第4章 以太网接入技术

以太网接入典型组网
第4章 以太网接入技术
4.3.1 VLAN的概念
广播风暴在什么地方引起？VLAN为何能避免广播风暴？
探讨
第4章 以太网接入技术
4.3.1 VLAN的概念
一般交换机不能过滤局域网广播 报文，因此在大型交换局域网环 境中，有可能造成广播消息拥塞， 即广播风暴。这会给网络带宽带 来极大浪费
“十二五”规划系列课程教材
接入网技术
第4章 以太网接入技术
4.1
以太网发展现状及标准 以太网基本原理 VLAN基本知识 以太网接入典型组网
Contents
目录
4.2 4.3
4.4
学习提示 本章重点、难点 • 冲突域、广播域的概念 • VLAN的划分、类型及属性 • 以太网端口类型 • 以太网接入典型组网 学习本章目的和要求
第4章 以太网接入技术
思考
一个HUB的所有端口属于同一个广播域么，属于同一个冲突域么？交换机呢？
第4章 以太网接入技术
4.1 4.2
Contents
以太网发展现状及标准 以太网基本原理 VLAN基本知识
4.3.1 VLAN的概念 4.3.2 VLAN的划分 4.3.3 以太网端口类型
目录
4.3
4.4
广播域：能接收到同一个广播帧并产生响应的通信范围叫做广播域。 广播域是一个逻辑网段。广播域是一个逻辑上的计算机组，该组内 的所有计算机都会收到同样的广播信息。
广播域也就是主机间可以直接通信的范围！
第4章 以太网接入技术
4.2.3 冲突域和广播域
• 网络设备对冲突域、广播域的划分
中继器：通过中继器虽然可以延长信号传输的距离、实现两个网段 的互连。但并没有增加网络的可用带宽
6字节 6字节 2字节 目的MAC 源MAC Length/T 1500字节 数据 4字节 FCS校验 含义
代表了该帧的类型
代表了该帧的长度
Length/Type值
Ethernet_II
802.3
Length/T > 1500
Length/T <= 1500
第4章 以太网接入技术
4.2.1 MAC地址
第4章 以太网接入技术
4.3.2 VLAN的划分
• 根据网络协议划分VLAN
• 基于组合策略划分VLAN
第4章 以太网接入技术
4.3.3 以太网端口类型
（1）Acess端口 收到一个报文，判断是否有VLAN信息：如果没有则打上端口的缺省VLAN（Native VLAN） 标签，并进行交换转发，如果有则直接丢弃。 Acess端口发报文时将报文的VLAN信息剥离，直接发送出去。 （2）Trunk端口： 收到一个报文，判断是否有VLAN信息，如果有，则判断VLAN与该端口的缺省VLAN是 否，一致则准入，不一致则丢弃；如果有没有，则报文被打上缺省VLAN标签进入端口。 Trunk口发送报文时，Tag报文如与缺省VLAN一致，则丢弃VLAN标签发出；若不一致， 则直接发出。 （3）Hybrid端口 收到一个报文，判断是否有VLAN信息：如果有，则判断该Hybrid端口是否允许该VLAN 的数据进入：如果可以则转发，否则丢弃(此时端口上的untag配置是不用考虑的，untag配 置只对发送报文时起作用)；如果没有则打上端口的Native VLAN，并进行交换转发。 Hybrid端口发报文，首先判断该VLAN在本端口的属性，如果是untag则剥离VLAN信息再 发送，如果是tag则直接发送。
标准：
IEEE802.3z（物理层 1000Base-SX、 1000Base-LX、 1000Base-CX） IEEE802.3ab（物理层 1000 Base –T）
CSMA/CD
物理层标准： 10Base-5、10Base-2、
10Base-T、10Base-F
等
物理层标准含义：第一部分的数字表示传输速度，单位是“Mbps”；
集线器
单播数据包
集线器和其所有接口所接的主机构成 了一个冲突域和一个广播域
主机 A 冲突域
主机 B
主机 C 广播域
图4-4 集线器原理
第4章 以太网接入技术
4.2.3 冲突域和广播域
• 网络设备对冲突域、广播域的划分
交换机（Switch）也被称为交换式集线器。它的出现是为了解决连接在集线 器上的所有主机共享可用带宽的缺陷。交换机没有过滤广播通信的功能，如 果收到一个广播数据包，它会向其所有端口转发此广播。
