以太网交换基础
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提供交换设备间的连接
30
千兆以太网接口
技术标准
线缆类型
1000BaseT 铜质EIA/TIA5类（UTP）非屏蔽双绞线4对
1000BaseCX 铜质屏蔽双绞线
1000BaseSX
多模光纤，50/62.5um光纤，使用波长为 850nm的激光
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...
11
目录
第一章 以太网的发展简史 第二章 以太网基础 第三章 以太网相关基本配置 第四章 二层交换的基本原理 第五章 VLAN(802.1Q) 第六章 三层交换的基本原理
第二章 以太网基础
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
19
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。
应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 链路层 物理层
Hub
物理层
物理层
应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 链路层 物理层
20
以太网工作原理-冲突域
集线器(HUB)是工作在物理层的设备，连接到集线器 上的所有设备位于同一冲突域，同一时刻只可以有一台 设备在发送数据。
25
第二章 以太网基础
第一节 以太网的帧类型 第二节 以太网工作原理
第三节 以太网端口技术
26
标准以太网接口传输距离
技术标准
线缆类型
10Base5 AUI(DB15)接口电缆
10Base2 BNC接口同轴电缆 10BaseT EIA/TIA3、5类（UTP）非屏蔽双绞线2对
传输距离
500m 180m 100m
Ethertype <= 1,500 表示包长 (LLC封装)
15
以太网的帧类型-802.3 LLC
3322222222221111111111
10987654321098765432109876543210
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-
+-+-+-+-+-+
|
MAC destination[47:16]
|
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-
+-+-+-+-+-+
| MAC destination[15:0] | MAC source[47:32] |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-
27
标准以太网接口 标准以太网（10Mbit/s）的网络定位
模型分类
网络定位
接入层 最终用户和接入层交换机之间的连接
汇聚层
通常不使用
核心层
通常不使用
28
快速以太网接口
技术标准
线缆类型
传输距离
100BaseTX EIA/TIA5类（UTP）非屏蔽双绞线2对
100m
100BaseT4 EIA/TIA3、4、5类（UTP）非屏蔽双绞线4对
+-+-+-+-+
| Ctrl=0x3 | OUI[23:16] |
OUI[15:0]
|
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-
+-+-+-+-+
|
EtherType
|
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
+-+-+-+-+
|
MAC Destination[47:16]
|
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-
+-+-+-+-+
| MAC Destination[15:0] | MAC Source[47:32] |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-
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。
发送
监听
监听
监听
8
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……
14
以太网的帧类型-Ethernet II
3322222222221111111111
10987654321098765432109876543210
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-
+-+-+-+-+-+
|
MAC Destination[47:16]
100m
多模光纤（MMF）线缆
100BaseFX 单模光纤（SMF）线缆
550m-2km 2km-15km
29
快速以太网接口
快速以太网（100Mbit/s）的网络定位
模型分类
网络定位
接入层 为高性能的PC机和工作站提供100Mbit/s的接入
汇聚层 核心层
提供接入层和汇聚层的连接，提供汇聚层到核 心层的连接，提供高速服务器的连接
全网设备共享带宽。
HUB
21
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。
24
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。
发送
接收
发送
交换矩阵
接收
9
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
万兆以太网出现 千兆以太网迅速发展
100M快速以太网
共享式转向LAN交换机 10M以太网发展成熟
第一节 以太网的帧类型
第二节 以太网工作原理 第三节 以太网端口技术
13
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
5
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。
10 传输速度为10Mbps Base 传输信号调制方式为基带调制 5/2 传输距离为500/200米。
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）。
以太网产生
70年代 80年代
90年代 92年 96年 2002年
10
以பைடு நூலகம்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...
+-+-+-+-+-+
|
MAC source[31:0]
|
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-
+-+-+-+-+-+
|
Length
| DSAP | SSAP |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-
+-+-+-+-+-+
| Ctrl |
+-+-+-+-+-+-+-+-+
16
以太网的帧类型-802.3 SNAP
3322222222221111111111
10987654321098765432109876543210
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-
+-+-+-+-+-+
|
MAC Source[31:0]
|
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-
+-+-+-+-+-+
|
EtherType
|
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
Ethernet v2 区别与802.3 LLC的方法是EtherType域，Ethernet II Ethertype> 1,500 (0x5DC).
