网络协议与网络安全以太网技术.pptx

会计学1网络协议与网络安全以太网技术网络协议与网络安全以太网技术2以太网简介以太网简介n n以太网以太网 EthernetEthernetn n19721972年，年，Robert MetcalfeRobert Metcalfe博士在博士在XeroxXerox公司公司PARCPARC研究中心试验了第一个研究中心试验了第一个2.94Mbps2.94Mbps以太网原以太网原型系统型系统AltoAlohaNetworkAltoAlohaNetwork，实现不同计算机系统之间的互连，并共享打印机设备，实现不同计算机系统之间的互连，并共享打印机设备n n19731973年，年，MetcalfeMetcalfe将自己的系统更名为将自己的系统更名为以太网（以太网（以太网（以太网（EthernetEthernet），并指出该设计不局限于，并指出该设计不局限于PARCPARC的的AltoAlto计算机互连，也适用于其它计算机系统计算机互连，也适用于其它计算机系统n n19791979年，年，MetcalfeMetcalfe成立成立3Com3Com公司，研制出以太网网卡（公司，研制出以太网网卡（NICNIC）n n19801980年，年，DECDEC、IntelIntel、XeroxXerox联合研发了联合研发了10M10M以太网以太网1.01.0规范规范n n19821982年，发布以太网年，发布以太网2.02.0规范（规范（Ethernet V2Ethernet V2）n n19831983年，年，IEEEIEEE采纳并发布以太网正式标准采纳并发布以太网正式标准802.3802.3n n以太网分层结构：以太网分层结构：n n数据链路层数据链路层n n介质访问控制子层（介质访问控制子层（MACMAC，Media Access ControlMedia Access Control）n n逻辑链路控制子层（逻辑链路控制子层（LLCLLC，Logic Link ControlLogic Link Control）n n物理层物理层第1页/共19页3以太网层次结构以太网层次结构第2页/共19页4MAC/LLC帧结构（两种）帧结构（两种）第3页/共19页5CSMA/CD算法算法n nCSMA/CD带冲突检测的载波侦听多址访问带冲突检测的载波侦听多址访问Carrier-Sense Multiple Access with Collision DetectionCarrier-Sense Multiple Access with Collision Detection1.1.用用“载波侦听载波侦听”方法检查信道是否空闲。方法检查信道是否空闲。n n若空闲，进入下一步；若空闲，进入下一步；n n若忙，等待并继续监测。若忙，等待并继续监测。2.2.发送数据，同时检测信道冲突。发送数据，同时检测信道冲突。n n若成功发送完毕（未发生冲突），完成；若成功发送完毕（未发生冲突），完成；n n若遇冲突，进入下一步。若遇冲突，进入下一步。3.3.中止本次发送。进入下一步。中止本次发送。进入下一步。4.4.等待一段随机时间。返回第等待一段随机时间。返回第1 1步。步。第4页/共19页6以太网帧发送的以太网帧发送的“微观特性微观特性”设：站点相距1Km，数据传输速率100Mbps则：报文长度500bits 64bytesWHY？第5页/共19页7发送碰撞图解发送碰撞图解发 送 数 据帧的站点，在 发 送 数据 帧 后 至多 经 过 2 就 可 以知 道 该 帧是 否 发 生了碰撞。第6页/共19页8以太网技术发展以太网技术发展n n第一阶段：同轴电缆（Coax Cable）n n第二阶段：集线器（Hub）n n第三阶段：二层交换机（Switch Hub）n n第四阶段：三层交换机（Switch）速率、介质、联网方式、吞吐能力、网络规模、安全性、速率、介质、联网方式、吞吐能力、网络规模、安全性、速率、介质、联网方式、吞吐能力、网络规模、安全性、速率、介质、联网方式、吞吐能力、网络规模、安全性、QoSQoSQoSQoS、功能、功能、功能、功能第7页/共19页9第一阶段：同轴电缆第一阶段：同轴电缆n n同轴电缆（Coax Cable）存在问题和缺陷：线路的布局受到较大制约，难以灵活调整；增加设备时T形接头制作难度较大、要求较高，且容易损坏，还容易造成线路连接不良，严重的将造成断线；同轴电缆成本较高；受限于同轴电缆长度，网络覆盖的范围十分有限；同轴电缆本身是“单点故障”易发点；随着通信速率的提高，同轴电缆的通信效率会大大降低；随着线路上设备数的增多，冲突增加，将导致网络通信效率急剧下降，最终可能引起瘫痪。