以太網(wǎng)知識學(xué)習(xí)

第三章以太網(wǎng)技術(shù)3.1以太網(wǎng)概述3.1.1以太網(wǎng)發(fā)展歷史1973~1982年：1973年，Xerox公司提出并實現(xiàn)最初的以太網(wǎng)；1979年，Xerox與DEC聯(lián)合，后來Intel加入，1980年發(fā)布10Mb/s版以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)[DIX80]；1980年，IEEE的802組成立。1983~1990年：1983年，IEEE發(fā)布了802.3標(biāo)準(zhǔn)；1984年,DEC發(fā)布透明LAN網(wǎng)橋產(chǎn)品；1987年，開始研究不同的LAN互聯(lián)，1990年產(chǎn)生802.1D標(biāo)準(zhǔn)；1990年，IEEE通過了雙絞線以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。1991~1997年：1991年，Kalpana公司開始開發(fā)新型的以太網(wǎng)交換機，1995年IEEE802.3委員會開始研究全雙工交換標(biāo)準(zhǔn)，1997年通過該標(biāo)準(zhǔn)；1991～1992年，GrandJunction公司開始開發(fā)100Mb/s以太網(wǎng)，1995年IEEE通過了快速以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，自[DIX80]后，以太網(wǎng)第一次速度升級。1998~今：1996年，IEEE802.3成立千兆以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)組，1998年完成并同過了該標(biāo)準(zhǔn)，以太網(wǎng)第二次提速；1999年，IEEE成立高速研究組HSSG致力于萬兆以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的研究，2002年完成并通過了該標(biāo)準(zhǔn)，以太網(wǎng)第三次提速。第三章以太網(wǎng)技術(shù)3.1.2全雙工交換式以太網(wǎng)從共享介質(zhì)到專用介質(zhì)：由同軸電纜向雙絞線、光纖布線轉(zhuǎn)換。從共享LAN到專用LAN：由集線器HUB向交換機轉(zhuǎn)換，消除沖突域。交換機核心結(jié)構(gòu)：交換矩陣，交換帶寬＝M（端口帶寬）×N（端口個數(shù)）。模塊模塊模塊模塊3.1.3交換機功能構(gòu)件透明網(wǎng)橋自協(xié)商機制訪問端口端口管理訪問端口上行端口端口管理端口管理

地址轉(zhuǎn)發(fā)表MAC地址;端口;狀態(tài);過濾;VLAN;…轉(zhuǎn)發(fā)、學(xué)習(xí)生成樹檢查、過濾交換矩陣VTP第三章以太網(wǎng)技術(shù)3.2以太網(wǎng)接線標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)名稱介質(zhì)類型全雙工支持10BASE550歐同軸電纜（粗）否10BASE250歐同軸電纜（細）否10BASE-T2對3/4/5類UTP是10BASE-FL2路光纖（62.5μm）是10BASE-FB2路光纖（62.5μm）否10BASE-FP2路光纖（62.5μm）否10ROAD3675歐同軸電纜否100BASE-TX2對5類UTP或STP是100BASE-FX2路光纖（62.5μm）是100BASE-T44對3類UTP否100BASE-T22對3/4/5類UTP是1000BASE-SX2路光纖（62.5/50μm）是1000BASE-LX2路光纖（62.5/50/10μm）是1000BASE-CX2對STP（25m）是1000BASE-T4對5類UTP是第三章以太網(wǎng)技術(shù)3.2.1100BASE-FX非歸零反轉(zhuǎn)碼：如果傳輸?shù)臄?shù)字是1，則進行高低電平跳轉(zhuǎn)；如果傳輸?shù)臄?shù)字是0，則不進行高低電平跳轉(zhuǎn)。011010001＋－4B/5B編碼：每4位比特的數(shù)據(jù)用一個5位比特的碼組表示。每個碼組中至少有2次電平轉(zhuǎn)換（2個“1”）；連續(xù)“0”排列不超過2個。0000011110100010100120010101003001110101401000101050101010116011001110701110111181000100109100110011A101010110B101110111C110011010D110111011E111011100F1111111013.2.2100BASE-T48B/6T編碼：采用每8個比特數(shù)據(jù)映射為一個6比特三進制符號組成的碼組。011010001＋0－00＋－00＋－010＋－＋－002＋－0＋－003－0++－004－0＋0＋－0E－＋0－0＋0F＋0－－0＋58＋＋＋0－－59＋＋＋－0－5A＋＋＋－－0MLT-3碼：使用3種不同的電平信號。加權(quán)求反平衡規(guī)則：碼組每個符號位相加計算權(quán)值，如果前一碼組和當(dāng)前碼組的權(quán)值都為1，則當(dāng)前碼組求反；接收方進行類似的加權(quán)求反處理。使用4對3類UTP：采用特殊編碼標(biāo)志幀開始和結(jié)束；用3對線同時發(fā)送數(shù)據(jù)，1對線報告沖突；數(shù)據(jù)字節(jié)按循環(huán)方式分配給3對線。8B8B

