以太網(wǎng)技術(shù)發(fā)展介紹

尹顯勝-93928以太網(wǎng)技術(shù)發(fā)展介紹2023/2/4課程目標(biāo)學(xué)習(xí)完此課程，您應(yīng)能：了解以太網(wǎng)發(fā)展的過(guò)程掌握以太網(wǎng)發(fā)展的各個(gè)階段的網(wǎng)絡(luò)特性的優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)Page2引入自20世紀(jì)50年代出現(xiàn)第一臺(tái)計(jì)算機(jī)至今，計(jì)算機(jī)已經(jīng)成為眾多人們?nèi)粘９ぷ鳌⑸钪斜夭豢缮俚墓ぞ?，大家?duì)計(jì)算機(jī)使用已經(jīng)非常普遍。計(jì)算機(jī)一個(gè)很重要的作用是數(shù)據(jù)處理，另外一個(gè)非常重要的作用是數(shù)據(jù)的共享。將世界上數(shù)億臺(tái)計(jì)算機(jī)聯(lián)系起來(lái)，這就需要使用到網(wǎng)絡(luò)通信。以太網(wǎng)技術(shù)就是網(wǎng)絡(luò)通信中使用最普遍的一門技術(shù)，今天的課程目標(biāo)是讓大家了解到以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展過(guò)程。你日常工作或生活中的電腦是通過(guò)哪些設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)連接在一起呢？Page3內(nèi)容介紹以太網(wǎng)起源（原始社會(huì)）HUB出現(xiàn)（奴隸社會(huì)）L2出現(xiàn)（封建社會(huì)）VLAN出現(xiàn)（資本主義社會(huì)）L3出現(xiàn)（社會(huì)主義社會(huì)）GE/10GE出現(xiàn)（未來(lái)社會(huì)）Page4以太網(wǎng)起源以太網(wǎng)通信的原則：同一時(shí)刻只能有一臺(tái)主機(jī)在發(fā)送，但可以有多臺(tái)主機(jī)同時(shí)接收——廣播；如果一個(gè)以太網(wǎng)報(bào)文被完全發(fā)送出去，則在鏈路上肯定不會(huì)發(fā)生沖突，即理論上不再需要發(fā)送第二次。Page5以太網(wǎng)起源原始社會(huì)的主要矛盾原始社會(huì)中沒(méi)有階級(jí)關(guān)系，所有的主機(jī)都以平等的地位連接到同軸電纜上，但如果以太網(wǎng)中主機(jī)數(shù)目較多，則存在以下嚴(yán)重問(wèn)題：介質(zhì)可靠性差沖突嚴(yán)重廣播泛濫無(wú)任何安全性其中介質(zhì)可靠性差是原始社會(huì)的主要社會(huì)矛盾，當(dāng)時(shí)的社會(huì)生產(chǎn)力異常低下。Page6本節(jié)我們主要學(xué)習(xí)了：以太網(wǎng)起源初始階段影響通信的主要問(wèn)題是什么小結(jié)Page7內(nèi)容介紹以太網(wǎng)起源（原始社會(huì)）HUB出現(xiàn)（奴隸社會(huì)）L2出現(xiàn)（封建社會(huì)）VLAN出現(xiàn)（資本主義社會(huì)）L3出現(xiàn)（社會(huì)主義社會(huì)）GE/10GE出現(xiàn)（未來(lái)社會(huì)）Page8HUB出現(xiàn)從同軸電纜到雙絞線：

