01- 以太网 基础知识

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以太网基本技术－CSMA/CD
CS：载波侦听。
在发送数据之前进行监听，以确保线路空闲，减少冲突的机会。
MA：多址访问。
每个站点发送的数据，可以同时被多个站点接收。 CD：冲突检测。 边发送边检测，发现冲突就停止发送，然后延迟一个随机时间之后继续 发送。
冲突的检测： 由于两个站点同时发送信号，经过叠加后，会使线路上电压的摆动值 超过正常值一倍。据此可判断冲突的产生。
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★ 封建社会
L2的出现 1、以太网基本帧结构 2、L2的基本工作原理 3、STP（生成树）的基本思想
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以太网的MAC地址
MAC地址有48位，但它通常被表示为12位的点分十六进制数。 MAC地址举例：00.e0.fc.39.80.34 MAC地址全球唯一，由IEEE对这些地址进行管理和分配。每个地址由两部分 组成，分别是供应商代码和序列号。其中前24位二进制代表该供应商代码。剩下 的24位由厂商自己分配。 例如华为设备的MAC的前24位就是00.e0.fc 如果48位全是1，则表明该地址是广播地址。 如果第8位是1，则表示该地址是组播地址。
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HUB基本特点和面临的问题
HUB的特点：
1、在物理上是星形结构的，逻辑上为总线结构，各网卡采用CSMA/CD技
术对其总线进行访问，扩展共享介质局域网。 2、 HUB根据提供的接口不同，可以分为I类和II类。传统HUB仅支持半双
工，根据型号不同，速率有10M/100M。目前使用最多的是10M半双工的。
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以太网基本技术－CSMA/CD
共享介质的灵魂－CSMA/CD（带碰撞检测的载波监听多路访问）原理：
1、终端设备不停的检测共享线路的状态，只有在空闲的时候才发送数据， 如果线路不空闲则一直等待。 2、发送过程中，若其他设备也同时发送数据，则其发送 的数据必然产生 碰撞，导致线路上的信号不稳定，终端设备检测到这种不稳定之后， 马上停止发送自己的数据，然后再发送一连串干扰脉冲，然后等待一段 时间之后再进行发送。 缺点：带宽窄，冲突检测机制，传输时间必须大于延迟时间导致物理长度 限制－51.2us的冲突检测窗口，1位在2500m，加上四个中继器的往返时间。 帧长最小字 节数64，刚好512位。
6 目的MA C
6 源MA C
2 报文长度
1
1
1
3
2 协议类型
38 -- 14 92 数据
4 FC S
0x AA 0x AA CT L OC
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数据链路层－以太网帧结构
Length/Type值 含义 代表了该帧的类型 代表了该帧的长度
Ethernet_II IEEE的802.3
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3
★ 原始社会
以太网起源 1、以太网起源和目标 2、以太网基本技术－CSMA/CD 3、以太网基本技术－物理介质（同轴电缆）
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以太网起源和目标
以太网起源：
起源于Xerox公司的一个实验网，该实验网络的目的是把几台个人
计算机以3M的速率连接起来。由于该实验网络的突出表现，DEC，
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以太网社会发展简史
★ ★ ★ ★ ★ ★ 以太网起源（原始社会） HUB出现（奴隶社会） L2出现（封建社会） VLAN出现（资本主义社会） L3出现（社会主义社会） GE/10GE 出现（共产主义社会）
思考：为什么不把R3（路由器）做为一个社会阶段呢？
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0000000 1 10111011 00111010 10111010 10111110 10101000
第8位是1，表示该地址是组播地址
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数据链路层－MAC子层/MAC地址
MAC地址是一个（）比特的数字。
1、物理MAC地址：这种类型的MAC地址唯一的标识了以太网上的一个
在上古时代，人们使用一种称为抽头的设备建立与同轴电缆的连接。须用 特殊的工具在同轴电缆里挖一个小洞，然后将抽头接入。此项工作存在一 定的风险：因为任何疏忽，都有可能使电缆的中心导体与屏蔽层短接，导 致这个网络段的崩溃。同轴电缆的致命缺陷是：电缆上的设备是串连的， 单点的故障可以导致这个网络的崩溃。
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终端（比如网卡等），实际上这样的地址是固化在硬件ROM里面的； 2、广播MAC地址是（）
3、组播MAC地址（），这是一个（）﹤逻辑or物理﹥的MAC地址。
例如：00-10-a4-ab-21-ca是（）类型的MAC地址？ 10-80-00-3d-44-3a是（）类型的MAC地址？
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面临的问题： 冲突域：在网络中，数据分组传播，产生冲突的区域。 HUB扩展了冲突域的范围，但是不能对业务流量进行过滤，如果网络过大，
影响了网络性能，必须对冲突域进行分段。
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HUB的冲突域
HUB对所连接的LAN只做信号的中继，所有的物理设备构成了一个冲突域
价格低廉，只有同轴电缆的几分之一 制作简单，成功率高 收发使用不同的线缆，为实现全双工奠定了物 质基础 逻辑拓扑依旧是总线的，但物理拓扑变为星形， 使单段线缆的故障不会影响到这个网络。
10BASE-T:采用电话双绞线的IEEE 802.3 10Mb/s物理层规格
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HUB的出现 1、以太网基本技术－物理介质（双绞线） 2、以太网基本技术－全双工 3、HUB的工作原理
4、以太网基本技术－自协商
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物理介质－从同轴电缆到双绞线
