3-以太网原理
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•1000BASE-T全双工 •1000BASE-T
高
•100BASE-T2 全双工 •100BASE-TX 全双工 •100BASE-T2 •100BASE-T4 •100BASE-TX •10BASE-T 全双工
普通链路脉冲（Normal Link Pulse，NLP):约 16ms，链路状态检测,Down/Up FLP只在协商/初始时发送，链路Up后只发送NLP NLP/FLP技术只是针对双绞线媒介而定的 10:25:20
DATA IP数据报 ARP请求/应答
28
FCS
PAD
18
¾Ethernet Ⅱ（RFC894）帧
RARP请求/应答
28
PAD
18
10:25:20
快速以太网帧传送特性分析
发送周期长度
以太网帧(帧长L)
帧间隙（96bits）前导码 8bytes
以太网帧（帧长L）
线速（Wire Speed）：线速是指理论上线缆通过最大帧数时的状态 线速下，帧长为L的帧： 发送周期长度为 (L+8)*8+96 bit 链路信息速率保持100Mbps，每秒可达的帧数PPSm,则有 PPSm*[(L+8)*8+96]=100M PPSm=100M/[(L+8)*8+96] 只要是线速下，帧间隙就为最小帧间隙（96bits），而与帧长无关
10:25:20
¾学习的路径如图:
PC1 MAC1 地址表 PC2 目的地址 MAC2 源地址
虚拟局域网（VLAN）的应用
10:25:20
VLAN的定义及作用 ¾VLAN字面意思是虚拟局域网，它将物理网络实体划分为多个在逻辑上相互隔离 的广播域。只有同一VLAN的成员可以互相通讯 划分VLAN的目的 ¾将数据包限制到了一个VLAN内，可以防止广播风暴的产生；提高网络整体安全 性，将不同用户群划分在不同VLAN，一个VLAN的数据包不会发送到另一个VLAN， 确保了该VLAN的信息不会被其他VLAN的成员窃听，从而实现了信息的保密；在进 行网络管理时，使网络相对简单、直观。 划分VLAN的方式 基于端口的VLAN划分：这种划分是把一个或多个交换机上的几个端口划分一个 逻辑组，这是最简单、最普遍的划分方法。该方式允许一个VLAN跨越多个交换 机，或一个端口位于多个VLAN中。我公司交换盘采取该方式划分VLAN。
10:25:20
基于MAC地址的VLAN划分：网络管理员可按MAC地址把一些站点划分为一个逻辑 子网。 基于路由的VLAN划分：路由协议工作在网络层，相应的工作设备有路由器和路由 交换机（即三层交换机）。 IEEE 802.1Q协议 IEEE 802.1Q协议规范了基于端口的划分VLAN，将所有的端口划分在相应的VLAN 中就可以了。每个VLAN都包含1个标识（VID），理论上一个交换机可以建立的VLAN 数量可以达到4096个。 在工程应用中VLAN并不局限于单台的交换机，VLAN的划分经常要跨越多台交换机。 实现方式是给交换机要转发的数据包添加一个VLAN标识符(VID)，使此VLAN可以穿越 多个交换机进行扩展。通常把两台交换机的互连端口设置为干道（VLAN Trunk）端 口，当交换机把数据包从干道口发送出去的时候，会在数据包中加一个VLAN标记， 其它交换机收到这样一个数据包后，会根据此数据包的VLAN标记将该数据包转发到 指定的该VLAN所属的端口，从而完成了跨越交换机的数据传输。 10:25:20
帧首界定符 目的地址 （SFD） （DA）
（b）Ethernet Ⅱ型帧结构 现实网络中两种帧均可能出现 区分：IEEE802.3帧长度字段≤1500， Ethernet Ⅱ型帧类型字段>1500
10:25:20
以太网帧结构类型
6 6 2 1 1 1 3 2 38~1492 4
DA
SA
LEN
有标记VLAN1帧 有标记VLAN2帧 无标记VLAN1帧 无标记VLAN2帧
10:25:20
