网络测试以太网测试

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在以太网中,数据都是以“帧”的形式传输的。共享式 以太网是基于广播的方式来发送数据的,因为集线器不能 识别帧,所以它就不知道一个端口收到的帧应该转发到哪 个端口,它只好把帧发送到除源端口以外的所有端口。
2.3 共享以太网与交换以太网
共享以太网
在 这 种工 作 方式下 , 所有设备与节点位于同一个冲突 域,同一时刻网络上只能传输一组数据帧的通讯,对共享 介质的争用造成节点间的碰撞或冲突,如果发生碰撞还得 重试,影响了网络的运行性能。
2.3 共享以太网与交换以太网
2.3 共享以太网与交换以太网
2.3 共享以太网与交换以太网
交换的提出:
通常,解决共享以太网存在的问题就是利用“分段” 的方法。即将一个大型的以太网分割成两个或多个小型的 以太网,使各网段成为隔离开的冲突域。
2.3 共享以太网与交换以太网
2.3 共享以太网与交换以太网
交换机的体系结构--共享存储器
使用一个全局共享存储池进行数据传输交换。 进入交换机的数据首先存储在共享RAM中,共享RAM一般 由专用集成电路(ASIC)芯片管理。ASIC芯片通过查找地 址表,找到与目的地址对应的目的端口,然后将数据发送至 所对应的目的端口。 共享内存结构实现简单,但受内存容量与速度限制,无法支 持大容量交换(一般限制在20G-80G),且交换延时比较大。
交换以太网是指以数据链路层的帧为数据交换单位,以以 太网交换机为基础构成的网络,交换机为星状拓扑或扩展星 状拓扑的中心节点。
交换机的冲突域仅局限于交换机的一个端口上。 交换以太网允许多对节点同时通信,每个节点可以独占传 输通道和带宽。
IEEE 802.3帧
2.4 以太网帧结构
数据字段长度
时 钟 同 步
2.1 以太网技术 2.2 以太网地址 2.3 共享以太网和交换以太网 2.4 以太网帧 2.5 以太网交换机的工作原理 2.6 以太网交换机的体系结构 2.7 以太网交换机的转发方式 2.8 VLAN
2.1 以太网技术家族
名称 带宽
拓扑
组网方式
标准 适用范围
标准以太网 10M 总线/星型 共享/交换 IEEE802.3 局域网
二层测试的必要性
根据网络分层模型,上层的功能实现是以下层所 提供的服务为基础的;
不同的技术选择、不同的设备选型、不同的网络 拓扑都会直接影响第二层服务质量(如服务类型、数 据传输质量等) ,最终影响网络高层的功能与性能。
二层测试的运用
网络设备的研发与生产过程 阶段测试为产品研发过程提供有效的反馈信息; 交换机产品研发完成时的合格测试; 为在运营商网络中使用的高端交换机产品进行的入网认 证测试。 网络规划与设计过程
帧 开 始 标











高 层 数 据


C R
C 校 验
以太网帧的接收过程
判断帧的长度是否符合最 短帧长度的要求以确定是 否为有效帧; 判断目标地址是否与本节 点的MAC地址匹配以决定是 否接收该帧;
1)与本节点的单播 地址 匹配
2)与本节点所在的组播 组相同的组播地址
3)广播地址。
交换机的体系结构--纵横式矩阵
早期的交叉结构中,所有的端口连接汇聚到一个交叉点, 交叉点结构中,数据传输通过交叉点进行
当交叉点正在进行端口交换时,端口输入的数据必须 暂时存储在输入端口的本地缓存中,等待别的数据传 输结束后,再传输至目的端口。 当端口数据量大,网络负载重的情况下会因交叉点的 瓶颈而造成阻塞。
2.2 以太网地址
Ethernet地址长度为48比特,共6个字节,其中,前3 字节为IEEE分配给厂商的厂商代码,后3字节为网络适 配器编号。
厂商代码
适配器编号
00-D0-F8-00-11-22
2.3 共享以太网与交换以太网
共享以太网
早期的以太网采用基于总线结构的共享广播式网络,以 及基于HUB的星型拓扑。
主机D
00-1d-09-35-67-2a 00-1d-09-35-65-2a
根据帧中的目的地址,通过查找地址表决定转发行为:
若地址表显示目的节点与源节点位于交换机的同一端口 ,忽略帧;