SNAP封装是LLC封装的扩展，特征是固定了DSAP=SSAP=0xAA
17
第二章 以太网基础
第一节 以太网的帧类型
第二节 以太网工作原理
第三节 以太网端口技术
18
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
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。
22
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
网络性能
用户数
23
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。
TX
TX
RX
RX
|
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-
+-+-+-+-+-+
| MAC Destination[15:0] | MAC Source[47:32] |
30
千兆以太网接口
技术标准
线缆类型
1000BaseT 铜质EIA/TIA5类（UTP）非屏蔽双绞线4对
1000BaseCX 铜质屏蔽双绞线
1000BaseSX
多模光纤，50/62.5um光纤，使用波长为 850nm的激光
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...
11
目录
第一章 以太网的发展简史 第二章 以太网基础 第三章 以太网相关基本配置 第四章 二层交换的基本原理 第五章 VLAN(802.1Q) 第六章 三层交换的基本原理
第二章 以太网基础
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
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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。
应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 链路层 物理层
Hub
物理层
物理层
应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 链路层 物理层
20
以太网工作原理-冲突域
集线器(HUB)是工作在物理层的设备，连接到集线器 上的所有设备位于同一冲突域，同一时刻只可以有一台 设备在发送数据。
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第二章 以太网基础
第一节 以太网的帧类型 第二节 以太网工作原理
第三节 以太网端口技术
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标准以太网接口传输距离
技术标准
线缆类型
10Base5 AUI(DB15)接口电缆
10Base2 BNC接口同轴电缆 10BaseT EIA/TIA3、5类（UTP）非屏蔽双绞线2对
传输距离
500m 180m 100m
Ethertype <= 1,500 表示包长 (LLC封装)
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以太网的帧类型-802.3 LLC
3322222222221111111111
10987654321098765432109876543210
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+-+-+-+-+-+
|
MAC destination[47:16]
|
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-
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| MAC destination[15:0] | MAC source[47:32] |
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标准以太网接口 标准以太网（10Mbit/s）的网络定位
模型分类
网络定位
接入层 最终用户和接入层交换机之间的连接
汇聚层
通常不使用
核心层
通常不使用
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快速以太网接口
技术标准
线缆类型
传输距离
100BaseTX EIA/TIA5类（UTP）非屏蔽双绞线2对
100m
100BaseT4 EIA/TIA3、4、5类（UTP）非屏蔽双绞线4对
+-+-+-+-+
| Ctrl=0x3 | OUI[23:16] |
OUI[15:0]
|
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-
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EtherType
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MAC Destination[47:16]
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| MAC Destination[15:0] | MAC Source[47:32] |
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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。
发送
监听
监听
监听
8
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……
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以太网的帧类型-Ethernet II
3322222222221111111111
10987654321098765432109876543210
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MAC Destination[47:16]
100m
多模光纤（MMF）线缆
100BaseFX 单模光纤（SMF）线缆
550m-2km 2km-15km
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快速以太网接口
快速以太网（100Mbit/s）的网络定位
模型分类
网络定位
接入层 为高性能的PC机和工作站提供100Mbit/s的接入
汇聚层 核心层
提供接入层和汇聚层的连接，提供汇聚层到核 心层的连接，提供高速服务器的连接
全网设备共享带宽。
HUB
21
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。
24
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。
发送
接收
发送
交换矩阵
接收
9
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
万兆以太网出现 千兆以太网迅速发展
100M快速以太网
共享式转向LAN交换机 10M以太网发展成熟
第一节 以太网的帧类型
第二节 以太网工作原理 第三节 以太网端口技术
13
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
5
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。
10 传输速度为10Mbps Base 传输信号调制方式为基带调制 5/2 传输距离为500/200米。
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）。
以太网产生
70年代 80年代
90年代 92年 96年 2002年
10
以பைடு நூலகம்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...
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MAC source[31:0]
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Length
| DSAP | SSAP |
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| Ctrl |
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以太网的帧类型-802.3 SNAP
3322222222221111111111
10987654321098765432109876543210
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MAC Source[31:0]
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EtherType
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Ethernet v2 区别与802.3 LLC的方法是EtherType域，Ethernet II Ethertype> 1,500 (0x5DC).
SNAP封装是LLC封装的扩展，特征是固定了DSAP=SSAP=0xAA
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第二章 以太网基础
第一节 以太网的帧类型
第二节 以太网工作原理
第三节 以太网端口技术
18
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
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。
22
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
网络性能
用户数
23
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。
TX
TX
RX
RX
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| MAC Destination[15:0] | MAC Source[47:32] |