MSTP以太业务的类型主要有2种 一种使用以太网透传方式实现对以太网帧进行点到点的透明传 送，不需要MAC地址学习，该方式主要用于以太网专线接入。不同 专线用户不共享SDH带宽，具有严格的带宽保障和用户隔离。另一 种方式是利用以太网2层交换技术，提供以太网虚拟专线、2层汇聚、 共享以太通道等业务。此类业务共享带宽，可以通过VLAN隔离不同 的用户。 典型的组网模式 由透传盘组建以太网专线
低
•10BASE-T
端口自动协商功能
自动适应（Auto-Sense）：这是一种被动的方式,它通过对比从对端收到的信号 的时间间隔来计算对端的工作速率，而自动设置本端与对端相匹配的工作速率。这 种方式有个很明显的缺陷就是无法自适应双工状态
当配置为自动协商的端口与一个被强制设定为某一种工作方式（速度/双工 方式）的端口相连接时，它首先将尝试自动协商过程，失败后则采用自动适 应技术来被动适应与对端相关的工作速率 以太网的工作方式默认为半双工（传统以太网），所以自动适应的结果总 是为半双工方式，此时对端的工作方式不可知 10:25:20
DS AP
SS Ctrl AP
Org code TYPE 0800
源自文库
DATA IP数据报
38~1492
FCS
¾IEEE802.2/802.3（RFC1042）帧
0806 0835
6 6 2 46~1500
ARP请求/应答
28
PAD
10
RARP请求/应答
28
PAD
10 4
DA
SA
TYPE 0800 0806 0835
DCT上的UP_Link口是DTE类型的端口 平绞线自动检测功能(Auto MDI/MDI-X)
10:25:20
介质访问控制方法
CSMA/CD（载波监听多路访问/冲突检测）(传统以太网) ¾一个站要发送，首先要监听总线，以决定介质上是否有其它站的发送 信号存在 ¾若介质忙，则等待一段时间重试 ¾当每个站发送帧期间，同时有检测冲突的能力，一旦检测到冲突，立 即停止发送，并向总线上发送一串阻塞信号，通知总线上各站点冲突己 发生
下图描述了跨交换机的VLAN划分，其中PC1、PC3在VLAN1中，PC2、PC4在 VLAN2中。
和PC相连的交换机端口被称为Access 端口，该端口以untagged形式属于一 个VLAN，其承载的流量只属于一个 VLAN，该PC和交换机之间传送的是 Untagged帧；交换机之间用干道连 接，此端口被称为Tag Aware 端口 （或 TRUNK端口），该端口以tagged 形式属于一个或多个VLAN，一个干道 端口承载多Vlan的流量，传输的是 Tagged帧。
端口自动协商功能
快速以太网端口连接状态
自动协商 自动协商 100Full 100Half 10Full 10Half 100Full 100Half 100Half 10Half 10Half 100Full 100Half 100Full / UnLink UnLink 100Half 100Half / 100Half UnLink UnLink 10Full 10Half UnLink UnLink 10Full / 10Half 10Half UnLink UnLink / 10Half
2
长度 （L）
46~1500
逻辑链路层 协议数据单元 （LLC－PDU）
4B
帧校验 （FCS）
帧首界定符 目的地址 （SFD） （DA）
10101011
（a）IEEE802.3帧结构 6 6
源地址 （SA）
7
前导码 （PRE）
1
2
类型 （TYPE）
46~1500
数据区 （DATE）
4B
帧校验 （FCS）
ET H
ET H
10:25:20
由交换盘组建以太网虚拟专线 LAN1
ES W
WAN1
ES W
LAN1 LAN2
LAN2 B A
如果需要用VLAN隔离用户，B站的LAN1、WAN1 划分在VLAN1中；LAN2、WAN1 划分在VLAN2 中；其中LAN1存在于VLAN1，LAN2存在于 VLAN2中，WAN1必须以tagged属性存在于 VLAN1和VLAN2中，VLAN1、VLAN2的用户不能 互相访问。若不划分VLAN，则所有端口的主 机都可以互访
端口自动协商功能