8B6T6T6T8B8B

8B6T6T6T1#2#3#4#發(fā)送方接收方第三章以太網(wǎng)技術(shù)3.2.31000BASE-X（802.3z）8B/10B編碼：對每8位比特的數(shù)據(jù)字節(jié)用10個比特的碼組表示。流動不等量RD：10位碼組按前6位子串和后4位子串構(gòu)成一個流動不等量，如果某個子串在其RD－中“0，1”不平衡，則在其RD＋中對該子串求反。hexRD－RD＋hexRD－RD＋001001110100011000101101011101010010001010110E011100101101110001005711101001010001010101選碼：按照0、1平衡原則，為碼組流選擇合適的RD－或RD＋組成信息碼流。3.2.41000BASE-T（802.3ad）8B1Q4編碼：將8比特的字節(jié)轉(zhuǎn)換為4個有5種電平值的碼組（An,Bn,Cn,Dn)，n為序列周期，即轉(zhuǎn)換不僅與源字節(jié)數(shù)字有關(guān)，也與字節(jié)在字節(jié)流中的順序位置有關(guān)。使用4對UTP：采用4對線同時全雙工通信傳輸。250Mb/s250Mb/sTRTRTRTRTRTRTRTR轉(zhuǎn)換步驟：1)對輸入的字節(jié)加入一個特殊位進行置亂計算，得到一個9位字，以使生成的位流不會對雙工傳輸?shù)囊粚﹄p絞線產(chǎn)生很強的干擾。2)查找9位到4符號碼組的映射表，即8B1Q4編碼。例如：000000000＝[0，0，0，0]；000000001＝[－2，0，0，0]；000000010＝[0，－2，0，0]；000000011＝[－2，－2，0，0]；010000000＝[0，0，＋1，＋1]；010000001＝[－2，0，＋1，＋1]3）利用公式，調(diào)整某些符號，使傳輸線上的“＋”、“－”平衡。第三章以太網(wǎng)技術(shù)3.3以太網(wǎng)透明網(wǎng)橋3.3.1轉(zhuǎn)發(fā)與學(xué)習(xí)幀的錯誤校驗以及過濾的限制查詢邏輯開始結(jié)束轉(zhuǎn)發(fā)表有目的MAC？向除了X外的端口轉(zhuǎn)發(fā)或者向上行端口轉(zhuǎn)發(fā)目的端口Y＝X？向端口Y轉(zhuǎn)發(fā)更新轉(zhuǎn)發(fā)表定時器轉(zhuǎn)發(fā)表有源MAC？將源MAC和端口號添加到轉(zhuǎn)發(fā)表中。丟棄幀幀正確地從端口接收？NoNoNoNoYesYesYesYes存儲轉(zhuǎn)發(fā)模式進行完全的錯誤校驗、報文過濾和速率轉(zhuǎn)換；直通式模式接收到目的MAC地址后即開始轉(zhuǎn)發(fā)；碎片避免模式采用直通方式轉(zhuǎn)發(fā)大于64字節(jié)的數(shù)據(jù)幀；智能模式通過幀錯誤率在存儲轉(zhuǎn)發(fā)和直通模式間切換；核心交換機可偵聽網(wǎng)絡(luò)內(nèi)主機和路由器的ARP廣播流，建立自己的IP地址到MAC地址映射表；學(xué)習(xí)到的新的轉(zhuǎn)發(fā)信息被分布到所有端口模塊的轉(zhuǎn)發(fā)引擎，轉(zhuǎn)發(fā)決策通過位于端口模塊的多個分布轉(zhuǎn)發(fā)引擎獨立完成。第三章以太網(wǎng)技術(shù)3.3.2生成樹協(xié)議STP廣播風(fēng)暴：生成樹協(xié)議：定義一個覆蓋交換域（子網(wǎng)）中所有交換機的樹，強迫某些冗余鏈路進入備份（阻塞）狀態(tài)；一旦有鏈路失效，重新配置生成樹，激活阻塞的鏈路。工作步驟：1）選舉根網(wǎng)橋；