若地址表显示目的节点在交换机所连的某一端口,且与源节点不在 同一端口 ,转发到目的端口;
若目的MAC地址为广播地址,向除源端口外的所有端口转发帧;
交换机的体系结构--纵横式矩阵
交叉开关矩阵或纵横式交换矩阵(Crossbar)是大容量 高端交换机中普通采用的结构。 内部的交换机矩阵和仲裁矩阵实现了无阻塞交换。
交换机的体系结构--纵横式矩阵
交换机拥有一条很高带宽的高性能背部总线和内部交换矩 阵。交换机的所有的端口都挂接在这条背部总线上。控制 电路收到数据包以后,处理端口会查找内存中的MAC地 址对照表以确定目的MAC的NIC(网卡)挂接在哪个端口 上,通过内部交换矩阵直接将数据包迅速传送到目的节点 ,目的MAC若不存在才广播到所有的端口。 这种方式我们可以明显地看出一方面效率高,不会浪费网 络资源,只是对目的地址发送数据,一般来说不易产生网 络堵塞;另一个方面数据传输安全,因为它不是对所有节 点都同时发送,发送数据时其它节点很难侦听到所发送的 信息。
若地址表中找不到目的地址,向除源端口外的所有端口转发帧。
2.6 以太网交换机的体系结构
背板是交换机的中央交换部件,用于交换机的各 个端口之间传送数据。背板的结构和容量决定了 一个交换机的性能。 交换机背板主要有三种结构: ➢ 共享总线(Shared-bus) ➢ 共享存储(Shared-memory) ➢ 交叉矩阵(Cross-bar)
交换机的体系结构--共享总线型
两种数据交换实现方式
集中式交换方式中,由交换机中心处理器保存端口与目 的MAC地址的映射表。
一旦某端口接收到分组,该端口将该分组中的目的 MAC地址通过高速总线送至交换机仲裁处理器,仲裁处 理器通过访问中央数据库,确定MAC地址所对应的目的 交换端口,然后仲裁处理器对共享总线进行控制,使得来 自源端口的数据帧经由共享总线传至目的端口。
快速转发交换方式
优点:转发速率快、减少延时和提高整体吞吐率 缺点:在整个帧还未全部接收到之前就开始转发帧,因此错误
帧也会被转发出去,导致网络资源的浪费。 适用环境:网络链路质量较好、错误数据包较少的网络环境。
7 字节 1
6
先导字段 帧开始标识 目的地址
6 源地址
2 46~1500 长度 数据
4 校验和
《 网络测试》课程
以太网测试
山东农业大学信息学院计算机系
内容提要
1. 第二层测试的必要性 2. 以太网技术概述 3. 决定交换以太网性能的主要技术指标 4. 以太网测试相关RFC文档 5. 以太网测试基本方法
二层测试的必要性
为什么要进行二层网络测试?
OSI二层功能概述
主机X
应用层 接口 表示层 接口
快速转发交换方式
在快速转发交换方式下,交换机只读出数据帧的前6个字 节(即交换机确定目的MAC地址),就会查找转发表,将 数据帧传输到相应的输出端口,将帧发出去。
7 字节 1
6
先导字段 帧开始标识 目的地址
6 源地址
2 46~1500 长度 数据
4 校验和
快速转发 具有最小的延时 不提供帧的错误检测
快速转发 具有最小的延时 不提供帧的错误检测
快速转发交换方式
快速转发有两个问题:
(1)它会转发小于64字节的破碎帧和错误帧; (2)该方法要求交换机的所有端口要以同样的速率工作。
也就是说,如果交换机的大部分端口是10Mbps的, 那么这台交换机上就不能有快速以太网的端口。
原因在于快速转发法在转发帧的过程中不能有任何间 隙,而任何时候从低速率转换到高速率时都会有一个间隙, 除非使用某种类型的缓冲。
判断帧的正确性以决定是 否丢弃该帧。
2.5 以太网交换机的工作原理
交换机是工作在数据链路层的设备。 交换机可以“学习”MAC地址,并把其存放在
内部缓存的地址表中,该表给出关于交换机不 同接口所连主机的MAC地址信息。 交换机收到一个数据帧后,能够识别出这个帧 的结构,根据帧的目的地址,将这个帧转发到 对应的某个端口上去,而不是广播到其它所有 的端口。 交换机具有基于MAC地址进行帧过滤和转发的 能力。
会话层 接口 传输层 接口 网络层
应用层协议 表示层协议 会话层协议 传输层协议 网络层协议
接口 数据链路层
接口 物理层
数据链路层协议 物理媒介
主机Y 应用层 APDU
