第1章 交换机和交换式以太网.ppt

路由和交换技术,第一章,第 1 章 交换机和交换式以太网,本章主要内容 以太网概述； 以太网从共享到交换； 交换机转发方式和交换机结构； 以太网标准,2,1.1 以太网概述,本讲主要内容 以太网发展过程； 以太网体系结构； 以太网拓扑结构3,一、以太网发展过程,1972年以太网诞生； 1979年10Mb/s以太网规范发表； 1982年PC以太网卡诞生； 1986年双绞线以太网标准10BaseT诞生，同时催生布线系统； 1990年以太网交换机面世； 1992年100Mb/s以太网标准诞生； 1996年1Gb/s以太网标准诞生； 2002年10Gb/s以太网标准诞生； 40Gb/s,100Gb/s以太网标准诞生4,两种以太网称呼是不同的，一是以太网，二是IEEE 80.3局域网，由于IEEE 802委员会定义了多种局域网，如环网和以太网，这些网络的MAC层并不相同，为了屏蔽MAC层的差异，定义了LLC层，这就是局域网的体系结构，后来，以太网一统天下，以太网就是局域网，就无需LLC层，这就是以太网体系结构二、 以太网体系结构,局域网体系结构,以太网体系结构,5,三、 以太网拓扑结构,拓扑（Topology）是拓扑学中研究由点、线组成几何图形的一种方法。

用此方法可以把计算机网络看作是由一组结点和链路组成的几何图形，这些结点和链路所组成的几何图形就是网络的拓扑结构6,三、 以太网拓扑结构,总线形,星形,环形,树形,网状形,星形级联,容错性好，路由复杂，以太网须辅之生成树算法以太网使用的拓扑结构,用集线器或交换机连接终端可以隔离错误，实现综合布线特定环网，容错性好,最早的以太网特征 采用总线形拓扑结构，用CSMA/CD作为争用总线的算法，物理层采用曼彻斯特编码的基带信号传输方式简单，但一台终端出错，整个网络瘫痪早期以太网使用的拓扑结构，采用总线争用算法，由链路层实现终端访问总线功能，因此称为媒体接入控制层（MAC）,7,1.2 以太网从共享到交换,本讲主要内容 总线型以太网； 透明网桥与冲突域分割8,一、 总线形以太网,本讲内容 MAC地址； MAC帧结构； CSMA/CD操作过程； 冲突域直径与最短帧长； 集线器和星形以太网结构9,1MAC地址,48位地址； 高24位为企业标识符，低24位唯一标识企业产生的网卡； 48位全1为广播地址； 第一字节最左位（I/G）为0，表示是单播地址，为1是组播地址； 第一字节次左位（G/L）为0，表示是全球地址，为1是本地地址。

10,MAC帧结构,各字段含义： 先导码：7字节10101010. 帧开始分界符：1字节10101011. 源和目的地址：48位MAC地址 类型：数据字段数据的类型 数据：通过以太网传输的信息 FCS:对传输过程中出现的错误进行检测曼彻斯特编码和先导码、帧开始分界符解决MAC帧帧定界问题,11,由帧检验序列字段（FCS）对经过总线传输的MAC帧进行检验，出错丢弃，不重传 出错丢弃的MAC帧以太网不作处理，由高层协议负责解决 MAC帧的传输可靠性要求很高MAC帧结构,12,CSMA/CD工作流程,先听再讲 总线无载波才能发送数据,边听边讲 一边发送数据，一边监测是否发生冲突,退后再讲 一旦发生冲突，延迟一段时间后，再重新发送，两个终端的延迟时间必须不同,CSMA/CD操作过程,原理：先听后发，边发边听， 冲突停发，随机延迟后重发13,在总线形以太网中，只允许一个终端发送数据，一旦有两个（或以上）终端同时发送数据，就会发生冲突，因此，将具有这种传输特性的网络所覆盖的地理范围，称为冲突域，将同一冲突域中相距最远的两个终端之间的物理距离称为冲突域直径 冲突域直径：10Mbps：5120m【考虑中继延时，实际有500m左右】 100Mbps：216m【考虑中继延时，实际有200m左右】 100Mbps：216m【考虑中继延时，实际有200m左右】 最短帧长：10Mbps：512bit 100Mbps：512bit 1000Mbps：5120bit,冲突域直径和最短帧长,14,集线器实际上是一个多端口中继器，从一个端口输入的信号经放大、整形、同步后，从所有其他端口发送出去； 连接集线器端口和终端的传输媒体是双绞线缆； 集线器为核心的星形网，物理上是星形，逻辑上等同于总线形，它仍然是一个冲突域，因为信号传播到星形网络中的所有终端。