2）發(fā)現(xiàn)根通路；

3）監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌?/p>

4）改變端口狀態(tài)。

BOOTBPDU內(nèi)容：目的MAC地址＝0180C2000000;源MAC地址＝目的服務(wù)訪問點＝42；源服務(wù)訪問點＝42；控制字段＝03；協(xié)議標(biāo)識符＝0000版本＝類型＝00（配置消息）/80（拓?fù)渥兓桓鶚?biāo)識符＝優(yōu)先級＋MAC地址根路徑費用＝發(fā)送消息網(wǎng)橋標(biāo)識符＝優(yōu)先級＋MAC地址；發(fā)送端口標(biāo)識符＝優(yōu)先級＋端口號；消息壽命＝最大期限＝Hello時間＝轉(zhuǎn)發(fā)延時＝根交換機向鄰居發(fā)出一個“配置”BPDU；收到“配置”BPDU的交換機將接收端口設(shè)置為根端口，更改BPDU（加入自己通往根的費用，設(shè)自己為發(fā)送消息的網(wǎng)橋），再向除根端口外的鄰居轉(zhuǎn)發(fā)該BPDU。如果交換機從多個端口收到“配置”BPDU，則說明存在冗余鏈路；交換機選擇根費用最低的端口作為本機的

根端口，并將其他幾個收到“配置”BPDU的端口設(shè)為“阻塞”狀態(tài)；類似的修改BPDU，繼續(xù)傳遞該BPDU。發(fā)現(xiàn)拓?fù)渥兓慕粨Q機向指定網(wǎng)橋（根端口）發(fā)送“變化”BPDU，等待；收到“變化”BPDU的交換機發(fā)送確認(rèn)消息，同時繼續(xù)向自己的指定網(wǎng)橋傳遞該“變化”BPDU；傳遞一直到根交換機，根除了改變配置信息，還重新發(fā)出“配置”BPDU。交換機根據(jù)新的“配置”BPDU，改變對端口的配置。開始，所有交換機都將自己設(shè)為根，并把自己根標(biāo)識符的BPDU泛洪出去；如果交換機收到一個有更低標(biāo)識符的BPDU，則修該根網(wǎng)橋信息。這樣，通過交換BPDU就可以選舉出根網(wǎng)橋。第三章以太網(wǎng)技術(shù)3.4流量控制與自協(xié)商機制3.4.1以太網(wǎng)流量控制丟幀的影響：整個網(wǎng)絡(luò)吞吐量隨著幀丟失率迅速下降。幀丟失率最好吞吐量比率超時＝10s超時＝5s超時＝1s超時＝100msMAC控制層：IEEE802.3MAC控制結(jié)構(gòu)及其幀格式增加了流量控制。物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層傳輸層會話層表示層應(yīng)用層MAC介質(zhì)訪問控制MAC控制MAC客戶端（網(wǎng)橋，LLC）OSI模型PAUSE功能：在全雙工以太網(wǎng)鏈路實現(xiàn)流量控制，使用MAC控制幀。PAUSE操作：實現(xiàn)“停－啟”形式的流量控制。PAUSE配置：1）手工配置；2）自動協(xié)商機制配置。如果某個設(shè)備需要阻止幀的到來，它發(fā)送一個帶有等待時間PAUSE幀；對方設(shè)備收到該PAUSE后，按照其中的時間參數(shù)暫停發(fā)送幀；暫停時間計時滿后，繼續(xù)正常的幀傳輸；如果希望對方提前結(jié)束暫停狀態(tài)，可發(fā)送等待0時間參數(shù)的PAUSE幀來激活對方。PAUSE實現(xiàn)：1）在發(fā)送隊列中插入PAUSE幀。