表示层 PPDU
会话层 SPDU
传输层
分段
网络层
分组
数据链路层

物理层 比特流
物理层涉及原始比特流的传输。 数据链路层为相邻节点间提供可靠的帧传输服务。
2.5 以太网交换机的工作原理
交换表
主机A 00-1d-09-35-68-2a
主机C 00-1d-09-35-66-2a
端口 1 3 6 9
MAC地址 00-1d-09-35-68-2a 00-1d-09-35-67-2a 00-1d-09-35-66-2a 00-1d-09-35-65-2a
主机B
设备选型,特别是对指标有特殊要求,对功能与性 能有严格规定,或对厂商承诺的指标有怀疑时。 网络运行过程 故障诊断 性能评价与分析 网络升级或优化
内容提要
1. 第二层测试的必要性 2. 以太网技术概述 3. 决定交换以太网性能的主要技术指标 4. 以太网测试相关RFC文档 5. 以太网测试基本方法
内容提要
交换机的体系结构--共享总线型
交换端口通过ASIC芯片同高速总线相连,数据由 端口传输至ASIC芯片,ASIC芯片根据目的地址 通过高速总线将数据传至目的端口。 为了解决多个端口并发访问共享数据总线所产生 的竞争或冲突,还引入了仲裁机制。
交换机的体系结构--共享总线型
两种数据交换实现方式 集中式交换方式 分布式交换方式
但连接交叉矩阵的总线成为新的性能瓶颈。
2.7 交换机的转发方式
交换机将数据从一个端口转发至到另一个 端口的处理方式称为交换模式。
类型:
直接交换(cut-through)和存储转发(store-and-forward)
直接交换模式又分成快速转发(fast-forward)与无碎片 (Fragment-free)交换。
TCP/IP模型中的网络访问层
Baidu Nhomakorabea
应用层
FTP
HTTP SMTP TELNET DNS
TFTP
传输层
TCP
UDP
网际层
IP
ICMP ARP RARP
网络访问层
Internet Your LAN Many LANs and WANs
该层包括了所有的局域网、城域网和广域网技术; 计算机网络数据传输的基础,构成了互连网通信的基础平台。
无碎片交换方式
在无碎片交换方式下,交换机通过对无效碎片帧的过 滤来降低直接交换错误帧的概率。它检查数据包的长度是 否够64个字节,如果小于64字节,说明是碎片帧,则丢弃 该帧;如果大于等于64字节,则发送该帧。
7 字节 1
6
先导字段 帧开始标识 目的地址
6 源地址
2 46~1500 长度 数据
4 校验和
2.2 以太网地址
为了标识以太网上的每台主机,需要给 每台主机上的网络适配器分配一个唯一的通 信地址,即Ethernet地址或称为网卡的物理 地址、MAC地址。
2.2 以太网地址
IEEE负责为每个网络适配器或者网络设备制 造厂商分配一个唯一的厂商代码,各厂商为自己 生产的每块网络适配器分配一个唯一的Ethernet地 址。每块网卡的Ethernet地址就是这两者的结合, 所以每块网卡拥有自己唯一的地址。
快速以太网 100M
星型 共享/交换 IEEE802.3 u 局域网
千兆以太网 1G
星型
万兆以太网 10G
星型 /点对点
交换 交换
IEEE802.3z/ IEEE802.3a b
IEEE802.3 ae
局域网
局域网/城 域网
以太网组成
共享媒体和电缆:双绞线,同轴细缆,同轴 粗缆,光纤;
转发器或集线器; 网桥; 交换机。
无碎片交换 低延时,可过滤
交换机的体系结构--共享总线型
两种数据交换实现方式
分布式交换方式中,每个端口在本地维持一个端口与目 的MAC地址的映射表。
当数据进入交换机端口时,由该端口的ASIC芯片截获 分组的目的MAC地址,ASIC芯片将该地址在本地数据库 进行检索,寻找对应的目的端口,如果发现目的端口,就 将分组通过共享总线发送至目的端口;如果没有发现目的 端口,该端口将目的MAC地址发送至所有的交换端口, 由知道该目的MAC地址的交换端口通知源端口,然后再 进行数据交换。
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