80年代末期，非屏蔽雙絞線（UTP）出現(xiàn)，并迅速得到廣泛的應(yīng)用。UTP的巨大優(yōu)勢(shì)在于：價(jià)格低廉，只有同軸電纜的幾分之一；制作簡(jiǎn)單，成功率高；收發(fā)使用不同的線纜，為實(shí)現(xiàn)全雙工奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)；邏輯拓?fù)湟琅f是總線的，但物理拓?fù)渥優(yōu)樾切危箚味尉€纜的故障不會(huì)影響到這個(gè)網(wǎng)絡(luò)。Page9HUB出現(xiàn)傳統(tǒng)以太網(wǎng)連接設(shè)備HUB設(shè)備工作模型：僅僅是物理上的連接設(shè)備Page10HUB出現(xiàn)傳統(tǒng)以太網(wǎng)連接設(shè)備HUB設(shè)備工作原理：所有的HUB都是半雙工的HUB僅僅改變了以太網(wǎng)的物理拓?fù)銹age11HUB出現(xiàn)HUB的沖突域：HUB對(duì)所連接的LAN只做信號(hào)的中繼，所有的物理設(shè)備構(gòu)成了一個(gè)沖突域。Page12HUB出現(xiàn)HUB（奴隸社會(huì)）的主要矛盾從奴隸社會(huì)開(kāi)始，以太網(wǎng)中第一次出現(xiàn)了階級(jí)的概念：統(tǒng)治階級(jí)和被統(tǒng)治階級(jí)。被統(tǒng)治階級(jí)通常是生產(chǎn)者（主機(jī)），網(wǎng)絡(luò)中的流量只要由生產(chǎn)者產(chǎn)生。統(tǒng)治階級(jí)通常指網(wǎng)絡(luò)中的連接和交換設(shè)備（HUB），雖然他們不從事生產(chǎn)勞動(dòng)，但卻對(duì)勞動(dòng)果實(shí)有分配權(quán)。奴隸社會(huì)存在如下社會(huì)矛盾：沖突嚴(yán)重廣播泛濫無(wú)任何安全性其中沖突嚴(yán)重是奴隸社會(huì)的主要社會(huì)矛盾，當(dāng)時(shí)的社會(huì)生產(chǎn)力非常低下。Page13本節(jié)我們主要學(xué)習(xí)了：HUB的出現(xiàn)解決了通信的哪些問(wèn)題HUB通信中的主要問(wèn)題是什么小結(jié)Page14內(nèi)容介紹以太網(wǎng)起源（原始社會(huì)）HUB出現(xiàn)（奴隸社會(huì)）L2出現(xiàn)（封建社會(huì)）VLAN出現(xiàn)（資本主義社會(huì)）L3出現(xiàn)（社會(huì)主義社會(huì)）GE/10GE出現(xiàn)（未來(lái)社會(huì)）Page15L2出現(xiàn)BRIDGE/以太網(wǎng)交換機(jī)/L2設(shè)備工作模型：Page16L2出現(xiàn)二層交換機(jī)原理：接收網(wǎng)段上的所有數(shù)據(jù)幀；利用接收數(shù)據(jù)幀中的源MAC地址來(lái)建立MAC地址表（源地址自學(xué)習(xí)），使用地址老化機(jī)制進(jìn)行地址表維護(hù)；在MAC地址表中查找數(shù)據(jù)幀中的目的MAC地址，如果找到就將該數(shù)據(jù)幀發(fā)送到相應(yīng)的端口（不包括源端口），如果找不到，就向所有的端口（不包括源端口）發(fā)送；向所有端口（不包括源端口）轉(zhuǎn)發(fā)廣播幀和多播幀。Page17問(wèn)題為什么向所有的端口發(fā)送數(shù)據(jù)幀時(shí)不包含源端口呢？Page18解答不向源端發(fā)送，是為了防止廣播風(fēng)暴。原因:從這個(gè)端口接收的報(bào)文，肯定被這個(gè)端口所在的網(wǎng)段已知，所以沒(méi)有必要從這個(gè)端口再發(fā)送一遍。不僅僅是沒(méi)有必要的問(wèn)題，而是一定不能再發(fā)送，因?yàn)檫@樣一個(gè)報(bào)文會(huì)在網(wǎng)段中出現(xiàn)兩次。造成嚴(yán)重錯(cuò)誤。Page19L2出現(xiàn)二層交換機(jī)硬件結(jié)構(gòu)：L2的轉(zhuǎn)發(fā)完全由硬件通過(guò)ASIC實(shí)現(xiàn)。Page20L2出現(xiàn)全雙工就是解放生產(chǎn)力：實(shí)現(xiàn)全雙工的物質(zhì)保證：支持全雙工的網(wǎng)卡芯片＋收發(fā)線路完全分離物理介質(zhì)＋點(diǎn)到點(diǎn)的連接（HUB都是半雙工的）。全雙工對(duì)以太網(wǎng)技術(shù)的影響：最大吞吐量達(dá)到雙倍速率；從根本上解決了以太網(wǎng)的沖突問(wèn)題，以太網(wǎng)從此告別CSMA/CD。支持全雙工的設(shè)備：最近10年制造的網(wǎng)卡、L2、路由器，HUB除外。Page21L2出現(xiàn)生成樹(shù)協(xié)議(STP)解決環(huán)路問(wèn)題：通過(guò)阻斷冗余鏈路來(lái)消除橋接網(wǎng)絡(luò)中可能存在的路徑回環(huán)。當(dāng)前活動(dòng)路徑發(fā)生故障時(shí)激活冗余備份鏈路恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)連通性。Page22L2出現(xiàn)沖突域：L2對(duì)所接收到的數(shù)據(jù)幀根據(jù)MAC地址進(jìn)行二層轉(zhuǎn)發(fā)，沖突域被限制到了一個(gè)端口上。但是無(wú)法限制廣播域的大小。Page23L2出現(xiàn)