2）對收到的PAUSE幀進行語法分析。

3）PAUSE時序。

4）流量緩沖。流量控制：1）緩沖區(qū)閾值。

2）PAUSE時間的選取。

3）對稱性（單向控制、雙向控制）。第三章以太網(wǎng)技術(shù)3.4.2以太網(wǎng)自協(xié)商機制目的：讓計算機和交換機相互確定對方的能力，并把它們自己設(shè)置為“最高公共體”——雙方共同支持的最大功能集合。自協(xié)商協(xié)議功能：1）檢查和控制接口；

2）雙絞線的技術(shù)能力；

3）對流量控制的協(xié)商；

4）確定主/從定時器；

5）雙絞線電纜的并行檢測；

6）通過雙絞線交換協(xié)商數(shù)據(jù)。0123456789101112131415基本頁信息報文類型10BASE-T半雙工10BASE-T全雙工100BASE-TX半雙工100BASE-TX全雙工100BASE-T4半雙工流控制支持遠程故障指示確認(rèn)下一頁指示保留0123456789101112131415基本頁信息報文類型全雙工半雙工PAUSE非對稱方向遠程故障1確認(rèn)下一頁指示保留遠程故障21000BASE－X接口的自協(xié)商相同類型接口間的數(shù)據(jù)交換包括：

1）全雙工或半雙工能力：

2）流量控制機制；

3）遠程故障狀況；

4）廠商產(chǎn)品的相關(guān)數(shù)據(jù)。3.5優(yōu)先級管理與鏈路聚合3.5.1以太網(wǎng)信息流優(yōu)先級優(yōu)先級分配管理：1）由（核心）交換機完成對輸入幀的確認(rèn)、分類和優(yōu)先級分配；2）由終端系統(tǒng)完成對幀的確認(rèn)、分類和優(yōu)先級分配。802.1p：在鏈路層定義優(yōu)先級。目的MAC源MAC協(xié)議標(biāo)志類型數(shù)據(jù)CRC3112優(yōu)先級VLAN_ID7保留6交互式語音5交互式多媒體4多媒體流3實時控制數(shù)據(jù)2標(biāo)準(zhǔn)信息流1后臺數(shù)據(jù)0盡力而為實現(xiàn)過程：第三章以太網(wǎng)技術(shù)邊緣交換機核心交換機虛鏈路MACMAC1端口AMAC2端口BMAC3端口CMAC4端口D第三章以太網(wǎng)技術(shù)3.5.2鏈路聚合目的：把一組傳輸鏈路聚合起來，形成一條更高速率的虛鏈路或主干鏈路。鏈路聚合子層：也屬于MAC控制子層。鏈路聚合控制協(xié)議LACP與每條真實的鏈路獨立協(xié)商，對輸出幀進行調(diào)度，對接收幀排序并轉(zhuǎn)交給高層應(yīng)用。聚合虛鏈路：聚合后的虛鏈路必需有自己的MAC地址。鏈路聚合消息：使用的參數(shù)大多來自于生成樹協(xié)議，同時要為每個端口指定一個“關(guān)健字”。目的MAC地址＝0180C2000002協(xié)議類型＝8809本地系統(tǒng)標(biāo)識符＝優(yōu)先級＋MAC地址本地端口標(biāo)識符＝優(yōu)先級＋端口號分配給端口的關(guān)鍵字＝本地狀態(tài)標(biāo)志＝同伴系統(tǒng)標(biāo)識符＝優(yōu)先級＋MAC地址同伴端口標(biāo)識符＝優(yōu)先級＋端口號分配給同伴端口的關(guān)鍵字＝同伴系統(tǒng)狀態(tài)＝計時器信息鏈路聚合：將對方交換機中某一關(guān)鍵字組的端口與自己某一關(guān)鍵字組的端口聚合，允許關(guān)鍵字交叉聚合。關(guān)鍵字1關(guān)鍵字2關(guān)鍵字3活動聚合鏈路備份聚合鏈路幀調(diào)度方式：1）循環(huán)法（Round-Robin）；

