 会话层会话层协调通信过程，保持应用程序之间的同步，并提供三种不同的方式来组织它们之间的通信：单工，半双工和全双工Layer 4Transport 传输层传输层传输层是高低层之间衔接的接口层。数据传输的单位是报文报文，当报文较长时将它分割成若干分组,然后交给网络层进行传输。传输层是计算机网络协议分层中的最关键一层，该层以上各层将不再管理信息传输问题。网关Layer 3Network 网络层网络层为了将数据分组（数据包包）从源端系统送到目标端系统，网络层的任务就是选择合适的路由和交换节点，使源的传输层传下来的分组信息能够正确无误地按照地址找到目的地，并交付给相应的传输层，即完成网络的寻址功能，并决定传送数据的最佳路径。管理本机的IP和目的地的IP。路由器Layer 2Data Link 数据链路层数据链路层负责在网络节点间的线路上通过检测、流量控制和重发等手段，无差错地传送以帧帧为单位的数据。为做到这一点，在每一帧中必须同时带有同步、地址、差错控制及流量控制等控制信息。数据链路层管理MAC（介质访问控制）地址桥接、交换设备Layer 1Physical 物理层物理层为数据链路层提供物理连接，在其上串行传送比特流比特流，即所传送数据的单位是比特。直接与各种类型的实际通信介质进行通信。收发模块、网络接口卡、传输介质（光纤、五类线）等16通信17通信 层与层之间的联系是通过各层之间的接口来进行的，上层通过接口向下层提出效劳请求，而下层通过接口向上层提供效劳。 两个用户计算机通过网络进行通信时，除物理层之外，其余各对等层之间均不存在直接的通信关系，而是通过各对等层之间的通信协议来进行通信用虚线连接，只有两物理层之间通过传输介质进行真正的数据通信。 数据发送时，从第七层传到第一层，接受方那么相反。数据在发至数据流层的时候将被拆分。 不是每一通信都需要经过OSI的全部七层，有的甚至只需要双方对应的某一层即可。物理接口之间的转接，以及中继器与中继器之间的连接就只需在物理层中进行即可；而路由器与路由器之间的连接那么只需经过网络层以下的三层即可。总的来说，双方的通信是在对等层次上进行的，不能在不对称层次上进行通信18OSI vs. TCP /IPOSI是很详细的网络分层标准，成为理解网络架构的模板TCP/IP是从OSI模型的蓝图中演化而来,并加以简化，成为现实生活中的网络协议簇。TCP/IP把7层简化为4层：网络接口层、互联网络层、传输层、应用层 Session Layer5Transport Layer4Network Layer3Data Link Layer2Physical Layer1Presentation Layer6Application Layer7OSI Reference Model应用层向用户提供一组常用的应用应用层向用户提供一组常用的应用程序，比方电子邮件、文件传输访程序，比方电子邮件、文件传输访问、远程登录等。问、远程登录等。传输层提供给用程序间的通信。包传输层提供给用程序间的通信。包括格式化信息流和提供可靠传输。括格式化信息流和提供可靠传输。互联网络层功能包括：互联网络层功能包括：一、处理来自传输层的分组发送请一、处理来自传输层的分组发送请求，收到请求后，将分组装入求，收到请求后，将分组装入IPIP数数据报，填充报头，选择路径，然后据报，填充报头，选择路径，然后将数据报发往适当的网络接口。二将数据报发往适当的网络接口。二、处理输入数据报：首先检查其合、处理输入数据报：首先检查其合法性，然后进行寻径法性，然后进行寻径-假设该数据假设该数据报已到达信宿机，那么去掉报头，报已到达信宿机，那么去掉报头，将剩下局部交给适当的传输协议；将剩下局部交给适当的传输协议；假设该数据报尚未到达信宿，那么假设该数据报尚未到达信宿，那么转发该数据报。三、处理路径、流转发该数据报。三、处理路径、流控、拥塞等问题。控、拥塞等问题。网络接口层对实际的网络媒质的管网络接口层对实际的网络媒质的管理，定义如何使用实际网络如理，定义如何使用实际网络如EthernetEthernet、Serial LineSerial Line等来传等来传送数据送数据TCP/IP Model4Application Layer3Transport Layer2Interner Layer1Network Interface19TCP /IPTransport Control Protocol / Internet Protocol 要使计算机连成的网络能够互通信息，需要有一组共同遵守的通信标准，这就是网络协议，不同的计算机之间必须使用相同的通讯协议才能进行通信。 在Internet中TCP/IP协议是使用最为广泛的通讯协议。 在Internet上传输控制协议TCP和网际协议IP是配合进行工作的。 网际协议IP是给Internet的每一台电脑规定一个地址, 负责将消息从一个主机传送到另一个主机。 传输控制协议TCP负责发现传输的问题，一有问题就发出信号，要求重新传输，直到所有数据平安正确地传输到目的地。