《网络协议与网络安全》第03讲以太网技术.ppt

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1、复旦大学复旦大学 凌力凌力 网络协议网络协议 Network ProtocolsNetwork Protocols 与与 Network SecurityNetwork Security 网络安全网络安全第三讲第三讲 以太网技术以太网技术网网络络协协议议与与网网络络安安全全凌凌力力Network Protocols&Network Security主要内容主要内容以太网简介以太网简介以太网与以太网与Internet、OSICSMA/CD原理原理以太网技术及其发展以太网技术及其发展以太网相关技术以太网相关技术以太网技术标准以太网技术标准1网网络络协协议议与与网网络络安安全全凌凌力力Network

2、 Protocols&Network Security以太网简介以太网简介以太网以太网 Ethernet1972年，Robert Metcalfe博士在Xerox公司PARC研究中心试验了第一个2.94Mbps以太网原型系统AltoAlohaNetwork，实现不同计算机系统之间的互连，并共享打印机设备1973年，Metcalfe将自己的系统更名为以以太太网网（Ethernet），并指出该设计不局限于PARC的Alto计算机互连，也适用于其它计算机系统1979年，Metcalfe成立3Com公司，研制出以太网网卡（NIC）1982年，发布以太网2.0规范（Ethernet V2）以太网分层结构

3、：数据链路层介质访问控制子层（MAC，Media Access Control）逻辑链路控制子层（LLC，Logic Link Control）物理层2网网络络协协议议与与网网络络安安全全凌凌力力Network Protocols&Network Security以太网层次结构以太网层次结构3网网络络协协议议与与网网络络安安全全凌凌力力Network Protocols&Network SecurityMAC/LLC帧结构（两种）帧结构（两种）4网网络络协协议议与与网网络络安安全全凌凌力力Network Protocols&Network SecurityCSMA/CD算法算法CSMA/CD带

4、冲突检测的载波侦听多址访问Carrier-Sense Multiple Access with Collision Detection1.用“载波侦听”方法检查信道是否空闲。若空闲，进入下一步；若忙，等待并继续监测。2.发送数据，同时检测信道冲突。若成功发送完毕（未发生冲突），完成；若遇冲突，进入下一步。3.中止本次发送。进入下一步。4.等待一段随机时间。返回第1步。5网网络络协协议议与与网网络络安安全全凌凌力力Network Protocols&Network Security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500bi

5、ts 64bytesWHY？6网网络络协协议议与与网网络络安安全全凌凌力力Network Protocols&Network Security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。7网网络络协协议议与与网网络络安安全全凌凌力力Network Protocols&Network Security以太网技术发展以太网技术发展第一阶段：同轴电缆（第一阶段：同轴电缆（Coax Cable）第二阶段：集线器（第二阶段：集线器（Hub）第三阶段：二层交换机（第三阶段：二层交换机（Switch Hub）第四阶段：三层交换机（第四阶段：三层交换机（S

6、witch）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8网网络络协协议议与与网网络络安安全全凌凌力力Network Protocols&Network Security第一阶段：同轴电缆第一阶段：同轴电缆同轴电缆（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

7、；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）9网网络络协协议议与与网网络络安安全全凌凌力力Network Protocols&Network Security第二阶段：集线器第二阶段：集线器集线器（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

8、，全双工（注意避免冲突的条件）10BaseT100BaseT1 2 3 4 5 6 7 8 RJ4510网网络络协协议议与与网网络络安安全全凌凌力力Network Protocols&Network Security以太网冲突（碰撞）域以太网冲突（碰撞）域11网网络络协协议议与与网网络络安安全全凌凌力力Network Protocols&Network Security第三阶段：二层交换机第三阶段：二层交换机二层交换机（二层交换机（Switch 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

