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简介
这是一个关于光传输中的以太网介绍PPT课件，包括了学习目标，以太网的发展简史，以太网基础，以太网相关基本配置，二层交换的基本原理，VLAN(802.1Q)，三层交换的基本原理等内容，引入以太网技术的广泛使用以太网技术的强大生命力以太网的扩张趋势学习目标了解以太网发展史、以太网原理和相关技术进行以太网相关技术的简单配置了解二层及三层以太网交换的基本原理掌握关于VLAN的基本知识和配置课程内容以太网的起源以太网是在70年代中期由Xerox公司Palo alto研究中心推出的。由于介质技术的发展，Xerox可以将许多机器相互连接，这就是以太网的原型。后来，Xerox公司推出了带宽为2Mb/s的以太网。又和Intel和DEC公司合作推出了带宽为10Mb/s的以太网，这就是通常所称的DIX以太网（Digital，Intel和Xerox）。以太网的起源早期的以太网标准是采用同轴线作为传输介质。同轴电缆的致命缺陷是：电缆上的设备是串连的，单点的故障可以导致这个网络的崩溃。IEEE的标准为：10Base5，10Base2，欢迎点击下载光传输中的以太网介绍PPT课件。
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引入以太网技术的广泛使用以太网技术的强大生命力以太网的扩张趋势学习目标了解以太网发展史、以太网原理和相关技术进行以太网相关技术的简单配置了解二层及三层以太网交换的基本原理掌握关于VLAN的基本知识和配置课程内容以太网的起源以太网是在70年代中期由Xerox公司Palo alto研究中心推出的。由于介质技术的发展，Xerox可以将许多机器相互连接，这就是以太网的原型。后来，Xerox公司推出了带宽为2Mb/s的以太网。又和Intel和DEC公司合作推出了带宽为10Mb/s的以太网，这就是通常所称的DIX以太网（Digital，Intel和Xerox）。以太网的起源早期的以太网标准是采用同轴线作为传输介质。同轴电缆的致命缺陷是：电缆上的设备是串连的，单点的故障可以导致这个网络的崩溃。 IEEE的标准为：10Base5，10Base2。以太网的发展 80年代末期，非屏蔽双绞线（UTP）出现，并迅速得到广泛的应用。UTP的巨大优势在于：逻辑拓扑依旧是总线的，但物理拓扑变为星形，使得网络布线变得简单。价格低廉，只有同轴电缆的几分之一。制作简单，成功率高。收发使用不同的线缆，为实现全双工奠定了物质基础。共享式以太网网络中所有主机的收发都依赖于同一套物理介质，即共享介质。同一时刻只能有一台主机在发送，各主机通过遵循CSMA/CD规则来保证网络的正常通讯。交换式以太网扩展了网络带宽。分割了网络冲突域，使得网络冲突被限制在最小的范围内。交换机作为更加智能的交换设备，能够提供更多用户所要求的功能：优先级、虚拟网、远程检测…… 以太网技术的发展 IEEE802.3 以太网标准 IEEE802.3u 100BASE-T快速以太网标准 IEEE802.3z/ab 1000Mb/s千兆以太网标准 IEEE802.3ae 10GE以太网标准以太网技术的进一步发展以太网速度的迅速提高从10Mbps向100Mbps、1000Mbps过渡，并进一步向10000Mbps过渡。 VLAN技术使得以太网的应用日趋灵活。优先级，组播，三层交换，P-VLAN，S-VLAN... 传输技术的迅猛发展使得以太网技术从局域网走向广域网。 Ethernet Over SDH，QinQ... 