传输协议保证了数据包在传送中准确无误 TCP/IP是一个协议族，包括TCP、IP、UDP、ICMP、RIP、TELNETFTP、SMTP、ARP、TFTP等许多协议: TCP(Transport Control Protocol)传输控制协议 IP(Internetworking Protocol)网间网协议 UDP(User Datagram Protocol)用户数据报协议 ICMP(Internet Control Message Protocol)互联网控制信息协议 SMTP(Simple Mail Transfer Protocol)简单邮件传输协议 SNMP(Simple Network manage Protocol)简单网络管理协议 FTP(File Transfer Protocol)文件传输协议 ARP(Address Resolation Protocol)地址解析协议 20TCP /IPHTTP RequestTCP HeaderIP HeaderEthernet HeaderFrame CheckSequenceHeader contains source and destination port numbersHeader contains source and destination IP addresses; transport protocol typeHeader contains source and destination physical addresses; network protocol typeHTTP:超文本传输协议21IP Addresses 为了使连入Internet的众多电脑主机在通信时能够相互识别，给每个主机都分配一个唯一的32bit地址，也称网际地址，是逻辑地址。 按照TCP/IP协议规定，IP地址用二进制来表示，每个IP地址长32bit，比特换算成字节，就是4个字节。 “点分十进制表示法：为了方便使用，IP地址经常被写成十进制的形式，由4个数组成，每个数可取“0-255，中间使用符号“.分开不同的字节。 每个IP地址有“网络号network ID 和“主机号host ID组成，前两个数为网络号，表示主机所连接的网络；后两个数为主机号，表示该网络上特定的主机。网络地址用于路由选择，而主机地址用于在网络或子网内部寻找一个单独的主机。 每个Internet 效劳提供商ISP必须向有关组织申请一组IP地址，然后一般是动态分配给其用户，当然用户也可向ISP申请一个IP地址根椐接入方式，这就是为什么在配置Windows NT/95/98的“拨号网络时，一般让系统给自动分配IP地址22IP AddressesA类IP地址在IP地址的四段号码中，第一段号码为网络号，剩下的三段号码为主机号。如果用二进制表示IP地址的话，A类IP地址就由1字节的网络地址和3字节主机地址组成，网络地址的最高位必须是“0。A类网络地址数量较少，可以用于主机数达1600多万台的大型网络。B类IP地址在IP地址的四段号码中，前两段号码为网络号，剩下的两段号码为主机号。如果用二进制表示IP地址的话，B类IP地址就由2字节的网络地址和2字节主机地址组成，网络地址的最高位必须是“10。B类网络地址适用于中等规模规模的网络，每个网络所能容纳的计算机数为6万多台。C类IP地址在IP地址的四段号码中，前三段号码为网络号，剩下的一段号码为主机的号码。如果用二进制表示IP地址的话，C类IP地址就由3字节的网络地址和1字节主机地址组成，网络地址的最高位必须是“110。，C类网络地址数量较多，适用于小规模的局域网络，每个网络最多只能包含254台计算机Net ID0Host ID10Net IDHost ID110Net IDHost ID1110Multicast Address8 bits8 bits8 bits8 bitsABCD23MAC AddressMACMedia Access Control即介质访问控制，所谓介质Media，指传输信号所通过的物理环境。常用网络介质包双绞线，同轴电缆，光纤等 。MAC地址是网络设备的物理地址，也叫硬件地址或链路地址。是识别LAN节点的标识。它是传输数据时真正赖以标识发出数据的电脑和接收数据的主机的地址。由网卡生产厂家烧入网卡的EPROM，具有全球唯一性。MAC地址与网络无关，也即无论将带有这个地址的硬件如网卡、集线器、路由器等接入到网络的何处，它都有相同的MAC地址，MAC地址一般不可改变，不能由用户自己设定。 