2）HASH散列法（802.3ad）。會話：將需要按順序傳輸?shù)膸M成一個會話，特定會話中的所有幀都經(jīng)過同一條鏈路按順序傳輸，不屬于會話的幀分布到所有鏈路。會話轉(zhuǎn)移：為處理鏈路失效或負(fù)載均衡，可以進行會話遷移。向源鏈路發(fā)送特殊消息，告訴同伴終止該鏈路上的會話；受到確認(rèn)后，在另外一條鏈路上建立會話傳輸。F1F2F3F4F5F6FC1F1F3F2F4F5FC1FC1FC2第三章以太網(wǎng)技術(shù)3.6虛擬局域網(wǎng)虛擬局域網(wǎng)：將分布在不同地理位置上的終端組織在一起，形成一個邏輯上的子網(wǎng)（廣播域），該子網(wǎng)為一個VLAN。3.6.1VLAN劃分方法交換機端口組；MAC地址組；IP地址；組播地址。3.6.2VLAN標(biāo)識802.1Q：在以太網(wǎng)幀加入4個字節(jié)來標(biāo)識一個VLAN。目的MAC源MAC8100TCI數(shù)據(jù)CRC3bits112bitsVLAN_IDCisco采用不改變原以太網(wǎng)幀格式，而是在幀前面加入26個字節(jié)的頭，以及在幀最后加上4個字節(jié)尾部的方法來標(biāo)識一個VLAN。12345678SwitchAVLAN1VLAN2B3.6.3虛網(wǎng)成員的自動登記GVRP：基于GARP的工作機制，維護交換機中的VLAN成員的動態(tài)注冊信息，并傳播該信息到其它的交換機中。GARP消息：消息類型有三類，分別為Join、Leave和LeaveAll。作用：當(dāng)一個GARP應(yīng)用實體希望其它交換機注冊自己的某屬性信息時，將對外發(fā)送Join消息。當(dāng)一個GARP應(yīng)用實體希望其它交換機注銷自己的某屬性信息時，將對外發(fā)送Leave消息。每個GARP應(yīng)用實體啟動后，將同時啟動LeaveAll定時器，當(dāng)超時后將對外發(fā)送LeaveAll消息。GARP應(yīng)用實體的協(xié)議數(shù)據(jù)報文的目的MAC地址都是特定的組播MAC地址。支持GARP特性的交換機在接收到GARP應(yīng)用實體的報文后，會根據(jù)其目的MAC地址加以區(qū)分并交給不同的GARP應(yīng)用（如GVRP或GMRP）去處理。

12345678Switch1AVLAN1VLAN212345678Switch2VLA