第二章 以太网

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,计算机网络工程,华东师范大学,计算机科学与技术系,张卫,计算机网络工程,第一章 概述,第二章 以太网,第三章 广域网和网络接入,第四章 网络的互连,第五章 网络服务的建立,第六章 网络管理,第七章 网络安全技术,第八章 网络的规划和实施,第二章 以太网,以太网的发展,以太网的基本技术,10M,以太网,100M,快速以太网,1G,以太网,以太网交换技术,虚拟局域网,无线局域网,蓝牙技术,2.1,以太网的发展,以太网和,IEEE 802.3,标准,提高发送速率,10Mbps,100Mbps,1Gbps,10Gbps,交换技术,2.2,以太网的基本技术,媒体访问控制技术,数据帧格式,曼彻斯特编码技术,2.2.1,媒体访问控制技术（,1,）,CSMA,（,Carrier Sense Multiple Access,）,1-,坚持,CSMA,非坚持,CSMA,P-,坚持,CSMA,CD,（,Collision Detection,）,2.2.1,媒体访问控制技术（,2,）,帧间隙时间，帧与帧之间的发送间隔,按后退策略延迟发送,设定基本时间片为“冲突时间”,a,T,r a,为冲突时退避等待时间,r,= 12,m,内的一个随机值,m,是本次发送产生的冲突次数，初始值为,0,，检测到冲突后加,1,冲突时间,a,a,2 S / 0.7C,2,Tphy,最小帧长,Lmin,Lmin,R,a,2 R,（,S / 0.7C,Tphy,）,冲突时间的四个作用,检测一次冲突所需的最长时间。即超过了该时间，正在向总线上发送的帧再也不会因遭到冲突而损坏。,确定了帧的“最小帧长度”。,总线上出现的最大帧碎片长度,冲突后帧要重新发送所需的时间延迟计算的基本单位。,2.2.1,媒体访问控制技术（,3,）,2.2.1,媒体访问控制技术（,4,）,帧的发送和接收,2.2.2,数据帧格式,以太网数据帧格式（,Ethernet-II,）,类型值大于等于,600H,802.3/802.2,数据帧格式,长度值小于,600H,2.3 10M,以太网,10M,以太网的连接技术,集线器,网卡,混合以太网的例子,2.3.1 10M,以太网的连接种类（,1,）,以太网命名方式,IEEE 802.3 X TYPE-Y NAME,2.3.1 10M,以太网的连接种类（,2,）,粗缆总线连接方式,10BASE-5,分接头装置,MAU,AUI,电缆（,15,条连接线，,D,型插口和插头）,站点间在粗缆上的最短间距为,2.5,米,较粗的电缆和收发器，为网络的安装和维护带来了不方便,2.3.1 10M,以太网的连接种类（,3,）,细缆总线连接方式,10BASE-2,R9-58,（,50,）的细缆,BNC,头和,T,型连接器,不需要外接收发器,总线的两端应连接终端器,网络连接的可靠性差,2.3.1 10M,以太网的连接种类（,4,）,总线以太网组网,中继器：对信号整形放大，延长传送距离,冲突时间的计算,a,2 S/0.7C,2,Tphy,2 N,Tr,Tr,，中继器延迟时间,5-4-3-2-1,中继规则,双绞线连接方式，,10BASE-T,IEEE 802.3i,标准，用双绞线连接站点和集线器（,HUB,）构成网络,双绞线，由相互绞合的线对组成，,1,到,6,类的六种类型，编号大质量好,双绞线电气性能指标：衰减、近端串扰、阻抗特性、分布电容、直流电阻等,屏蔽双绞线（,STP,）和非屏蔽双绞线（,UTP,）,RJ-45,连接器，接线方式,发送和接收,直通连接和交叉连接,2.3.1 10M,以太网的连接种类（,5,）,2.3.1 