自动协商（Auto-Negotiation）：自动协商就是一种在两台设备间达到可能的最 大传输速率的方式。它允许设备用一种方式“讨论”可能的传输速率，然后选择双方 可接受的最佳速率。它们使用叫做快速链路脉冲（Fast Link Pulse；FLP)交换各自 传输能力的通告。FLP可以让对端知道源端的传输能力是怎样的(约1.6ms) 当交换FLP时，两个站点根据以下从高到低的优先级侦测双方共有的最佳方式：
10:25:20
议程
以太网基础知识 以太网与MSTP 以太网交换知识
以太网的指标测试
MSTP中以太网的业务框架
10:25:20
IP网的发展趋势与MSTP的兴起
目前，我国电信业和电信设备制造业，仍然在沿着"电路交换"技术路线发展，已 经形成了庞大的通信产业 在以话音业务为主体的通信时代，SDH作为承载网，通过时隙映射和交叉连接功 能以及端到端的质量保证机制很好确保了话音业务的实时性。然而，随着以包交换 为传送机制的IP数据业务的大幅度、高速发展，以时分交换为机制的SDH网络很难 在满足话音业务的同时，再实现高效率的承载IP业务 MSTP（Multi-Service Transport Platform）——基于SDH的多业务平台（基于 SDH的多业务节点），还有人称其为新一代的SDH，兼顾了PDH和数据 。整体来看， 城域网的发展以MSTP为主，这是很明确的观点，是为业内所认可的
以太网原理
烽火通信科技股份有限公司 技术支援部
议程
以太网基础知识 以太网组网方式 以太网交换知识
以太网的指标测试
MSTP中以太网的业务框架
10:25:20
以太网 由施乐公司开发的一种技术，采用载波多路访问和碰撞检测（CSMA/CD）机制， 随着技术的进步，以太网从早期的共享式逐渐发展到交换式以太网，目前局域网及 MSTP城域网主要是采用的交换式以太网技术。IEEE 802.3规范则是基于最初的以太 网技术于1980年制定的，后来有陆续制定了许多新的标准，如802.1q等。开始时以 太网技术主要应用在局域网中，目前开始大量应用于城域网，并逐渐地和SDH设备 融合形成所谓MSTP设备。 交换式以太网 ： 交换式以太网是由2层交换机构成的网络。二层交换机是一种基于MAC地址转发数 据包的网络设备（每一块计算机网卡的MAC地址都是唯一且固化在网卡上的。MAC地 址由12位16进制数表示，前8位为厂商标识，后4位为网卡标识）。交换机根据地址 表（交换机学习到MAC地址后建立地址表，以此来记忆路径）将数据包转发给相应 的目的端口；如果数据包的目的地址不在地址表中则对整个广播域进行广播，直到 学习到目的地址并将其添加到地址表中，这些工作是由交换机自动完成的。
10:25:20
快速以太网帧传送特性分析
发送周期长度
以太网帧(帧长L)
帧间隙（Y）
前导码 8bytes
以太网帧（帧长L）
帧发送速率为C%，帧长为L的帧： 发送周期长度为 (L+8)*8+Y bit 链路信息速率保持100Mbps，每秒可达的帧数为PPS，则有 PPS*[(L+8)*8+Y]=100M PPS=100M/[(L+8)*8+Y] 以太网帧发送速率 Z%定义为 PPS=PPSm*Z% 由以上几式可导出帧长、速率与帧间隙之间的关系为 Y=(20+L)*800/Z－8L－64 Z=800(20+L)/(Y+8L+64) 快速以太网链路信息速率始终保持100Mb/s，而与帧发送速率无关 以太网速率常以发包数衡量(packets/s)，且以线速下的发包数为基准 10:25:20
冲突
10:25:20
介质访问控制方法
CSMA/CD发生冲突时对信道占用时间的影响
检测冲突的时间，需要任意两节点之间最大传播时延的2倍。如一个站点发 送后，经2τ后，没有冲突，即发送成功。
10:25:20
以太网帧结构类型
以太网的两种帧结构 7
前导码 （PRE）
10101010
1
6
6
源地址 （SA）
冲突
MHTML Document
10:25:20
介质访问控制方法
二进制指数后退算法（binary exponential backoff）(传统以太网) ¾将冲突发生后的时间划分为长度等于512微秒的时隙 ¾发生第一次冲突后，各个站点等待0或1个时隙再开始重传 ¾发生第二次冲突后，各个站点随机地选择等待0、1、2或3个时隙再开始重传 ¾第I次冲突后，在0到 2 i －1间随机地选择一个等待时隙数再开始重传； 10 ¾10次冲突后，选择等待的时隙数固定在0到 2 －1之间 ¾16次冲突后，发送失败，报告上层