9、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！12网网络络协协议议与与网网络络安安全全凌凌力力Network Protocols&Network Security二层交换机网桥二层交换机网桥网桥网桥 Bridge13网网络络协协议议与与网网络络安安全全凌凌力力Network Protocols&Network Security存储转发与切入转发存储转发与切入转发存储转发（存储转发（Store-and-Forward）网络中继设备接收完整报文解析、排队并转发到目的端口（线路）切入转发（切入转发（Cut-Thr

10、ough）网络中继设备接收到地址字段后，立即解析转接到目的端口“直通式”转发比较：实现机制；转发延迟；可靠传输；流量管理14网网络络协协议议与与网网络络安安全全凌凌力力Network Protocols&Network Security广播风暴与死锁环路广播风暴与死锁环路广播风暴（广播风暴（Broadcast Storm）共享网络中大量设备进行广播死锁环路（死锁环路（Deadlock Loop）BridgeBridge15网网络络协协议议与与网网络络安安全全凌凌力力Network Protocols&Network Security第四阶段：三层交换机第四阶段：三层交换机三层交换机（三层交换机

11、（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C地址是03-aa-01-75-c3-0616网网络络协协议议与与网网络络安安全全凌凌力力Network Protocols&Network Security局域网标准局域网标准802系列系列IEEE 802.1 通用网络概念及网桥通用

12、网络概念及网桥IEEE 802.2 逻辑链路控制逻辑链路控制IEEE 802.3 以太网以太网CSMA/CD复用方法及物理层规定复用方法及物理层规定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IEEE 802.7 宽带局域网宽带局域网IEEE 802.8 光纤局域网光纤局域网IEEE 802.9 ISDN局域网局域网IEEE 802.10 网络安全网络安全IEEE 802.11 无线局域网无线局域网

13、IEEE 802.12 优先高速局域网（优先高速局域网（100Mbps）IEEE 802.13 有线电视（有线电视（Cable-TV）17网网络络协协议议与与网网络络安安全全凌凌力力Network Protocols&Network SecurityIEEE 802.3（工作组）标准系列（工作组）标准系列802.3：传统以太网10 Base-2，10M粗缆总线10 Base-5，10M细缆总线1 Base-5，1M总线（短暂的后退）10 Base-T，10M星形双绞线802.3u：100M，快速以太网（Fast Ethernet）100 Base-TX，UTP5100 Base-T4，UTP3

14、100 Base-FX，Optical Fiber802.3z：1000M1G，千兆以太网（Gigabit Ethernet）1000 Base-SX，短波长光传输1000 Base-LX，长波长光传输1000 Base-T，五类线传输802.3ae：基于光缆的万兆以太网（10G）10G Base-X10G Base-R10G Base-W802.3an：基于铜缆的万兆以太网10G Base-T802.3ba：包含两个速度的规范，每种速度提供一组物理接口40G1m交换机背板链路、10m铜缆链路和100m多模光纤链路标准100G10m铜缆链路、100m多模光纤链路和10Km、40Km单模光纤链路

15、标准18网网络络协协议议与与网网络络安安全全凌凌力力Network Protocols&Network SecurityEthernet over AnythingEthernet over Fiber光纤以太网光纤以太网直接在光纤上传输以太网，用于城区的短距离传送(70公里)Ethernet over SDHRPR(Resilient Packet Ring)以太网以太网Ethernet over DWDM/CWDM波分复用以太网波分复用以太网使以太网可以通过多个波长光波在一根光纤上传送Ethernet over SONET同步光网以太网同步光网以太网万兆以太网与SONET OC-192帧结构的融合，可以与SONET/SDH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Ethernet over PONEPON(Ethernet PON)和和GPON(Gigabit PON)EPON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30M的用户带宽、100M或更高的突发流量Ethernet over VDSL利用电话线（铜线双绞线）资源拓展以太网的覆盖，提供10M以上的速度，并克服xDSL速率不稳定等问题Ethernet over WirelessWireless LAN无线局域网（无线局域网（WLAN）19