10M,以太网的连接种类（,6,）,光纤连接,10BASE-F,光电转换,光发送机和光接收机,2.3.2,集线器（,1,）,星型连接点,共享媒体广播,整形和放大，中继,2.3.2,集线器（,2,）,连接规则,2.3.2,集线器（,3,）,集线器类型,独立,HUB,堆叠式,HUB,机箱式,HUB,2.3.3,网卡,功能,提供与站点主机的接口电路,数据缓存器的管理,数据链路控制和管理,编码和译码,网络信息的收发,分类和选择,网络媒体,计算机总线类型,数据传输速率,安装、配置和测试,需求：生产监测数据的及时反馈,办公楼内安置,7,个工作站,销售科安置,3,台工作站,化验室、选煤车间、仪表车间、调度室、主厂房分别安置一台工作站和电子屏动态显示器,办公楼机房内安置一台服务器,办公楼内的工作站和服务器相对集中，站之间的最大距离未超过,100,米。厂区内其它工作站相对分散，它们之间的最大距离在,1,公里以上。销售科则远离厂区，距离在,1,公里以上。,2.3.4,混合型以太网的例子（,1,）,分析,应用对数据传输量和实时性要求不高,传输距离较远,设计,选用,10Mbps,的总线型和星型结合的混合型以太网拓扑结构,使用,10BASE-5,粗缆总线方式连接化验室、选煤车间、仪表车间、调度室、主厂房的工作站和办公楼内的,HUB,办公楼的,7,台工作站和服务器以星型方式通过非屏蔽双绞线,UTP,连接到,16,口,HUB,上。销售科的工作站用,HUB,以星型方式连接，同时用光纤上连办公楼的,HUB,2.3.4,混合型以太网的例子（,2,）,2.3.4,混合型以太网的例子（,3,）,2.4 100M,快速以太网,IEEE 802.3u,继承,10Mbps,以太网的媒体访问控制子层,CSMA/CD,协议，相同的帧格式及帧大小,快速以太网的结构,自动协商和适应技术,快速以太网组网,2.4.1,快速以太网的结构（,1,）,2.4.1,快速以太网的结构（,2,）,传输速率增大,10,倍、帧际间隙为原来的十分之一,帧格式、冲突时间（,512,位时）、最大传输帧（,1518,字节）、最小传输帧（,64,字节）、地址长度（,6,字节）等都不变,2.4.2,自动协商和适应技术,自动协商原理,10BASE-T,与,100BASE-TX,等在编码方式和信号电平上互不兼容,自动协商逻辑把数据传输速率调节到所有站点都能支持的最快的传输速率,优先级次序：,100BASE-T2,（高）、,100BASE-T4,、,100BASE-TX,和,10BASE-T,自适应技术：端口间,10Mbps,和,100Mbps,传输速率的自动匹配,a,2 S/0.7C,2,T,phy,2 N,T,r,S,0.35C,（,L,min,/R,2,T,phy,2 N,T,r,）,100BASE-TX,用,UTP,直接连接两个站点，则两站点间的最大距离仍为,100,米,用,UTP,通过中继器连接两个站点，则两站点间的中继器最多不能超过两个，站点和中继器的最大距离为,100,米，中继器之间的最大距离为,5,米，因此最大跨距为,205,米。,2.4.3,快速以太网组网（,1,）,2.4.3,快速以太网组网（,2,）,计算机机房,2.5 1G,以太网,IEEE 802.3z,和,IEEE 802.3ab,相同的帧格式和帧长度,1G,以太网的结构和分类,1G,以太网的连接特点,1000BASE-T,的编码技术,帧扩展和帧突发技术,10G,以太网,2.5.1 1G,以太网的结构和分类,2.5.2 1G,以太网的连接特点,只允许配置一个中继器,1000BASE-LX,：,单模光纤或多模光纤,激光波长为,1300nm,62.5m,和,50m,多模光纤时，距离范围在,2,550,米,10m,单模光纤时，距离范围在,2,5000,米,1000BASE-SX,：,多模光纤，不支持单模光纤,激光波长为,800nm,62.5m,多模光纤时，距离范围在,2,275,米,50m,多模光纤时，距离范围在,2,550,米,1000BASE-CX,短距离屏蔽铜缆，不符合,STP,屏蔽双绞线的标准,最大距离是,25,米,机房内高速设备间的连接，高速主干网的连接，配线架上跳线方式连接,1000BASE-T,5,类非屏蔽双绞线,传输距离,100,米。