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普通链路脉冲（Normal Link Pulse，NLP):约 16ms，链路状态检测,Down/Up FLP只在协商/初始时发送，链路Up后只发送NLP NLP/FLP技术只是针对双绞线媒介而定的 10:25:20
DATA IP数据报 ARP请求/应答
28
FCS
PAD
18
¾Ethernet Ⅱ（RFC894）帧
RARP请求/应答
28
PAD
18
10:25:20
快速以太网帧传送特性分析
发送周期长度
以太网帧(帧长L)
帧间隙（96bits）前导码 8bytes
以太网帧（帧长L）
线速（Wire Speed）：线速是指理论上线缆通过最大帧数时的状态 线速下，帧长为L的帧： 发送周期长度为 (L+8)*8+96 bit 链路信息速率保持100Mbps，每秒可达的帧数PPSm,则有 PPSm*[(L+8)*8+96]=100M PPSm=100M/[(L+8)*8+96] 只要是线速下，帧间隙就为最小帧间隙（96bits），而与帧长无关
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¾学习的路径如图:
PC1 MAC1 地址表 PC2 目的地址 MAC2 源地址
虚拟局域网（VLAN）的应用
10:25:20
VLAN的定义及作用 ¾VLAN字面意思是虚拟局域网，它将物理网络实体划分为多个在逻辑上相互隔离 的广播域。只有同一VLAN的成员可以互相通讯 划分VLAN的目的 ¾将数据包限制到了一个VLAN内，可以防止广播风暴的产生；提高网络整体安全 性，将不同用户群划分在不同VLAN，一个VLAN的数据包不会发送到另一个VLAN， 确保了该VLAN的信息不会被其他VLAN的成员窃听，从而实现了信息的保密；在进 行网络管理时，使网络相对简单、直观。 划分VLAN的方式 基于端口的VLAN划分：这种划分是把一个或多个交换机上的几个端口划分一个 逻辑组，这是最简单、最普遍的划分方法。该方式允许一个VLAN跨越多个交换 机，或一个端口位于多个VLAN中。我公司交换盘采取该方式划分VLAN。
10:25:20
基于MAC地址的VLAN划分：网络管理员可按MAC地址把一些站点划分为一个逻辑 子网。 基于路由的VLAN划分：路由协议工作在网络层，相应的工作设备有路由器和路由 交换机（即三层交换机）。 IEEE 802.1Q协议 IEEE 802.1Q协议规范了基于端口的划分VLAN，将所有的端口划分在相应的VLAN 中就可以了。每个VLAN都包含1个标识（VID），理论上一个交换机可以建立的VLAN 数量可以达到4096个。 在工程应用中VLAN并不局限于单台的交换机，VLAN的划分经常要跨越多台交换机。 实现方式是给交换机要转发的数据包添加一个VLAN标识符(VID)，使此VLAN可以穿越 多个交换机进行扩展。通常把两台交换机的互连端口设置为干道（VLAN Trunk）端 口，当交换机把数据包从干道口发送出去的时候，会在数据包中加一个VLAN标记， 其它交换机收到这样一个数据包后，会根据此数据包的VLAN标记将该数据包转发到 指定的该VLAN所属的端口，从而完成了跨越交换机的数据传输。 10:25:20
帧首界定符 目的地址 （SFD） （DA）
（b）Ethernet Ⅱ型帧结构 现实网络中两种帧均可能出现 区分：IEEE802.3帧长度字段≤1500， Ethernet Ⅱ型帧类型字段>1500
10:25:20
以太网帧结构类型
6 6 2 1 1 1 3 2 38~1492 4
DA
SA
LEN
有标记VLAN1帧 有标记VLAN2帧 无标记VLAN1帧 无标记VLAN2帧
10:25:20
MSTP以太业务的类型主要有2种 一种使用以太网透传方式实现对以太网帧进行点到点的透明传 送，不需要MAC地址学习，该方式主要用于以太网专线接入。不同 专线用户不共享SDH带宽，具有严格的带宽保障和用户隔离。另一 种方式是利用以太网2层交换技术，提供以太网虚拟专线、2层汇聚、 共享以太通道等业务。此类业务共享带宽，可以通过VLAN隔离不同 的用户。 典型的组网模式 由透传盘组建以太网专线