第二部分Base表示网络采用信号是基带信号；Broad表示信号是宽带的； 第三部分是数字的，表示单段网线长度（基准单位是100m）
第4章 以太网接入技术
4.1.2 以太网标准
例如:
100BaseT
表示传输介质为双绞线
表示以基带方式传输 表示传输速率为100Mbps
第4章 以太网接入技术
4.1.2 以太网标准
问 世
开 始通 研过 究︔ 背 板 铜
IEEE802.3af
FCoE
通 过
IEEE802.3an
100G /t
第4章 以太网接入技术
4.1.2 以太网标准
标准以太网 速率：10Mbit/s 访问控制方式： 快速以太网 速率：100Mbit/s 吉比特以太网 速率：1Gbit/s
访问控制方式：
CSMA/CD 物理层标准： 100 Base-TX 、 100 Base-FX、 100 Base -T4等
交换机 1 2 3 4
广播帧
主机 A
主机 B 广播域
主机 C
主机 D
图4-7 未划分VLAN交换机上广播消息的传播
第4章 以太网接入技术
4.3.1 VLAN的概念
为了防止广播风暴，可以把一个 大的局域网划分成若干个小的广 播域，从而有效抑制广播风暴， 在不增加设备的前提下，可以采 用支持VLAN的LAN交换机
1995 IEEE802.3u
1997 1998
IEEE802.z 全 双 工 以 太 网 诞 生
以 太 网 规 范 推 出
成 立 工 作 组
“ 粗 缆 ” 标 准 发 布 ︐ 速 率
“ 细 缆 ” 标 准 发 布
“ ” 标 准 发
标 准 发 布 ︐ 速 率
发 布 ︐ 速 率
UTP
1Gbit/s
100Mbit/s
第4章 以太网接入技术
宽带小区要求每个用户都能与外界通信，但用户之间不能互通，防止其中一 用户出现问题（如中毒等）其他用户也一起受影响。
因此要为每个用户分配一个VLAN ,隔离广播风暴 如何划分VLAN呢？
第4章 以太网接入技术
4.3.2 VLAN的划分
• 根据端口划分VLAN
很多VLAN设备商都利用交换机端口来 划分VLAN成员，根据交换机端口划分 的VLAN也称为静态VLAN. 配置过程简单明了，但是不允许多个 VLAN共享一个物理网段或交换机端口
4.2.2 CSMA/CD
•总线型以太网中，工作站如何竞争使用共享的物理信道？
探讨
第4章 以太网接入技术
4.2.2 CSMA/CD CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access protocol/Collision Detect， 载波监听多路访问和冲突检测）
启动发送 侦听信道 总线忙？ 否 发送数据 有冲突？ 是
平时设备上的FE、GE接口什么含义？
GigaBit Ethernet：千兆以太网，光口1000Base-FX，电口1000Base-TX Fast Ethernet：百兆以太网，光口100Base-FX，电口100Base-TX
第4章 以太网接入技术
归纳思考
4.1 4.2
Contents
以太网发展现状及标准 以太网基本原理
网段1和网段2经过 中继器连接构成了 一个单一的冲突域 和广播域
网段1 以太网 单播数据包
中继器
网段2 以太网
主机A
主机B
主机C
主机X
主机Y
主机Z
冲突域
广播域
图4-3 中继器原理
第4章 以太网接入技术
4.2.3 冲突域和广播域
• 网络设备对冲突域、广播域的划分
集线器（HUB）实际上相当于多端口的中继器。集线器同样可以延长网络的 通信距离，或连接物理结构不同的网络，但主要还是作为一个主机站点的汇 聚点，将连接在集线器上各个接口上的主机联系起来使之可以互相通信。
4.1.1 以太网发展历程
•现有以太网速率最高能达到多少？
探讨
第4章 以太网接入技术
4.1.1 以太网发展历程
1973 以 太 网 技 术 面 世
1976 CSMA/CD 协 议 获 得 专 利
1979 1980 DIX IEEE 802.3
1983 10BASE-5
1986 10BASE-2
1990 布 10BASE-T
交换机 广播域
据包 数 单播
单播 数
据包
交换机上的每个接口都是自己的 一个冲突域， 交换机和其所有接口所连接的主 机共同构成一个广播域
主机D
主机A
主机B
主机C
