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1、1,TB000002光网络METRO-以太网原理ISSUE1.0,2,了解以太网物理层的工作过程 了解二层组播协议和生成树协议的工作过程 掌握802.1Q帧格式和各个字段的含义 掌握以太网口自协商的原理,学习目标,3,内容提要,以太网物理层,以太网数据链路层,以太网交换机,VLAN,千兆以太网,二层组播,生成树协议,4,起源 起源于Xerox公司的一个实验网，该网络的 经验是Xerox,DEC,Intel1980年提出的以太网 建议的基础。目标 简明和成本低 寻址灵活 公平高速 稳定和低延迟,起源和目标,5,10BASE2 10BASE5 10BASE-T 100BASE-TX 100BASE
2、-FX 100BASE-T4 100BASE-T2,物理层标准,6,任一时刻只能接收或发送 采用CSMA/CD访问机制 物理上有距离限制,半双工物理层,7,同一时刻可以发送和接收 最大吞吐量达到双倍速率 从根本上消除了半双工的物理距离限制,全双工物理层,8,双工方式,运行速率,全双工半双工,10M100M1000M10G,8种组合,自动协商,9,使用1ms的脉冲来携带自动协商信息。,16ms,每个大脉冲插入16小脉冲,自动协商实现基础,10,系统加电的时候，检测自动协商标志，如果允许，则从配置寄存器读出支持模式标志，编码后通过空闲脉冲发送出去。发送出去的编码格式称为基页。如果接收到对方的基页，
3、则跟自己发送的基页比较，找出支持能力的交集，选取最优组合运行。,双工模式,运行速率,流量控制,.,101001010111000101001101010101.,编码支持能力,11,运行速率,双工模式,100M10M,全双工半双工,运行速率,双工模式,100M10M,全双工半双工,100M，全双工,协商原则,12,它只能连接一种类型的物理线路,集线器I类,13,可以连接不同的物理介质 相当于一条高速总线，使用CSMA/CD方式工作。,集线器II类,14,内容提要,以太网物理层,以太网数据链路层,以太网交换机,VLAN,千兆以太网,二层组播,生成树协议,15,网络层,数据链路层,物理层,LLC子
4、层,MAC子层,数据链路层位置和结构,16,半双工MAC跟物理层之间至少有六种信号：接收数据线发送数据线接收数据指示发送数据指示载波侦听冲突发生,HalfDuplexMAC,Physical_Layer,数据线,指示信号,冲突和检测信号,MAC子层半双工MAC（CSMA/CD）,17,全双工MAC跟物理层之间至少有四种信号：接收数据线发送数据线接收数据指示发送数据指示,HalfDuplexMAC,Physical_Layer,数据线,指示信号,MAC子层全双工MAC,18,针对不同的物理介质提供不同的MAC层面来访问。针对不同的双工模式，Ethernet划分为半双工MAC和全双工MAC。,MA
5、C子层,TokenRingMAC,EthernetMAC,FDDIMAC,HalfDuplexMAC,FullDuplexMAC,MAC子层位置,19,LLC子层,MAC子层,DSAP,SSAP,Control,8bit,8bit,8/16bit,DMAC,SMAC,Length,LLC,DATA/FCS,IEEE802.3帧结构,LLC子层帧结构和服务,DSAP（目的服务访问点）SSAP（源服务访问点）Control(控制字段),20,Ethernet_II,DMAC,SMAC,Length/T,DATA/PAD,FCS,Length/Type值,含义,Length/T 1500Length
6、/T=1500,代表了该帧的类型代表了该帧的长度,802.3,以太网帧结构,DMAC:目的终端的MAC地址；SMAC：源终端的MAC地址；DATA/PAD则是具体的数据FCS则是帧校验字段，来判断该数据帧是否出错,21,内容提要,以太网物理层,以太网数据链路层,以太网交换机,VLAN,千兆以太网,二层组播,生成树协议,22,.,RX TX,RX TX,接收缓冲区,发送缓冲区,高速背板总线,物理接口,交换机工作过程：1.接收数据并缓冲；2.缓冲发送的数据；3.利用总线完成接口交换。注意：发送缓冲区要比接收缓冲区大。,交换机基础结构,23,交换机维持一个CAM（中央地址存储器）表，这个表决定交换机
7、的转发过程。每接收到一个MAC帧，则剥取源MAC建立CAM项，然后向所有端口转发该帧。,MAC,出口集合,1234.ABCD.00011234.ABCD.00021234.ADCB.0005.,123.,交换机工作过程学习,24,交换机接收到数据帧后，根据目的地址查询CAM，找到出口后，把数据包从该出口集合发送出去。在单播的情况下，出口列表集合只有一个元素，但在多播情况下，出口列表集合就可能不只一个元素。CAUTION：多播情况下，CAM表项的建立不是通过学习得到的，而是通过IGMP窥探，CGMP等协议获得的。,1234.ABCD.0001,1234.ADCB.0005,MAC,出口集合,12