低
•10BASE-T
端口自动协商功能
自动适应（Auto-Sense）：这是一种被动的方式,它通过对比从对端收到的信号 的时间间隔来计算对端的工作速率，而自动设置本端与对端相匹配的工作速率。这 种方式有个很明显的缺陷就是无法自适应双工状态
当配置为自动协商的端口与一个被强制设定为某一种工作方式（速度/双工 方式）的端口相连接时，它首先将尝试自动协商过程，失败后则采用自动适 应技术来被动适应与对端相关的工作速率 以太网的工作方式默认为半双工（传统以太网），所以自动适应的结果总 是为半双工方式，此时对端的工作方式不可知 10:25:20
DS AP
SS Ctrl AP
Org code TYPE 0800
源自文库
DATA IP数据报
38~1492
FCS
¾IEEE802.2/802.3（RFC1042）帧
0806 0835
6 6 2 46~1500
ARP请求/应答
28
PAD
10
RARP请求/应答
28
PAD
10 4
DA
SA
TYPE 0800 0806 0835
DCT上的UP_Link口是DTE类型的端口 平绞线自动检测功能(Auto MDI/MDI-X)
10:25:20
介质访问控制方法
CSMA/CD（载波监听多路访问/冲突检测）(传统以太网) ¾一个站要发送，首先要监听总线，以决定介质上是否有其它站的发送 信号存在 ¾若介质忙，则等待一段时间重试 ¾当每个站发送帧期间，同时有检测冲突的能力，一旦检测到冲突，立 即停止发送，并向总线上发送一串阻塞信号，通知总线上各站点冲突己 发生
下图描述了跨交换机的VLAN划分，其中PC1、PC3在VLAN1中，PC2、PC4在 VLAN2中。
和PC相连的交换机端口被称为Access 端口，该端口以untagged形式属于一 个VLAN，其承载的流量只属于一个 VLAN，该PC和交换机之间传送的是 Untagged帧；交换机之间用干道连 接，此端口被称为Tag Aware 端口 （或 TRUNK端口），该端口以tagged 形式属于一个或多个VLAN，一个干道 端口承载多Vlan的流量，传输的是 Tagged帧。
端口自动协商功能
快速以太网端口连接状态
自动协商 自动协商 100Full 100Half 10Full 10Half 100Full 100Half 100Half 10Half 10Half 100Full 100Half 100Full / UnLink UnLink 100Half 100Half / 100Half UnLink UnLink 10Full 10Half UnLink UnLink 10Full / 10Half 10Half UnLink UnLink / 10Half
2
长度 （L）
46~1500
逻辑链路层 协议数据单元 （LLC－PDU）
4B
帧校验 （FCS）
帧首界定符 目的地址 （SFD） （DA）
10101011
（a）IEEE802.3帧结构 6 6
源地址 （SA）
7
前导码 （PRE）
1
2
类型 （TYPE）
46~1500
数据区 （DATE）
4B
帧校验 （FCS）
ET H
ET H
10:25:20
由交换盘组建以太网虚拟专线 LAN1
ES W
WAN1
ES W
LAN1 LAN2
LAN2 B A
如果需要用VLAN隔离用户，B站的LAN1、WAN1 划分在VLAN1中；LAN2、WAN1 划分在VLAN2 中；其中LAN1存在于VLAN1，LAN2存在于 VLAN2中，WAN1必须以tagged属性存在于 VLAN1和VLAN2中，VLAN1、VLAN2的用户不能 互相访问。若不划分VLAN，则所有端口的主 机都可以互访
端口自动协商功能
自动协商（Auto-Negotiation）：自动协商就是一种在两台设备间达到可能的最 大传输速率的方式。它允许设备用一种方式“讨论”可能的传输速率，然后选择双方 可接受的最佳速率。它们使用叫做快速链路脉冲（Fast Link Pulse；FLP)交换各自 传输能力的通告。FLP可以让对端知道源端的传输能力是怎样的(约1.6ms) 当交换FLP时，两个站点根据以下从高到低的优先级侦测双方共有的最佳方式：
