1、单元4 组建局域网教学模块二：以太网组网技术教学模块二：以太网组网技术【知识目标知识目标】 1.以太网的概念 2.以太网的物理层； 3.以太网的数据链路层；【能力目标能力目标】 1. 具备分析以太网数据帧构成的能力； 2. 具备理解CSMA/CD执行过程的能力。 教学目标教学目标Add Your Text 1975 1975年由年由XeroxXerox（施乐）公司（施乐）公司提出提出1980年由年由DEC、Intel和和Xerox三家公司开发三家公司开发19801980年提出年提出世界上第一个局域网的技术标准世界上第一个局域网的技术标准IEEEIEEE参照制定参照制定802.3802.3局域网
2、国际标准局域网国际标准u 以太网的发展以太网的发展通常将按通常将按IEEE 802.3 规范生产的以太网产品简称为以太网。规范生产的以太网产品简称为以太网。一、以太网概述二、成熟应用的以太网物理层标准 10BASE2 10BASE5 10BASE-T 100BASE-TX 100BASE-T2 100BASE-T4 100BASE-FX 1000BASE-SX 1000BASE-LX 1000BASE-CX 1000BASE-TX 运行速率基带信号最大距离，200米传输介质是双绞线还是光纤成熟应用的以太网物理层标准 10BASE2 10BASE5 10BASE-T 100BASE-TX 100
3、BASE-T2 100BASE-T4 100BASE-FX 1000BASE-SX 1000BASE-LX 1000BASE-CX 1000BASE-TX 同轴电缆的物理标准，现在已经基本被淘汰运行在五类双绞线上的以太网标准，所不同的是线路上信号的传输速率不同运行在两对三类双绞线上的快速以太网；少用运行在四对三类双绞线上的快速以太网；少用运行在光纤上的快速以太网运行在同轴电缆上的1000M以太网以太网在传输速率上的发展标准以太网10M快速以太网100M千兆以千兆以太网太网万兆以万兆以太网太网提高传输速率快速以太网快速以太网快速以太网常见物理层标准：常见物理层标准：100BaseTX （2对双绞
4、线）对双绞线）100BaseFX （光缆）（光缆）100BaseT4 （4对双绞线）对双绞线）(1995年年802.3u)不足：不足：快速以太网仍是基于快速以太网仍是基于CSMACD技术。技术。这点在使用交换技术的这点在使用交换技术的LANLAN中就不存在了。中就不存在了。100Base-TX以太网物理层v 100BASE-TX是运行在两对五类双绞线上的快速以太网物理层技术。v 它规定了： 运行的介质是五类或更高类双绞线； 设备之间的接口采用RJ-45水晶头； 电平信号采用+5V和-5V交替的形式。100Base-TX以太网物理层v100BAST-TX用两对双绞线，一对用于发送，一对用于接收数
5、据。做到了发送与接收的分离，这样就隐含着一种全新的运做方式：全双工方式。在这种方式下，数据可以同时接收和发送而互不干扰，大大提高效率，不过这需要中间设备的支持，现在的以太网交换机就是这样一种设备。 同种设备连接需交叉v需要注意的是，在连接两个相同的网络设备时（比如网卡），需要把线序进行交叉，因为线路两端的设备（比如网卡）的收发顺序是相同的，而两端设备要进行直接连接，其收发必须进行交叉，于是，必须在线路上进行交叉才能达到目的自动协商（查看网卡属性-高级-速度属性） 在基于双绞线的以太网上，可以存在许多种不同的运做模式，在速度上有10M，100M不等，在双工模式上有全双工和半双工等，为了减轻对网络
6、设备进行配置和维护的工作量，人们提出了自动协商技术。自动协商只运行在基于双绞线的以太网上，是一种物理层的概念。 如果链路两端的设备有一端不支持自动协商，则支持自动协商的设备选择一种默认的工作方式，比如10M半双工模式运行。这可能会影响效率，因为不支持自动协商的设备可能支持100M全双工。这时，我们可以禁止自动协商，并手工指定两端设备的运行模式，以增强效率。 千兆以太网（了解）2022-6-2112l1998年6月IEEE正式推出了1000Mb/s的以太网解决方案l千兆以太网采用的标准：IEEE802.3zIEEE 802 . 2 LLCIEEE 802.3 MAC ( CSMA /CD)GMI