集线器和星形以太网结构,15,二、透明网桥与冲突域分割,本讲主要内容 网桥分割冲突域原理； 网桥根据转发表转发MAC帧； 网桥工作流程； 网桥无限扩展以太网； 透明网桥含义16,网桥分割冲突域原理,如果总线形以太网或集线器为核心的星形以太网的传输速率从10Mbps提高到100Mbps、1000Mbps，则以距离为单位的冲突域直径从500m降为200m和50m，网络失去实际意义 必须有一种能够把多个小冲突域互连成一个大型以太网的设备，这种设备就是网桥17,网桥通过隔断电信号，使得每一个端口连接的网络都是独立的总线形网络； 网桥作为分组转发设备，实现MAC帧不同总线形网络之间的转发网桥分割冲突域原理,18,网桥采用数据报分组交换机制，转发表通过端口号给出每一个终端所在的总线形网络； 网桥用MAC帧的目的地址检索转发表，确定目的终端所在的总线形网络，并将MAC帧发送到该总线上MAC地址转发端口MAC A端口1MAC B端口1MAC C端口2MAC D端口2,网桥根据转发表转发MAC帧,转发表,19,所有终端全部发送了MAC帧，才能完全建立转发表，在转发表完全建立前，大量MAC帧广播发送 当网桥每一个端口只连接一个终端时，仍然存在冲突域，冲突域的范围是网桥端口和所连接的终端。

解决冲突域的最彻底的方法是：网桥每一个端口只连一个终端，终端和网桥端口全双工通信这种情况下，网桥端口连接终端的媒体只能是双绞线或光纤网桥工作流程,工作原理：学习源地址，过滤本网地址， 转发异网段帧，广播未知帧20,通过无数网桥互连无数冲突域，可以使以太网最远两端距离无限； 中继器只能使信号传输距离无限，无法增加冲突域直径； 网桥作为分组转发设备，对MAC帧进行转发，而中继器只对信号进行再生； 中继器（含集线器）只处理物理层对象：信号，所以是物理层设备； 网桥处理MAC层对象：MAC帧，所以是链路层设备网桥无限扩展以太网,21,1.3 交换机转发方式,直通转发方式 交换机接收到MAC帧目的地址字段后开始转发过程 碎片避免转发方式（无碎片直通方式） 交换机接收到MAC帧64B后开始转发过程 存储转发方式 交换机完整接收MAC帧且确定MAC帧无错后开始转发过程,22,1.3 交换机转发方式,三种转发方式比较 直通转发方式 低时延，有先决条件，无检错功能； 碎片避免转发方式 避免碎片转发，比较低时延，无检错功能； 存储转发方式 相对高的时延，有检错功能23,1.4以太网标准,10Mb/s以太网标准 10BASE5 10BASE2 10BASET 100Mb/s以太网标准 100BASE-TX 100BASE-FX,24,1.4以太网标准,1Gb/s以太网标准 1000BASE-T 1000BASE-SX 1000BASE-LX 10Gb/s以太网标准 10GBASE-LR 10GBASE-ER,25,以太网标准主要由传输速率和传输媒体决定。

传输速率：10Mbps 100Mbps 1Gbps 10Gbps 传输媒体：双绞线和光纤 光纤又分单模和多模光纤 双绞线的传输距离和传输速率受限制，目前，传输距离只能是100m，传输速率只支持10Mbps（3类以上）、100Mbps（5类以上）、1Gbps（5e类或6类以上） 多模光纤的传输距离和传输速率有关，100Mbps（2km)、1Gbps（250m） 单模光纤主要用于千兆以上以太网1.4以太网标准,26,10Mbps以太网标准 10BASE-T（双绞线，100米) 100Mbps以太网标准 100BASE-TX （双绞线，100米) 100BASE-FX （多模光纤，全双工2千米，半双工500米) 1000Mbps以太网标准 1000BASE-TX（双绞线，100米) 1000BASE-SX（多模光纤，225米-500米) 1000BASE-LX （全双工多模光纤5米，全双工单模光纤2米-70千米) 10Gbps以太网标准 10GBASE-LR （单模光纤，10米) 10GBASE-ER （单模光纤，40米),1.4以太网标准,27,小结,掌握总线形以太网自由竞争总线的简单和方便使其在网络应用的初期脱颖而出，但随着网络应用的深入，总线形以太网的低效率又使它面临被淘汰的困境，交换式以太网引进交换技术并提高带宽，同时又与总线形以太网兼容使以太网不仅获得新生，而且一举垄断局域网市场的整个发展过程及发展过程中涉及的技术、应用和人文因素。