课程内容第二章 以太网基础以太网的地址 Media Access Control，网络设备根据目的MAC来判断是否处理接收到以太网帧 MAC地址是48 bit二进制的地址，前24位为供应商代码，后24为序列号 单播地址：第一字节最低位为0，如00-e0-fc-00-00-06 多播地址：第一字节最低位为1，如 01-e0-fc-00-00-06 广播地址：48位全1 ff-ff-ff-ff-ff-ff 以太网的帧类型 第二章 以太网基础双绞线双绞线分类非屏蔽双绞线绝缘套管中无屏蔽层价格低廉，用途广泛 屏蔽双绞线绝缘套管中外层由铝铂包裹，以减小辐射价格相对较高，高要求场合应用双绞线的标准 CAT-1/2/3/4 1/2/3/4类双绞线，目前已淘汰 CAT-5 5类双绞线，可用于100M以太网传输 CAT-5e/6 超5类/6类双绞线，可用于1，000M以太网传输 CAT-6A 超6类双绞线，可用于10，000M以太网传输 CAT-7 7类双绞线，可用于更高标准（大于等于10，000M）以太网传输必须为屏蔽线双绞线接口类型与线序标准接口类型 RJ-45水晶头 线序标准 568B 橙白--1，橙--2，绿白--3，蓝--4，蓝白--5，绿--6，棕白--7，棕—8 568A 绿白--1，绿--2，橙白--3，蓝--4，蓝白--5，橙--6，棕白--7，棕--8 直通双绞线与交叉双绞线直通双绞线（正线）双绞线两端都采用同一线序标准（568A或568B）制作通常用于异构设备互连交叉双绞线（反线）双绞线一端采用568A线序标准，另一端采用568B线序标准通常用于同构设备互连翻转双绞线双绞线一端采用任意线序，另一端线序完全相反用于网络设备console管理（不能用于数据传输） Auto MDI/MDIX 双绞线线序自适应自动检测连接到自己接口上的双绞线类型（直通线或交叉线），并自动进行调节免去同构设备必须使用交叉线，异构设备必须使用直通线的烦恼直通双绞线与交叉双绞线图列图例 10/100M网络使用1、2、3、6传输数据 1000M网络使用全部8根线缆传输数据 光纤概述光纤概述一种利用光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理而达成的光传导工具微细的光纤封装在塑料护套中，使得它能够弯曲而不至于断裂光在光导纤维的传导损耗比电在电线传导的损耗低得多，光纤被用作长距离的信息传递光缆概述光缆一般由多根光纤和塑料保护套管及塑料外皮构成光纤的分类单模光纤当光纤的几何尺寸可以于光波长相比拟时，即纤芯的几何尺寸与光信号波长相差不大时，一般为5~10um，光纤只允许一种模式在其中传播，单模光纤具有极宽的带宽，特别适用于大容量、长距离的光纤通信多模光纤多模光纤纤芯的几何尺寸远大于光波波长，一般为50um、62.5um；光信号是以多个模式方式进行传播的；多模光纤仅用于较小容量、短距离的光纤传输通信光纤跳线带有连接器与保护层的光纤一般被称为光纤跳线光纤跳线颜色分类黄色：单模光纤橙色：多模光纤光纤跳线连接器分类 SC-FC LC-ST LC-LC …… 光纤接口 SC LC ST FC MT-RJ（淘汰）第二章 以太网基础以太网工作原理-CSMA/CD CSMA/CD：载波侦听与冲突检测-Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection CS: 载波侦听发送之前的侦听，确保线路空闲，减少冲突机会 MA: 多址访问每个站点发送的数据，可以被多个站点接收 CD: 冲突检测：边发送边检测，发现冲突后进行回退回退：检测到冲突后的处理：发现冲突就停止发送，然后延迟一个随机时间之后继续发送 以太网工作原理-冲突域物理网段（冲突域）：连接在同一传输介质上所有工作站/服务器的集合 。位于同一冲突域的工作站/服务器不能同时发送数据。 以太网工作原理-冲突域最大传输距离和最小帧长最大传输距离：通常由线路质量、信号衰减程度度等因素决定。最小帧长（64字节）：由最大传输距离和冲突检测机制共同决定。规定最小帧长是为了避免这种情况发生：a站点已经将一个数据包的最后一个bit发送完毕，但这个报文的第一个bit还没有传送到距离很远的b站点。而b站点认为线路空闲而发送数据，导致冲突。更为严重的是a站点无法知道报文发送失败。如果一个数据帧发送完毕还没有检测到冲突，则认为数据帧被正确发送和接收了。共享式以太网的弱点全网带宽共享用户数上升时全网性能急剧下降全双工以太网数据通过两种独立的路径传输和接收。只存在两个节点，可以在同一时间对信息进行双向传输，而不会发生冲突。全双工以太网实现全双工的物质保证：支持全双工的网卡芯片＋收发线路完全分离物理介质＋点到点的连接（hub都是半双工的）。