10Base2（细缆）（细缆）10Base5（粗缆）（粗缆）第8页/共19页10第二阶段：集线器第二阶段：集线器n n集线器（Hub）主要改进：联网方式HUB的引入速率提高FastEthernet，快速以太网，100M传输介质UTP，非屏蔽双绞线通信方式Full Duplex，全双工（注意避免冲突的条件）10BaseT100BaseT1 2 3 4 5 6 7 8 RJ45第9页/共19页11以太网冲突（碰撞）域以太网冲突（碰撞）域第10页/共19页12第三阶段：二层交换机第三阶段：二层交换机n n二层交换机（二层交换机（Switch HubSwitch Hub）C1/A1C2/A2C3/A3C4/A4端口号端口号MAC地址地址终端终端A1C1A3C3A2C2A4C4转发表思考：当一个端口上连接另一个交换机时，转发表如何设计？主要改进：有效减少碰撞，提高利用率，扩大联网规模不同速率端口互连（适配能力）反而失去以太网“天生”的流控能力！第11页/共19页13二层交换机网桥二层交换机网桥n n网桥 Bridge第12页/共19页14存储转发与切入转发存储转发与切入转发n n存储转发（Store-and-Forward）n n网络中继设备接收完整报文网络中继设备接收完整报文n n解析、排队并转发到目的端口（线路）解析、排队并转发到目的端口（线路）n n切入转发（Cut-Through）n n网络中继设备接收到地址字段后，立即解析网络中继设备接收到地址字段后，立即解析n n转接到目的端口转接到目的端口“直通式直通式”转发转发比较：实现机制；转发延迟；可靠传输；流量管理第13页/共19页15广播风暴与死锁环路广播风暴与死锁环路n n广播风暴（Broadcast Storm）n n共享网络中大量设备进行广播共享网络中大量设备进行广播n n死锁环路（Deadlock Loop）BridgeBridge第14页/共19页16第四阶段：三层交换机第四阶段：三层交换机n n三层交换机（Layer 3 Switch/IP Switch）三层交换机已经不是“纯粹”的以太网交换机了！思考：IP交换机与路由器有什么区别？IP和MAC地址对的发现ARP协议（Address Resolution Protocol，地址解析协议）主机A主机B主机C主机主机A“192.168.1.3 的MAC地址是什么？”（MACff-ff-ff-ff-ff-ff）主机主机C192.168.1.3 的MAC地址是03-aa-01-75-c3-06第15页/共19页17局域网标准局域网标准802系列系列n nIEEE 802.1 IEEE 802.1 通用网络概念及网桥通用网络概念及网桥n nIEEE 802.2 IEEE 802.2 逻辑链路控制逻辑链路控制n nIEEE 802.3 IEEE 802.3 以太网以太网CSMA/CDCSMA/CD复用方法及物理层规定复用方法及物理层规定n nIEEE 802.4 IEEE 802.4 令牌总线结构和访问方法及物理层规定令牌总线结构和访问方法及物理层规定n nIEEE 802.5 IEEE 802.5 令牌环访问方法及物理层规定令牌环访问方法及物理层规定n nIEEE 802.6 IEEE 802.6 城域网的访问方法及物理层规定城域网的访问方法及物理层规定n nIEEE 802.7 IEEE 802.7 宽带局域网宽带局域网n nIEEE 802.8 IEEE 802.8 光纤局域网光纤局域网n nIEEE 802.9 ISDNIEEE 802.9 ISDN局域网局域网n nIEEE 802.10 IEEE 802.10 网络安全网络安全n nIEEE 802.11 IEEE 802.11 无线局域网无线局域网n nIEEE 802.12 IEEE 802.12 优先高速局域网（优先高速局域网（100Mbps100Mbps）n nIEEE 802.13 IEEE 802.13 有线电视（有线电视（Cable-TVCable-TV）第16页/共19页18以太网以太网802.3标准及其发展轨迹标准及其发展轨迹n nIEEE 802.3IEEE 802.3（工作组）标准系列（工作组）标准系列n n802.3802.3：传统以太网：传统以太网n n10 Base-210 Base-2，10M10M粗缆总线粗缆总线n n10 Base-510 Base-5，10M10M细缆总线细缆总线n n1 Base-51 Base-5，1M1M总线（短暂的后退）总线（短暂的后退）n