,2.5.3 1000BASE-T,的编码技术,数字信号处理技术,四对传输线,五个电平信号,编码,8,位数据（,5,4,2,8,）,编码,/,解码方法,卷积编码,2.5.4,帧扩展和帧突发技术,最短帧长度保持,64,字节不变，则所允许的媒体长度将影响网络的实用,最短帧长度保持,64,字节不变，则所允许的媒体长度将影响网络的实用,帧扩展技术,帧突发技术,2.5.4,帧扩展和帧突发技术,2.5.5 10G,以太网,802.3ae,万兆光纤以太网,802.3ak,，,10GBase-CX4,，四对双轴铜线，距离不超过,15,米,802.3an,，,10GBase-T,技术标准目前尚未制定,进展？,2.6,以太网交换技术,共享域和平均带宽,以太网交换原理,全双工以太网交换技术,以太网交换机,交换机组网实例,交换机的配置,交换机配置实例,2.6.1,以太网交换原理（,1,）,网桥,侦听每个端口上是否有帧到达。,保存到达帧的源,MAC,地址以及接收它的端口号,查看接收到的每个帧的目的,MAC,地址,站缓冲区中存在该,MAC,地址,源,MAC,地址和目的,MAC,所对应的端口相同，则将该帧丢弃,广播,MAC,地址，或站缓冲区中无此地址，转发该帧到所有其它端口；,网桥阻止一个局域网的报文传输到另外一个局域网中去，让,LAN1,与,LAN2,两个局域网同时进行数据传输，从而缩小了冲突域，增加了网络的带宽。,2.6.1,以太网交换原理（,2,）,双重链路（冗余链路）,重复数据帧的产生,循环数据帧的产生,广播数据帧的产生,生成树协议（,Spanning-Tree Protocol,，,IEEE 802.1d,）,在存在冗余链路的情况下，在网络中标识出一条无环链路，作为工作链路，并临时关闭非工作链路中的网桥端口。,当网络中任何一条链路的状态发生变化时，网桥将根据生成树协议重新计算是否因为链路状态的改变而出现新的回路。,如果工作链路出现了故障导致帧不能通过，生成树协议将重新计算出一条新的无环链路，并打开临时关闭的网桥端口。,2.6.1,以太网交换原理（,3,）,交换机的每个端口均可被看成是一个网桥,网桥的一端作为交换机的端口连接独立的网络,高速的背板总线实现各端口之间数据帧的转发,从一个端口接收到帧后，根据帧所包含的目的,MAC,地址选择目的端口进行转发,交换机维护一个端口地址表，记录每个端口上所连接的网络中的计算机的,MAC,地址,2.6.2,全双工以太网交换技术,在一条网络链路上同时进行数据接收和发送,2.6.3,以太网交换机（,1,）,交换机的工作原理,存储转发交换方式,直通交换方式,交换机的结构,软件交换结构,矩阵交换结构,总线交换结构,共享存储器交换结构,2.6.3,以太网交换机（,2,）,端口,地址表的大小,端口的自适应能力,全双工端口,模块的热插拔,流量控制,100Mbps,的端口向,10Mbps,的端口发送报文的速度,多个端口集中访问某个端口,利用缓冲区,丢弃策略,转发延时,超大帧的处理，分割或丢弃,端口的捆绑,交换机的类型,交换端口速度，可以分为,10M,交换机、,100M,交换机、,1000M,交换机,交换机的架构，可以分为单台式交换机、堆叠式交换机、模块式交换机等。,网络构成方式，核心层交换机、汇聚层交换机和接入层交换机。,交换机所完成的功能在,OSI,参考模型中的层次，第二层（,L2,）交换机，第三层（,L3,）交换机，第四层（,L4,）交换机,2.6.3,以太网交换机（,3,）,2.6.4,交换机组网实例,某高校校园网中一部分,2.6.5,交换机的配置,如何访问交换机。