全双工对以太网技术的影响最大吞吐量达到双倍速率；从根本上解决了以太网的冲突问题，以太网从此告别CSMA/CD。支持全双工的设备： HUB除外的目前几乎所有的支持以太网的设备。第二章 以太网基础标准以太网接口传输距离标准以太网接口标准以太网（10Mbit/s）的网络定位快速以太网接口快速以太网接口快速以太网（100Mbit/s）的网络定位千兆以太网接口千兆以太网接口千兆（1000Mbit/s）以太网网络定位万兆以太网传输距离万兆以太网接口万兆（10000Mbit/s）以太网网络定位以太网接口自协商自协商基本页信息自协商信号整个报文按16ms间隔重复，直到自协商完成。与没有自协商机制的设备连接不使用自协商机制会出现以下情况：无法实现端口的10/100M速率自适应 无法确定双工工作模式无法确定是否需要流量控制功能如果协商不成功，协议规定端口将为10M半双工。自协商优先级光纤上的自协商对光纤以太网而言，得出的结论是： 缺省情况下，百兆、千兆和万兆以太网光端口均工作在全双工模式下，不需用户对其进行配置。 百兆、千兆和万兆以太网光端口的速率不需用户进行设置。 智能MDI/MDIX 不需要知道电缆另一端为MDI还是MDIX设备两种电缆（普通、交叉）都可连接交换机、集线器或NIC设备消除由于电缆配错引起的连接错误简化10/100M网络安装维护，降低开销流量控制当通过交换机一个端口的流量过大，超过了它的处理能力时，就会发生端口阻塞。流量控制的作用是防止在出现阻塞的情况下丢帧。在半双工方式下，流量控制是通过背压式流控（backpressure）技术实现的，模拟产生碰撞，使得信息源降低发送速度。在全双工方式下流量控制一般遵循IEEE 802.3x标准。半双工流量控制全双工流量控制 IEEE802.3x标准定义了一种新方法，在全双工环境中去实现流量控制。交换机产生一个PAUSE帧，PAUSE帧使用一个保留的组播地址：01-80-C2-00-00-01，将它发送给正在发送的站，发送站接收到该帧后，就会暂停或停止发送。 PAUSE帧利用了一个保留的组播地址，它不会被网桥和交换机所转发，这样，PAUSE帧不会产生附加信息量。端口汇聚定义端口汇聚 （Link Aggregation），也称为端口捆绑、端口聚集或链路聚集。 为交换机提供了端口捆绑的技术，允许两个交换机之间通过两个或多个端口并行连接同时传输数据以提供更高的带宽。 端口汇聚是目前许多交换机支持的一个基本特性。端口汇聚模型端口汇聚应用小结本章介绍了以太网的工作原理及各种相关技术。学习完本章，要求掌握：以太网的工作原理。以太网的各种帧格式。各种以太网接口标准。速率自协商，全/半双工，MDI/MDIX，流控，端口聚合。课程内容配置端口工作速率 Quidway S3526/S3026以太网交换机具有24个10/100Base-T端口，端口的默认工作速率为10/100M自协商。端口速率的配置（端口视图下） speed { 10 | 100 | auto} 恢复端口速率缺省值（端口视图下） undo speed 配置端口双工工作状态 duplex {half | full |Auto} （半双工/全双工/速率自动协商） undo duplex 缺省值：Auto 配置端口流控及MDI/MDIX 配置端口流控： flow-control 开启端口流控 undo flow-control 关闭端口流控系统缺省值为Disable 配置端口MDI/MDIX状态 mdi {across | auto | normal} （交叉/自动识别/普通）缺省值：Auto 配置端口汇聚端口汇聚配置（系统视图下） link-aggregation interface_name1 to interface_name2 { both | ingress } 清除端口汇聚（系统视图下） Undo link-aggregation { master_interface_name | all } 需要注意的是：物理连接上的两端设备均要设置 查看当前端口汇聚配置显示所有汇聚接口的信息 display link-aggregation [ master_interface_name ] 如果不指定master interface，显示所有的汇聚端口 显示端口配置信息 display interface [ interface_type | interface_type interface_num | interface_name ] interface_name：端口名，表示方法为interface_name=interface_type interface_num 验证连通性当我们正确连接和配置了一个端口后，如何验证网络的连通性呢？