n10 Base-T10 Base-T，10M10M星形双绞线星形双绞线n n802.3u802.3u：100M100M，快速以太网（，快速以太网（Fast EthernetFast Ethernet）n n100 Base-TX100 Base-TX，UTP5UTP5n n100 Base-T4100 Base-T4，UTP3UTP3n n100 Base-FX100 Base-FX，Optical FiberOptical Fibern n802.3z802.3z：1000M1000M1G1G，千兆以太网（，千兆以太网（Gigabit EthernetGigabit Ethernet）n n1000 Base-SX1000 Base-SX，短波长光传输，短波长光传输n n1000 Base-LX1000 Base-LX，长波长光传输，长波长光传输n n1000 Base-T 1000 Base-T，五类线传输，五类线传输n n802.3ae802.3ae：基于光缆的万兆以太网（：基于光缆的万兆以太网（10G10G）n n10G Base-X10G Base-Xn n10G Base-R10G Base-Rn n10G Base-W10G Base-Wn n802.3an802.3an：基于铜缆的万兆以太网：基于铜缆的万兆以太网n n10G Base-T10G Base-Tn n802.3ba802.3ba：包含两个速度的规范，每种速度提供一组物理接口：包含两个速度的规范，每种速度提供一组物理接口n n40G40G1m1m交换机背板链路、交换机背板链路、10m10m铜缆链路和铜缆链路和100m100m多模光纤链路标准多模光纤链路标准n n100G100G10m10m铜缆链路、铜缆链路、100m100m多模光纤链路和多模光纤链路和10Km10Km、40Km40Km单模光纤链路标准单模光纤链路标准第17页/共19页19Ethernet over Anythingn nEthernet over FiberEthernet over Fiber光纤以太网光纤以太网n n直接在光纤上传输以太网，用于城区的短距离传送直接在光纤上传输以太网，用于城区的短距离传送(70(70公里公里)n nEthernet over SDHEthernet over SDHRPR(Resilient Packet Ring)RPR(Resilient Packet Ring)以太网以太网n nIEEE 802.17IEEE 802.17标准使以太网业务能够借助标准使以太网业务能够借助SDHSDH环路网络传输几千公里环路网络传输几千公里n nEthernet over DWDM/CWDMEthernet over DWDM/CWDM波分复用以太网波分复用以太网n n使以太网可以通过多个波长光波在一根光纤上传送使以太网可以通过多个波长光波在一根光纤上传送n nEthernet over SONETEthernet over SONET同步光网以太网同步光网以太网n n万兆以太网与万兆以太网与SONET OC-192SONET OC-192帧结构的融合，可以与帧结构的融合，可以与SONET/SDHSONET/SDH设备一起运行，设备一起运行，保护了传统基础设施投资，可通过城域网提供端到端以太网保护了传统基础设施投资，可通过城域网提供端到端以太网n nEthernet over PONEthernet over PONEPON(Ethernet PON)EPON(Ethernet PON)和和GPON(Gigabit PON)GPON(Gigabit PON)n nEPONEPON是点到多点光以太网，以较低成本提供较高带宽。根据光分离比，无源光以是点到多点光以太网，以较低成本提供较高带宽。根据光分离比，无源光以太网支持太网支持30M30M的用户带宽、的用户带宽、100M100M或更高的突发流量或更高的突发流量n nEthernet over VDSLEthernet over VDSLn n利用电话线（铜线双绞线）资源拓展以太网的覆盖，提供利用电话线（铜线双绞线）资源拓展以太网的覆盖，提供10M10M以上的速度，并克服以上的速度，并克服xDSLxDSL速率不稳定等问题速率不稳定等问题n nEthernet over WirelessEthernet over WirelessWireless LANWireless LAN无线局域网（无线局域网（WLANWLAN）n nIEEE802.11a/b/gIEEE802.11a/b/g等标准定义等标准定义第18页/共19页