,交换机管理基础,交换机的基本配置,交换端口的配置,生成树协议的设置,2.7,虚拟局域网,VLAN,VLAN,技术概述,VLAN,的交换方式,VLAN,的标准和协议,VLAN,的划分方式,交换机中,VLAN,的配置,2.7.1 VLAN,技术概述,VLAN,技术：利用交换机对帧传输的控制能力，在网络的物理拓扑结构基础上建立多个逻辑网络,VLAN,的作用,隔离网络广播帧（第二层的广播）,计算机不受物理位置影响,增强了网络的安全性,提高网络性能,2.7.2 VLAN,的交换方式,端口交换,交换机上的所有端口划分成若干个共享式的互相独立的,VLAN,帧交换,每个端口可以被分配给任何,VLAN,，即在网络系统中形成了若干个,VLAN,。,端口若接收到一个广播帧，则该帧只能在该端口所属的,VLAN,中转发到其它端口,2.7.3 VLAN,的标准和协议,IEEE 802.10,标准,安全性方面的标准，定义了一个单独的协议数据单元，插在,MAC,的帧头和数据区域之间。可用作,VLAN,的标识域,基于,IEEE 802.10,标准的,VLAN,技术并不完全兼容。,IEEE 802.1Q,标准,VLAN,互操作性的标准,规定,VLAN,中,MAC,帧的格式，制定了诸如帧发送及校验、回路检测、对,QoS,参数的支持以及对网管系统的支持等。,Cisco ISL,协议,对,IEEE 802.1Q,进行补充，提高数据传输效率,2.7.4 VLAN,的划分方式,基于端口的划分,VLAN,被理解为交换机端口的集合,VLAN,中的端口可以来自不同的交换机,一个端口上的所有计算机都属于一个,VLAN,基于,MAC,地址的划分,VLAN,是一张,MAC,清单,物理位置移动不改变其,VLAN,VLAN,成员策略服务器,VMPS,提供,MAC,地址到,VLAN,成员关系的关联,基于网络层的,VLAN,相同网络层协议的主机,相同端口上的计算机可属于不同,VLAN,2.7.5,交换机中,VLAN,的配置,VLAN,集中式管理和非集中式管理,成员端口的管理,2.8,无线局域网,数据的无线传输,无线局域网技术和标准,802.11,无线局域网的网络结构,802.11,的媒体访问协议,ETSI BRAN,的,HiperLAN2,无线局域网,2.8.1,数据的无线传输,无线电频率的使用分为管制和非管制两种,三个非管制频段：,902-928MHz,（,UHF ISM,）蜂窝移动通信系统,2.4-2.5GHz,（,S-Band ISM,）家用微波炉, 802.11,无线局域网,802.11,的直序频谱扩展技术把整个频段划分成,14,个频道,2.8.2,无线局域网标准,无线局域网,802.11,标准,公用的,MAC,层标准（,IEEE802.11,）,多个速率和技术各不相同的物理层标准,IEEE802.11,，,2Mbps,IEEE802.11b,，,11Mbps,、,5.5Mbps,、,2Mbps,、,1Mbps,IEEE802.11a,，,54Mbps,IEEE802.11g,，各种速率（,1Mbps54Mbps,）,2.8.3 802.11WLAN,的网络结构,(1),WLAN,的四个部件,工作站,接入点,AP,分发系统,无线介质,2.8.3 802.11WLAN,的网络结构,(2),基本服务集,BSS,点对点直接通讯,Infrastructure,基本服务集,IBSS,延伸服务集,ESS,2.8.4 802.11,的媒体访问协议,分布访问机制,DCF,最基本的媒体访问机制，类似于,CSMA/CD,集中访问机制,PCF,某个控制节点用轮询的方法集中控制其它工作站无竞争地对媒体访问,协议架构,