我们可以使用PING命令来检验： ping [ -a ip-address ] [-c count ] [ -d ] [ -h ttl ] [ -i {interface-type interface-num | interface-name } ] [ ip ] [ -n ] [ - p pattern ] [ -q ] [ -r ] [ -s packetsize ] [ -t timeout ] [ -tos tos ] [ -v ] host 小结本章介绍了以太网技术相关的基本配置命令，统计命令。学习完本章，要求能够对交换机作以下基本配置：速率自协商全/半双工 MDI/MDIX 流控端口聚合课程内容二层交换设备 ASIC--Application Specific Integrated Circuit L2FDB—Layer 2 Forwarding Database 二层交换机工作模型通过目的MAC进行数据转发基于源MAC进行地址学习三种交换模式 Cut-through：交换机接收到目的地址即开始转发过程；延迟小；交换机不检测错误 Store-and-forward：交换机将全部内容接收才开始转发过程；延迟大；交换机检测错误，不会有错包 。 Frag-free：交换机接收完数据包的前64字节（一个最短帧长度），然后根据头信息查表转发；结合了直通方式和存储转发方式的优点。二层交换机工作原理接收网段上的所有数据帧；利用接收数据帧中的源MAC地址来建立MAC地址表（源地址自学习），使用地址老化机制进行地址表维护；在MAC地址表中查找数据帧中的目的MAC地址，如果找到就将该数据帧发送到相应的端口（不包括源端口）；如果找不到，就向所有的端口泛洪（不包括源端口 ）；向所有端口泛洪广播帧和组播帧（不包括源端口 ）。二层交换网产生环路使用STP避免二层网络环路通过阻断冗余链路来消除桥接网络中可能存在的路径回环当前活动路径发生故障时激活冗余备份链路恢复网络连通性二层交换网广播域的问题 L2对所接收到的数据帧根据MAC地址进行二层转发，冲突域被限制到了一个端口上。但是无法限制广播域的大小。二层交换网络广播域问题课程内容 VLAN的基本作用 Virtual Local Area Network 相同VLAN内主机可以任意通信二层交换不同VLAN内主机二层流量完全隔离阻断广播包，减小广播域提供了网络安全性相同VLAN跨交换机通信实现虚拟工作组减少用户移动带来的管理工作量 VLAN的划分方法基于端口划分基于MAC地址划分基于协议划分基于IP子网划分基于端口的VLAN 基于MAC地址的VLAN 基于协议的VLAN 基于子网的VLAN VLAN(802.1Q)封装格式 VLAN的标准： 802.10，Cisco在1995年提出 802.1Q，IEEE于1996 制定 VLAN实现虚拟工作组 Access和Trunk链路 Access链路连接Access链路的交换机端口称为Access端口帧在Access链路上转发不带VLAN Tag 交换机Access端口接收到以太网帧后，按照端口所在VLAN加上VLAN Tag，然后进行转发帧从Access端口发送出去，帧中的VLAN Tag会被去掉 Trunk链路连接Trunk链路的交换机端口称为Trunk端口帧在Trunk链路上转发带VLAN Tag，因此允许多个VLAN的帧在Trunk链路上转发交换机Trunk端口接收到以太网帧后，需要判断该Trunk端口是否允许帧中VLAN ID对应的VLAN通过。若允许，则进行转发；否则要直接丢弃该帧。如果在Trunk接口上收到没有tag的帧，将会打上PVID 帧从Trunk端口发送出去，VLAN Tag一般不会被去掉 Hybrid链路 Hybrid link：允许多个VLAN的tagged数据流和多个VLAN的untagged数据流通过。