L2（封建社會(huì)）的主要矛盾在封建社會(huì)中，全雙工和L2帶來(lái)了以太網(wǎng)社會(huì)生產(chǎn)力的兩次重大飛躍，徹底解決了困擾以太網(wǎng)的沖突問(wèn)題，極大的促進(jìn)了社會(huì)進(jìn)步。并且以太網(wǎng)的安全性也有所提高。但封建社會(huì)仍舊存在如下社會(huì)矛盾：廣播泛濫安全性仍舊無(wú)法得到有效的保證其中廣播泛濫嚴(yán)重是封建社會(huì)的主要社會(huì)矛盾。Page24本節(jié)我們主要學(xué)習(xí)了：L2的出現(xiàn)解決了通信的哪些問(wèn)題L2通信中的主要問(wèn)題是什么小結(jié)Page25內(nèi)容介紹以太網(wǎng)起源（原始社會(huì)）HUB出現(xiàn)（奴隸社會(huì)）L2出現(xiàn)（封建社會(huì)）VLAN出現(xiàn)（資本主義社會(huì)）L3出現(xiàn)（社會(huì)主義社會(huì)）GE/10GE出現(xiàn)（未來(lái)社會(huì)）Page26VLAN出現(xiàn)

VLAN的起源——基于端口分組：解決廣播泛濫問(wèn)題的主導(dǎo)思想：將沒(méi)有互訪需求的主機(jī)隔離開(kāi)。特點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但只能適用于一臺(tái)交換機(jī)。Page27VLAN出現(xiàn)多個(gè)交換機(jī)——?jiǎng)澐諺LAN：特點(diǎn)：必須有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)——VLAN。Page28VLAN出現(xiàn)VLAN的標(biāo)準(zhǔn)：IEEE802.1Q：VLANID12bits范圍：（0~4095），正是這12bits徹底改變了傳統(tǒng)的以太網(wǎng)。Page29VLAN出現(xiàn)VLAN的劃分：根據(jù)使用策略不同，VLAN可以分為：基于端口劃分的VLAN基于MAC地址劃分的VLAN基于網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議劃分的VLAN基于IP組播的VLAN基于組合策略的VLANPage30VLAN出現(xiàn)以太網(wǎng)設(shè)備與802.1Q幀：以太網(wǎng)中的哪些設(shè)備識(shí)別802.1Q幀格式？網(wǎng)絡(luò)終端用戶設(shè)備

（如安裝了以太網(wǎng)卡的計(jì)算機(jī)）網(wǎng)絡(luò)交換互連設(shè)備（如以太網(wǎng)交換機(jī)）Page31VLAN出現(xiàn)以太網(wǎng)交換機(jī)的端口分類：Access/Untagged/端口：如果以太網(wǎng)交換機(jī)的某個(gè)端口所連的設(shè)備（通常連接的是主機(jī)）都不識(shí)別802.1Q幀，那么該端口就是Access端口。Trunk/TagAware/Tagged/端口：如果以太網(wǎng)交換機(jī)的某個(gè)端口所連的設(shè)備（通常連接L2）可以識(shí)別802.1Q幀，那么該端口就是Trunk端口。Page32VLAN出現(xiàn)三個(gè)ID：VID：以太網(wǎng)幀中所攜帶的表示該幀所屬的VLAN的ID，（就是改變以太網(wǎng)世界的那12個(gè)bit）。PVID：

L2上的所有端口（包括Acess和Trunk），必須指明屬于哪個(gè)VLAN。TrunkallowVlanID：在Trunk端口上，必須標(biāo)識(shí)出允許那些vlan通過(guò)。Page33VLAN出現(xiàn)三大紀(jì)律：UNTAGGED端口不能接TAGGED端口。兩個(gè)相連的TAGGED端口的PVID值要求一致。

與不支持802.1Q的設(shè)備相連的端口不能是TAGGED端口。Page34VLAN出現(xiàn)