主机X
主机Y 冲突域
主机Z
第4章 以太网接入技术
4.2.3 冲突域和广播域 路由器工作在网络层，可以识别网络层的地址-IP地址，有能力过滤 第3层的广播消息。实际上，除非做特殊配置，否则路由器从不转发 广播类型的数据包。因此，路由器的每个端口所连接的网络都独自 构成一个广播域
VLAN 1
1 交换机
2
3
4
VLAN 2
、
广播 帧
VLAN即虚拟局域网，是 一种通过将局域网内设 备逻辑的而不是物理的 划分成一个个网段的技 术。VLAN所连接的设备 可以来自不同网段，却 可以直接通信
划分VLAN的作用是？
主机 A
主机 B
主机 C
主机 D
隔离广播域！
广播 域
广播 域
图4-8 交换机上划分VLAN
第4章 以太网接入技术
4.3.2 VLAN的划分
• 根据MAC地址划分VLAN
这种方式最大的优点是当用户物理位置移动时，如从一个 交换机更换到另一个交换机，VLAN不需要重新配置
缺点是用户数较多时，初始化配置太累！
第4章 以太网接入技术
4.3.2 VLAN的划分
• 根据子网划分VLAN
根据每个主机的网络层地址（IP地址）划分， 缺点是效率较低，检查网络层地址非常费时。
• 了解以太网发展现状及标准
• 理解以太网基本原理 • 掌握VLAN的划分、类型、属性等基本知识 • 掌握以太接入在典型场景下的组网
第4章 以太网接入技术
4.1
以太网发展现状及标准
4.1.1 以太网发展历程 4.1.2 以太网标准
Contents
目录
4.2 4.3 4.4
以太网基本原理 VLAN基本知识 以太网接入典型组网
• MAC地址示意图
供应商代码 00000000 00011111 00111010 10011011 序列号 00110010 11101000
001f. 3a9b. 32e8 单播地址：第一字节最低位为0。用于网段中两个特定设备之间的通信，可以作 为以太网帧的源和目的MAC地址； 多播地址：第一字节最低位为1。用于网段中一个设备和其他多个设备通信，只 能作为以太网帧的目的MAC； 广播地址：48 位全1 ，即ffff.ffff.ffff。用于网段中一个设备和其他所有设备通信， 只能作为以太网帧的目的MAC。 第4章 以太网接入技术
万兆以太网
速率：10Gbit/s 标准： IEEE 802.3ae 下一代以太网
速率：40G + bit/s
标准： IEEE802.3ba、 802.3bg、802.3bj
（包括基于光纤的万兆
以太网、基于双绞线（6 类以上）的万兆以太网、
物理层规范的命名：
40/100GBase-abc
万兆以太广域网标准）
2009 2010 以 太 网 光 纤 通 道 标 准 获 批 40/100G 标 准 IEEE802.3ba
2011 缆 标 准标 准 40G
2013 400G 标 准 工 作 组 成 立
IEEE803.3bg IEEE 802.3bj
IEEE802.3ap
IEEE802.3ak
诞 生
发 布
发 布
先听后说，边听边说，
一旦冲突，立即停说，
随机推迟，然后再说。
是 停发数据 发干扰信号
否 否 发送完成？ 是
发送结束
第4章 以太网接入技术
4.2.3 冲突域和广播域
• 冲突域和广播域的概念
冲突域：通常我们把和一个工作站有可能产生冲突的所有工作站被 看作是同一个物理网段，物理网段还有一个别称，叫做冲突域
10Mbit/s
第4章 以太网接入技术
4.1.1 以太网发展历程
2002 2003 2004 以 太 网 网 线 供 电 标 准 同 轴 电 缆 万 兆 标 准 10G 以 太 网 标 准 发 布 IEEE802.3ae
2006 2007
非 屏 蔽 双 绞 线 万 兆 标 准 背 板 以 太 网 标 准
4.2.1 MAC地址 4.2.2 CSMA/CD
目录
4.3 4.4
4.2.3 冲突域和广播域
VLAN基本知识 以太网接入典型组网
第4章 以太网接入技术
4.2.1 MAC地址
•以太网中的工作站何判断接收的数据是不是发给自己的呢？
探讨
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第4章 以太网接入技术
4.2.1 MAC地址
• IEEE802.3帧结构