发送数据时，VLAN ID在tagged list中时携带tag标记，VLAN ID在untagged list中时删除tag标记。接收数据时，untagged数据流打上接收接口的PVID，tagged数据流保持VLAN ID不变。 Hybrid link 是实现isolate-user-vlan的关键。支持VLAN的二层交换引擎支持VLAN二层交换机地址学习方式支持VLAN二层交换机转发流程-IVL 支持VLAN二层交换机转发流程-SVL 支持VLAN的交换机的广播域/冲突域本章小结交换机的基本转发原理根据MAC进行转发 VLAN产生的背景传统交换机不能限制广播域安全性差 VLAN的基本概念标签的定义，VLAN的范围 VLAN的划分方法 Access链路和Trunk链路支持VLAN的交换机的转发流程地址学习方式为SVL的转发流程地址学习方式为IVL的转发流程课程内容三层交换技术和L3的提出二层交换技术极大的提升了以太网的性能，但仍然不能完全满足局域网的需要；为了将广播和本地流量限制在一定的范围内，交换式以太网采取划分逻辑子网（VLAN）的方式； VLAN间的互通传统上需要由路由器来完成，但路由器配置复杂，造价昂贵，而且转发速度容易成为网络的瓶颈；三层交换机基本特征三层交换机与传统路由器具有相同的功能：根据IP地址进行选路进行三层的校验和使用生存时间（TTL）对路由表进行更新和维护二者最大的区别三层交换采用ASIC硬件进行包转发而传统路由器采用CPU进行包转发相比于传统路由器三层交换具有以下优点：基于硬件的包转发，转发效率高低时延低花费三层交换机实质就是一种特殊的路由器，有很强交换能力而价格低廉的路由器。三层交换机功能模型三层交换引擎主机数据发送流程三层交换机选择二层或三层交换三层交换过程路由器选路---最长匹配根据报文的目的地址，与路由项进行匹配操作；匹配的动作是用报文目的地址与路由项的子网掩码进行“与”；如图 目的IP10.111.1.88和各表项子网掩码“与”的结果如下 10.111.1.88 & 255.255.0.0 ＝ 10.111.0.0 10.111.1.88 & 255.255.255.0 ＝ 10.111.1.0 10.111.1.88 & 255.255.0.0 ＝ 10.111.0.0 如果“与”的结果和路由项中网络地址相同，则认为路由匹配所有匹配项中子网掩码位数最长的为最佳匹配项，报文据此进行转发（从该表项对应接口发送）如果找不到匹配项，则根据缺省路由0.0.0.0/0进行转发如果没有缺省路由则报文被丢弃 交换机选路交换机的报文选路转发通过ASIC硬件进行，效率大大超过路由器；交换机除了支持最长匹配转发外（和路由器相同），还支持精确匹配转发 L3FDB表是三层交换机转发的基础 三层交换机转发---精确匹配（流转发）支持精确匹配转发的L3FDB是类似于二层交换机MAC地址表的Cache；交换机根据报文的目的IP在L3FDB表中进行查找；对于能够在此“Cache”命中的报文，则直接根据表项的端口信息进行转发；不能在“Cache”命中的报文将被送到CPU进行软件路由，路由的原理和路由器完全相同，都采用最长地址匹配；软件路由后将把该目的IP添加到L3FDB表中；如果表项长期不被刷新则会被老化掉；因此，通过多次地址学习就可以把表项逐一加进来，这样后续的流量就可以直接Cache命中，不需要软件路由。这就是三层交换机所谓的“一次路由，多次交换”。 三层交换机转发-最长匹配（逐包转发）最长匹配转发也依赖于L3FDB； L3FDB转发项通过FIB表项下发建立起来；其匹配过程与路由器相同，只不过路由器基于CPU进行转发，而三层交换机基于硬件（ASCI）进行转发 物理接口与三层接口路由器和三层交换机比较实际上三层交换机和路由器并没有绝对的区别，往高端上其技术是融合的。本章总结三层交换机基本原理和功能模型三层交换流程三层交换机的精确匹配转发三层交换机的最长匹配转发三层交换机与路由器的异同
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