VLAN（資本主義社會(huì)）的主要矛盾在資本主義社會(huì)中，VLAN技術(shù)成功地解決了廣播問(wèn)題，并且使以太網(wǎng)的安全性有了進(jìn)一步的提高，此時(shí)的以太網(wǎng)技術(shù)趨于完美，社會(huì)生產(chǎn)力極大提高，社會(huì)物質(zhì)生產(chǎn)空前繁榮。但資本主義社會(huì)仍舊存在如下社會(huì)矛盾：人民群眾日益增長(zhǎng)的過(guò)量物質(zhì)文化需求與落后的社會(huì)生產(chǎn)力之間的矛盾例如：使用VLAN來(lái)劃分網(wǎng)絡(luò)后，網(wǎng)絡(luò)的效率提高不少，可是本來(lái)不需要相互訪問(wèn)的兩個(gè)部門，現(xiàn)在又要少量的訪問(wèn)需求，該怎么辦到呢？Page35VLAN出現(xiàn)解決辦法——使用路由器連接不同的VLAN前提：VLAN和IP子網(wǎng)間是一對(duì)一的關(guān)系。Page36本節(jié)我們主要學(xué)習(xí)了：VLAN的出現(xiàn)解決了通信的哪些問(wèn)題使用VLAN通信的主要問(wèn)題是什么小結(jié)Page37內(nèi)容介紹以太網(wǎng)起源（原始社會(huì)）HUB出現(xiàn)（奴隸社會(huì)）L2出現(xiàn)（封建社會(huì)）VLAN出現(xiàn)（資本主義社會(huì)）L3出現(xiàn)（社會(huì)主義社會(huì)）GE/10GE出現(xiàn)（未來(lái)社會(huì)）Page38L3出現(xiàn)三層交換機(jī)功能模型：三層交換機(jī)功能上相當(dāng)于右圖中大方框中的部分三層交換機(jī)把支持VLAN的二層交換機(jī)和路由器的功能集成在一起了，因此常常稱之為二三層交換機(jī)二層交換機(jī)的功能和路由器的功能，在三層交換機(jī)中分別體現(xiàn)為二層VLAN轉(zhuǎn)發(fā)引擎和三層轉(zhuǎn)發(fā)引擎兩個(gè)部分二層VLAN引擎與支持VLAN的二層交換機(jī)的二層轉(zhuǎn)發(fā)引擎是相同的，是用硬件支持多個(gè)VLAN的二層轉(zhuǎn)發(fā)三層轉(zhuǎn)發(fā)引擎使用硬件ASIC技術(shù)實(shí)現(xiàn)高速的IP轉(zhuǎn)發(fā)對(duì)應(yīng)到IP網(wǎng)絡(luò)模型中，每個(gè)VLAN對(duì)應(yīng)一個(gè)IP網(wǎng)段，三層交換機(jī)中的三層轉(zhuǎn)發(fā)引擎在各個(gè)網(wǎng)段（VLAN）間轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文，實(shí)現(xiàn)VLAN之間的互通，因此三層交換機(jī)的路由功能通常叫做VLAN間路由（Inter-VLANRouting）Page39L3出現(xiàn)

L3（社會(huì)主義社會(huì)）的主要矛盾

L3在這場(chǎng)斗爭(zhēng)中，失去只是局域網(wǎng)的枷鎖，得到的卻是整個(gè)internetL3雖然幾乎具備了路由器的所有功能，但在走向廣域網(wǎng)的過(guò)程中卻遇到了廣域網(wǎng)接口帶寬不足，路由性能低下的尷尬。Page40本節(jié)我們主要學(xué)習(xí)了：L3的出現(xiàn)解決了通信的哪些問(wèn)題小結(jié)Page41內(nèi)容介紹以太網(wǎng)起源（原始社會(huì)）HUB出現(xiàn)（奴隸社會(huì)）L2出現(xiàn)（封建社會(huì)）VLAN出現(xiàn)（資本主義社會(huì)）L3出現(xiàn)（社會(huì)主義社會(huì)）GE/10GE出現(xiàn)（未來(lái)社會(huì)）Page42GE/10GE出現(xiàn)千兆以太網(wǎng)：千兆以太網(wǎng)物理層——有序集

Start_Of_Packet：在傳輸具體數(shù)據(jù)的開(kāi)始，發(fā)送該有序集。

IDLE需要注意的，在沒(méi)有數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)候物理鏈路也不空閑，而是傳輸該有序集來(lái)保持激活狀態(tài)。

End_Of_Packet具體數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束的時(shí)候發(fā)送該有序集，指示數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束。

Configuration封裝自動(dòng)協(xié)商數(shù)據(jù)Page43GE/10GE出現(xiàn)

GE對(duì)以太網(wǎng)技術(shù)的影響：GE就是解放生產(chǎn)力！以低廉的價(jià)格提供巨大的帶寬對(duì)以太網(wǎng)技術(shù)提供平滑的升級(jí)和良好的兼容GE的出現(xiàn)使以太網(wǎng)技術(shù)從企業(yè)網(wǎng)走向城域網(wǎng)10GE就是解放生產(chǎn)力！10G是目前路由器技術(shù)中所能達(dá)到的最高單端口帶寬，而10GE由于具有以太網(wǎng)技術(shù)的許多天然優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)走在10GPOS之前，并很可能取而代之。10GE的出現(xiàn)將使以太網(wǎng)技術(shù)最終沖出城域網(wǎng)，走