7、I （千兆介质专用接口千兆介质专用接口）1000 BASET8B/10B 编解码模式编解码模式1000 BASETPAM 5 编解码模式编解码模式1000BASELX1000BASESX1000BASECX1000BASET单模光纤单模光纤多模光纤多模光纤STP5类类 UTP万兆以太网万兆以太网10G以太网同样使用以太网同样使用IEEE 802.3标标准的帧格式、全双工服务和流量控准的帧格式、全双工服务和流量控制方式。制方式。10G以太网技术相对复杂，与原来以太网技术相对复杂，与原来传输介质不兼容，用光纤作为传输传输介质不兼容，用光纤作为传输介质。介质。（802.3工作组工作组于于2000年制
8、定的年制定的以太网标准）以太网标准）万兆以太网（了解）三、以太网的数据链路层-帧格式目前，有四种不同格式的以太网帧在使用，分别是：v Ethernet II即DIX 2.0：Xerox与DEC、Intel在1982年制定的以太网标准帧格式。Cisco名称为：ARPA。v Ethernet 802.3 raw：Novell在1983年公布的专用以太网标准帧格式。Cisco名称为：Novell-Ether。v Ethernet 802.3 SAP：IEEE在1985年公布的Ethernet 802.3的SAP版本以太网帧格式。Cisco名称为：SAP。v Ethernet 802.3 SNAP：I
9、EEE在1985年公布的Ethernet 802.3的SNAP版本以太网帧格式。Cisco名称为：SNAP。以太网数据帧的前导字符v前导字符的作用是使接收节点进行同步并做好接收数据帧的准备。前7个字符均为10101010，称为前同步码，后一个字节10101011，为帧起始标识符。v说明： 不同以太网的数据帧中各个字段的定义是不同的，而且彼此互不兼容，即它们的MAC帧结构是不同的，但是上层的LLC帧结构是相同的。Ethernet II MAC帧格式 以下是DIX Ethernet II以太网帧结构6Byte6B2B461500B4B目的目的MAC地址地址源源MAC地址地址类型类型数据数据FCS用
10、于标志数据链路层的上层是什么协议：用于标志数据链路层的上层是什么协议：0 x0800：表示：表示IP协议协议0 x0806：表示：表示ARP协议协议0 x8035：表示：表示RARP协议协议数据字段的长度必须在数据字段的长度必须在461500个字个字节之间，若上层即网络层下来的内节之间，若上层即网络层下来的内容长度不够容长度不够46字节，必须进行填充。字节，必须进行填充。整个帧长度如下：整个帧长度如下：最长为最长为1518字节字节最短为最短为64字节字节完成从目的完成从目的MAC地址到数据地址到数据字段的校验字段的校验1.以太网冲突域 冲突域是指连接在同一介质上的所有节点的集合，或者说是以太网
11、上竞争同一带宽的所有节点集合。这里“域”的概念是指冲突在其中发生并传播的区域，也可以被认为是共享网段。 在OSI模型中，冲突域被看作是第一层即物理层中的概念，连接同一冲突域的设备有集线器、中继器或者其他进行简单复制信号的设备。四、以太网的冲突域和广播域中继器v基带信号传输过程中要发生衰减，如何增加传输距离呢？ 一般采用中继器设备。v中继器的作用： 它将接收到的弱信号中的数据提出，放大并转发信号集线器 集线器是一种多端口的中继器，也是网络物理层的一种介质连接设备 集线器的功能： 把从一个端口上收到的信息在其他把从一个端口上收到的信息在其他所有端口所有端口上上广播发送广播发送 逻辑上仍属于总线结构
12、，是共享式网络逻辑上仍属于总线结构，是共享式网络集线器2022-6-21 HUB HUB冲突域冲突域集线器集线器冲突域冲突域冲突域冲突域v HUB连接的设备共享一个冲突域2.以太网广播域 HUB HUB广播域广播域独立的冲突域独立的冲突域交换机交换机v在网络通信中，一个结点向所有结点发送消息称为广播v网络中能接收任何一结点发出的广播帧的所有结点的集合称为一个广播域。独立的冲突域独立的冲突域第二层设备（网桥，交换机）可以分割冲突域，也可以连接不同的冲突域。但是不能分割广播域2.以太网广播域 由于广播域被认为是OSI中的第二层概念，所以像集线器和只具有第二层功能的交换机等设备连接的节点被认为都是在
13、同一个广播域。许多设备都极易产生广播数据，所以如果不维护，就会消耗大量的带宽，降低网络的效率。 路由器和第三层交换机则能够划分广播域，因为这些设备不转发广播的数据帧，即可以连接不同的广播域。冲突域和广播域举例图中三个连接设备若都是集线器，则有几个冲突域？几个广播域？若是一个交换机连接了两个集线器，则有几个冲突域？几个广播域？若是一个路由器连接了两个交换机，则有几个冲突域？几个广播域？五、共享式以太网和交换式以太网标准以太标准以太网的特性网的特性是一种共享型网络是一种共享型网络基带网基带网拓扑结构主拓扑结构主要是总线型要是总线型和星型和星型 传输介质为同轴电传输介质为同轴电缆、双绞线和光纤缆、双