8、34.ABCD.00011234.ABCD.00021234.ADCB.0005.,123.,交换机工作过程转发,25,内容提要,以太网物理层,以太网数据链路层,以太网交换机,VLAN,千兆以太网,二层组播,生成树协议,26,划分VLAN的目的：抑制广播 安全性考虑 管理方便VLAN划分方式：基于端口 基于MAC地址 基于第三层协议,VLAN基本概念,27,可以通过配置的形式明确指定端口所属的VLAN。特点：配置简单 含义明确 与实际联系紧密 应用广泛,划分方式基于端口,28,通过MAC地址指定端口的VLAN，需要服务器和客户端的支持。特点：安全性高 配置比较烦琐,1234.ABCD.0001
9、 1001234.ABCD.0002 2001234.ABCD.0003 1001234.ABCD.0004 200.,Server,1234.ABCD.0001,1234.ABCD.0003,划分方式基于MAC地址,29,实际应用中，VLAN往往跨越多个交换机。这时候，需要交换机的某些端口有特殊的能力。,1234.ABCD.0001,1234.ABCD.0003,跨越交换机的VLAN,30,两个交换机间用来传递VLAN通信的链路称为TRUNK。在TAG链路上传输的帧携带VLAN ID，用来正确的区分帧所属的VLAN。,1234.ABCD.0001,1234.ABCD.0003,Trunk链路
10、,TRUNK链路,31,在TAG链路上传输这种类型的帧，对端交换机根据802.1q中的VLANID来区分正确的VLAN,然后向该VLAN包含的端口转发.,D_Addr,S_Addr,802.1q,L/T,DATA,TYPE,PRI/CFI/VID,NAME,VLUE,TYPEPRICFIVID,8100优先级用于环形结构网络VLAN ID,802.1q帧格式,32,端口类型,类型含义,TAG非TAG,能接收包含VLANID帧的端口,常用作交换机间连接不能识别VLAN ID帧,用来连接终端既能识别标记帧,又能接收非标记帧,有一个默认VLAN用于接收到的非标记帧.,链路类型,类型含义,TAGACC
11、ESS,交换机间链路,传输的帧携带VLAN信息,如果在该链路上接收到不包含VLAN信息的帧,则按照配置动作.不能识别包含VLANID的帧,连接终端.,交换机端口类型和交换机间链路类型,混合,33,如果没有服务质量保证，关键性业务可能因为得不到带宽而受影响,以太网QoS保证,34,三比特的优先级字段,802.1q帧格式，为实施带优先级的服务提供了基础,高优先级数据包,低优先级数据包,以太网QoS保证,D_Addr,S_Addr,802.1q,L/T,DATA,TYPE,PRI/CFI/VID,35,优先级,队列,01234567,1,2,优先级,队列,01234567,1,2,3,优先级跟交换机
12、发送队列的对应关系,36,内容提要,以太网物理层,以太网数据链路层,以太网交换机,VLAN,千兆以太网,二层组播,生成树协议,37,01010101 10101010.,0101010101 1010101010.,链路层,物理层,千兆以太网物理层8B10B编码,38,8B10B不对称影射10B：1024种组合8B：256 种组合 数据代码组 特殊代码组 保留代码组,代码组,39,特殊代码组,特殊代码组,有序集,有序集,链路层数据,有序集,把数据封装在有序集中进行传输,一个或多个特殊代码组的整体是有序集，有序集是特殊代码 的组合 有序集是个整体 在传输链路层数据的时候，在数据前后添加有序集，指
13、示传输的开始,有序集和数据封装,40,Start_Of_Packet 在传输具体数据的开始，发送该有序集。IDLE 在没有数据传输的时候，物理链路也不空闲，而是传输该有序 集来保持激活状态。End_Of_Packet 具体数据传输结束的时候发送该有序集，指示数据传输结束。Configuration 封装自动协商数据,有序集示例,41,大量数据,PAUSE帧,流量控制,42,终端设备把自己支持的能力编码到上述形式的基页中，发送给对方，相互比较，按照最优的原则选择运行方式。,自动协商,43,内容提要,以太网物理层,以太网数据链路层,以太网交换机,VLAN,千兆以太网,二层组播,生成树协议,44,媒
14、体流服务器,媒体流接收端,概念,45,内容提要,以太网物理层,以太网数据链路层,以太网交换机,VLAN,千兆以太网,二层组播,生成树协议,46,为了提高冗错性，交换机往往通过多条链路连接上层交换机，假设其中一条链路断了，可以有另外一条备用。,冗余链路,47,这时候，如果交换机接收到一个广播包，则向所有两条上行链路上转发，核心层交换机接收到以后，互相转发，这样最终形成环路，带来网络风暴。,冗余链路带来的问题,48,STP协议把该端口阻塞,生成树协议,49,STP运行的最终结果就是生成一棵无环树来充当转发路径。,ROOT,无环数,50,交换机优先级端口成本端口优先级根交换机根端口指定交换机指定端口交换机标识,ROOT,生成树协议基本概念,51,交换机复位，从各端口发送BPDU包，进行根交换机的选举。最后具有最小优先级的交换机成为根交换机。,根ID,发送ID,COST,优先级,MAC,BPDU（桥接协议数据单元）,选举根交换机,52,配置BPDU,根端口,ROOT,选举根端口,53,配置BPDU,闭塞,ROOT,指定交换机,闭塞所有冗余端口,54,交换机检测到链路故障之后，通过根端口向根交换机发送拓扑改变BPDU，根交换机接收到以后，向所有交换机发送重配置BPDU，于是，各交换机重新配置自己的拓扑数据库。,ROOT,配置BPDU,拓扑改变BPDU,链路故障,55,