MAC地址的长度为48位6个字节，表示为12个16进制数：08:00:20:0A:8C:6D前6位16进制数代表网络硬件制造商的编号，由IEEE分配首迈通信=001e6e后6位16进制数代表该制造商所制造的某个网络产品如网卡的系列号IEEEIstitute of Electrical and Electronics Engineers，电气与电子工程师协会24MAC vs.OSI OSI模型中的第二层数据链路层Data Link包含两个子层，上一层是逻辑链路控制LLC：Logical Link Control，下一层即是MAC层，即介质访问控制层OSI Reference Model7Application Layer6Presentation Layer5Session Layer4Transport Layer3Network Layer2Data Link Layer1Physical LayerLLC(Logical Link Control)MAC(Media Access Control)25MAC Address vs.IP Address MAC地址是数据链路层和物理层用的地址，IP地址是网络层以上各层使用的地址。 使用IP容易对网络管理，数据的传送更迅速。 IP地址是指Internet协议使用的地址，每个Internet包必须带有IP地址;MAC地址是Ethernet协议使用的地址。MAC地址存在于每一个Ethernet包中，是Ethernet包头的组成局部，Ethernet交换机根据Ethernet包头中的MAC源地址和MAC目的地址实现包的交换和传递。 IP地址与MAC地址之间并没有什么必然的联系 IP地址通常工作于广域网，比方路由器处理的就是IP地址。 MAC地址工作于局域网。可以在Ethernet上传送IP信息，此时IP地址只是Ethernet信息包数据域的一局部，Ethernet交换机或处理器看不见IP地址，只是将其作为普通数据处理。26Address Conversion地址转换地址转换 IP 地址不被硬件识别地址不被硬件识别 ARP地址解析协议地址解析协议: 把把IP地址解析成地址解析成MAC地址地址 RARP逆向地址解析协议逆向地址解析协议: 把把MAC地址解析成地址解析成IP地址地址IP AddressHardware AddressARPRARP27制定网络技术标准的组织 IEEE电气与电子工程师协会 Specifies LAN(局域网)/MAN(城域网) Physical and Data Link Layers IETF 互联网工程任务组 Specifies upper layers ANSI 美国国家标准研究院 Specifies physical mediumsApplication Presentation Session TransportNetwork Data LinkPhysical Medium Scope of IEEE Standards LLC Sublayer MAC SublayerPhysical LayerData Link Layer28Q & A Spanning Tree有何作用？ 为提高可靠性，网络中的设备间常需建立冗余连接。但以太网的逻辑结构是总线型，因此链路中不允许出现环路。Spanning Tree可以解决上述矛盾。Spanning Tree即IEEE803.1d生成树协议，当网络中出现环路时，该协议可以采用生成树的算法从逻辑上断开其中一条连接，使其成为备份线路。当网络出现断路时，该协议会自动启动上述备份线路，确保网络正常工作 在网络设备特性中经成以看到Nway，NWAY表示什么呢？ Nway表示此端口可以自动识别10M、100M连接，全双工，半双工 自适应Auto-sense 或 Auto-Negotiation是什么意思？ Auto-Sense标准为交换机可以自动适应出100M和10M速率 ; Auto-Negotiation标准为交换机按照以下顺序适应工作速率：100M 全双工，100M半双工，10M全双工，10M半双工 29Q & A 什么是基于Web的管理？ 无论交换机在网络的什么位置，管理者都可以用浏览器来管理该设备 如何理解Port Trunking? 即端口干路，可以理解为：将交换机上的多个端口在物理上连接起来，在逻辑上捆绑在一起，形成一个拥有较大带宽的端口，组成一个干路，以到达平衡负载和提供备份线路的目的 如何理解Port Mirror？ 即端口镜像，端口镜像为为了提供了备份通道。此外，还可以用于数据流量检测。例如：在端口A和端口B之间建立镜像关系后，通过端口A传输的数据将同时通过端口B，即使端口A因线路问题造成数据错误，端口B的数据仍然可用 30通信术语 光纤通信 各种电信号对光波进行调制后，通过光纤进行传输的通信方式。特点是容量大、衰减小 、防干扰、保密性好 。 数据通信 依照一定的协议，利用数据传输技术在两个终端之间传递数据信息的一种通信方式和通信业务 模拟通信和数字通信 模拟信号是变化的电信号，无论在时间上或是在幅度上都是连续的 数字信号是一种离散的、脉冲有无的组合形式，是负载数字信 息的信号 ，“数字通信是指用数字信号作为载体来传 输信息，或者用数字信号对载波进行数字调制后再进行传输的通信方式 带宽： 通过网络传输的信息量，可以用每秒传输的BIT数或千BIT来表示。还可以用BIT流、容量、吞吐量等名词表示