14、绞线和光纤是是IEEE802.3IEEE802.3标准，标准，介介质访问控制方法是质访问控制方法是CSMA/CDCSMA/CD共享式以太网2022-6-21共享式以太网 共享式以太网的典型代表是使用10Base2、10Base5的总线型网络和以集线器为核心的10Base- T星型网络，本质上并无区别。 匹 配 阻匹 配 阻抗抗所有连接到集所有连接到集线器的设备共线器的设备共享同一介质，享同一介质，其结果是它们其结果是它们也共享同一冲也共享同一冲 突域、广播和突域、广播和带宽。带宽。共享式以太网的工作特点带宽共享。任何一时刻，只要网络上有一台主机在发送帧，网络上所有其他的主机都只能处于接收状态，
15、无法发送数据，这时所有的带宽只分配给了正在传 送数据的那台主机。我们说平均分配带宽指较长一段时间内的各主机获得的平均带宽。带宽竞争冲突检测/避免机制不能支持多种速率解决共享式以太网存在的问题，提高网络性能的主要思路:J 采用网络分段，将一个大型局域网划分成多个子网J 段与段之间通过一种“交换”设备可以将一段接收到的信息，经过简单的处理转发给另一段。2022-6-2110Mbps 网络交换机网络交换机交换式以太网交换式以太交换式以太网的特性网的特性允许允许多对站点多对站点间间同时通信同时通信 交换式以太网可以与现有的标准以太网和快交换式以太网可以与现有的标准以太网和快速以太网完全兼容，实现无缝连
16、接速以太网完全兼容，实现无缝连接 独占独占传输通道，传输通道，独占带宽独占带宽 高度的可扩展性高度的可扩展性和网络延展性和网络延展性 灵活的接口速度灵活的接口速度 交换式以太网可以交换式以太网可以构建构建“虚拟网络虚拟网络” 交换机v 交换机连接的设交换机连接的设备具有备具有独立冲突独立冲突域域，共享，共享一个广一个广播域播域。100M HUB一个冲突域一个冲突域10M交换机B10M100M100M10M10M100M10M10M100M交换机A10M一个冲突域一个冲突域一个冲突域一个冲突域一个冲突域一个冲突域一个冲突域一个冲突域 以太网交换机通过判断数据帧的目的MAC地址，从而将帧从合适的端
17、口发送出去。冲突域局限于交换机一个端口上交换机 链路层设备 根据帧头部的目的根据帧头部的目的MAC地址地址，将帧单点转发到，将帧单点转发到目的地址对应的端口目的地址对应的端口 学习和维护学习和维护MAC地址地址 当帧转发到当帧转发到LAN网段网段, 用用CSMA/CD 访问访问 LAN网段网段 透明 主机不知道交换机的存在主机不知道交换机的存在 即插即用, 自学习 交换机不需配置交换机不需配置交换机端口独享带宽如果交换机一个端口只连接一个结点，那么这个结点就可以独占整个带宽，这类端口通常被称作“专用端口”；如果一个端口连接一个与端口带宽相同的以太网，那么这个端口将被以太网中的所有结点所共享，这
18、类端口被称为“共享端口”。交换机的数据交换过程举例假定C发送帧到D2022-6-21 C 1v 交换机收到来自交换机收到来自C的帧的帧 C 不在不在表中，表表中，表添加添加记录记录 C: 接口接口1v D不在表中，交换机将帧转发到接口不在表中，交换机将帧转发到接口2和和3v 帧被帧被D收到收到 E接口ABEG1123集线器集线器集线器交换机交换机ABCDFGHI123MAC地址交换机的数据交换过程举例假定D返回数据给C2022-6-21集线器集线器集线器交换机交换机ABCDFGHI123v 交换机收到来自交换机收到来自D的帧的帧 D 不在不在表中，表表中，表添加添加记录记录 D: 接口接口2 表中记录表中记录 C在表中，交换机只将帧转发给接口在表中，交换机只将帧转发给接口1v C收到该帧收到该帧 地址接口ABEGC11231 D 2交换机的数据交换过程举例假定C发送帧到B2022-6-21集线器集线器集线器交换机交换机ABCDFGHI123v 目的端口与源端口相同，丢弃地址接口ABEGCD112312交换机: 流量隔离 同一同一LAN网段的帧通常不会转发到其它网段的帧通常不会转发到其它LAN网段网段 网段保持网段保持独立的冲突域独立的冲突域冲突冲突域域冲突冲突域域集线器集线器集线器交换机交换机冲突冲突域域Thank you!