10:25:20
议程
以太网基础知识 以太网与MSTP 以太网交换知识
以太网的指标测试
MSTP中以太网的业务框架
10:25:20
IP网的发展趋势与MSTP的兴起
目前，我国电信业和电信设备制造业，仍然在沿着"电路交换"技术路线发展，已 经形成了庞大的通信产业 在以话音业务为主体的通信时代，SDH作为承载网，通过时隙映射和交叉连接功 能以及端到端的质量保证机制很好确保了话音业务的实时性。然而，随着以包交换 为传送机制的IP数据业务的大幅度、高速发展，以时分交换为机制的SDH网络很难 在满足话音业务的同时，再实现高效率的承载IP业务 MSTP（Multi-Service Transport Platform）——基于SDH的多业务平台（基于 SDH的多业务节点），还有人称其为新一代的SDH，兼顾了PDH和数据 。整体来看， 城域网的发展以MSTP为主，这是很明确的观点，是为业内所认可的
以太网原理
烽火通信科技股份有限公司 技术支援部
议程
以太网基础知识 以太网组网方式 以太网交换知识
以太网的指标测试
MSTP中以太网的业务框架
10:25:20
以太网 由施乐公司开发的一种技术，采用载波多路访问和碰撞检测（CSMA/CD）机制， 随着技术的进步，以太网从早期的共享式逐渐发展到交换式以太网，目前局域网及 MSTP城域网主要是采用的交换式以太网技术。IEEE 802.3规范则是基于最初的以太 网技术于1980年制定的，后来有陆续制定了许多新的标准，如802.1q等。开始时以 太网技术主要应用在局域网中，目前开始大量应用于城域网，并逐渐地和SDH设备 融合形成所谓MSTP设备。 交换式以太网 ： 交换式以太网是由2层交换机构成的网络。二层交换机是一种基于MAC地址转发数 据包的网络设备（每一块计算机网卡的MAC地址都是唯一且固化在网卡上的。MAC地 址由12位16进制数表示，前8位为厂商标识，后4位为网卡标识）。交换机根据地址 表（交换机学习到MAC地址后建立地址表，以此来记忆路径）将数据包转发给相应 的目的端口；如果数据包的目的地址不在地址表中则对整个广播域进行广播，直到 学习到目的地址并将其添加到地址表中，这些工作是由交换机自动完成的。
10:25:20
快速以太网帧传送特性分析
发送周期长度
以太网帧(帧长L)
帧间隙（Y）
前导码 8bytes
以太网帧（帧长L）
帧发送速率为C%，帧长为L的帧： 发送周期长度为 (L+8)*8+Y bit 链路信息速率保持100Mbps，每秒可达的帧数为PPS，则有 PPS*[(L+8)*8+Y]=100M PPS=100M/[(L+8)*8+Y] 以太网帧发送速率 Z%定义为 PPS=PPSm*Z% 由以上几式可导出帧长、速率与帧间隙之间的关系为 Y=(20+L)*800/Z－8L－64 Z=800(20+L)/(Y+8L+64) 快速以太网链路信息速率始终保持100Mb/s，而与帧发送速率无关 以太网速率常以发包数衡量(packets/s)，且以线速下的发包数为基准 10:25:20
冲突
10:25:20
介质访问控制方法
CSMA/CD发生冲突时对信道占用时间的影响
检测冲突的时间，需要任意两节点之间最大传播时延的2倍。如一个站点发 送后，经2τ后，没有冲突，即发送成功。
10:25:20
以太网帧结构类型
以太网的两种帧结构 7
前导码 （PRE）
10101010
1
6
6
源地址 （SA）
冲突
MHTML Document
10:25:20
介质访问控制方法
二进制指数后退算法（binary exponential backoff）(传统以太网) ¾将冲突发生后的时间划分为长度等于512微秒的时隙 ¾发生第一次冲突后，各个站点等待0或1个时隙再开始重传 ¾发生第二次冲突后，各个站点随机地选择等待0、1、2或3个时隙再开始重传 ¾第I次冲突后，在0到 2 i －1间随机地选择一个等待时隙数再开始重传； 10 ¾10次冲突后，选择等待的时隙数固定在0到 2 －1之间 ¾16次冲突后，发送失败，报告上层