80年代末期，非屏蔽双绞线（UTP）出现，并迅速得到广 泛的应用。UTP的巨大优势在于：

101001010111000101001101010101…... 出去的编码格式称为基页。
如果接收到对方的基页，则跟自
己发送的基页比较，找出支持能力
的交集，选取最优组合运行。 思考：为什么对接时一端自协商，一端固定模式会有问题？
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HUB （奴隶社会）的主要矛盾
原始社会的主要矛盾
原始社会中没有阶级关系，所有的主机都以平等的地位连接到 同轴电缆上，但如果以太网中主机数目较多，则存在以下严重 问题： ♀ 介质可靠性差 ♀ 冲突严重 ♀ 广播泛滥 ♀ 无任何安全性
其中介质可靠性差是原始社会的主要社会矛盾。
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★ 奴隶社会
HUB设备工作模型：
应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 链路层 物理层 物理层 物理层 应用层 表示层 会话层 传输层
HUB
网络层 链路层 物理层
仅仅是物理上的连接设备
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HUB工作原理
HUB设备工作原理：
1
2
3
4
5
OUT IN
OUT
OUT
OUT
所有的HUB都是半双工的 HUB仅仅改变了以太网的物理拓扑
以太网基本技术－全双工以太网
全双工以太网： 1990年，基于双绞线介质的10BAST-T以太网，这是以太网历史上
一次最重要的革命。
提高灵活性和降低了成本，而且引入全双工模式。 全双工的出现，加大了带宽利用率，使走出了CSMA/CD的模式。
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HUB工作模型
Intel，Xerox三家公司最终在1980年发布了第一个以太网协议标准建议 书。 该建议书的核心思想是：在一个10M带宽的共享物理介质上，把最 多1024个计算机和其他数字设备进行连接，当然，这些设备之间的距离 不能太大（最大2.5公里）。
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以太网起源和目标
其中冲突严重是奴隶社会的主要社会矛盾，当时的 社会生产力非常低下。
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总结与思考
LAN Switch
如图：各PC机安装了10/100M自适应网卡， 交换机支持10/100M自动协商，HUB为 10M，请问： HUB 1、PC-A和交换机之间工作在什么方式？ 2、PC-B和HUB之间工作在什么方式？ 3、HUB和交换机之间工作在什么方式？
以太网通信的原则： 同一时刻只能有一台主机在发送，但可以有多台主机 同时接收——广播；如果一个以太网报文被完全发送出去 则在链路上肯定不会发生冲突，即理论上不再需要发送第 二次。
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古老的传输介质
10Base5：粗同轴电缆（5代表电缆的字段 长度是500米） 10Base2：细同轴电缆（2代表电缆的字段 长度是200米）
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最小帧长与最大传输距离
最大传输距离：通常由线路质量、信号衰减程度等因素决定。 最小帧长（64字节）：由最大传输距离和冲突检测机制共同决定。 规定最小帧长是为了避免这种情况发生：某站点已经将一个数据包的最后一个 BIT发送完毕，但这个报文的第一个BIT还没有传送到距离很远的一个站点。 而站点认为线路空闲而发送数据，导致冲突。
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以太网基本技术－自协商
以太网的接口速率有10M和100M（后继出现
1000M、10G），端口模式有半双工（后继出现
全双工），如果对每个接入网络的设备进行配置， 则必然是一项很繁重的工作，而且不容易维护 ， 怎么办？
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从奴隶社会开始，以太网中第一次出现了阶级的概念：统治阶级和被统治 阶级。被统治阶级通常是生产者（主机），网络中的流量只要由生产者产 生。统治阶级通常指网络中的连接和交换设备（HUB），虽然他们不从事 生产劳动，但却对劳动果实有分配权。 奴隶社会存在如下社会矛盾： ♀ 冲突严重 ♀ 广播泛滥 ♀ 无任何安全性
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以太网基本技术－自协商
自协商的基础：一种底层的以太网机制。
16ms
每个大脉冲插入16小脉冲
……
使用1ms的脉冲来携带自动协商信息。
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以太网基本技术－自协商
编码支持能力：
运行速率 双工模式 流量控制 …...
系统建立链路连接时候，首先检 测自动协商标志，如果允许，则从 配置寄存器读出支持模式标志，编 码后通过空闲脉冲发送出去。发送
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几种主要的以太网帧结构
Etherne_II 6 目的MA C 6 源MA C 2 协议类型 46 -- 15 00 数据 Ethernet_802.3 6 目的MA C 6 源MA C 2 报文长度 1 1 1 43 -- 14 97 数据 4 FC S 4 FC S
DS AP SS AP CT L Ethernet_SNAP
以太网的目标：
简明和成本低
兼容性：对网络层协议的兼容性。
寻址灵活：应该有一种机制来确定网络中的一台计算机、全部计
算机或一组计算机－MAC地址。
公平高速：各个终端应该公平的享有带宽－CSMA/CD，高速－
数据链路层－无连接，尽力传送-“best－effort”
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Type > 1500 Length <= 1500
关于Length/Type，对于Ethernet_II，它的值通常为0x0800（表示后面 数据为IP）。目前我们大部分计算机网卡只支持这种帧结构。
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Ethernet_II帧结构
64到1518字节
7(字节) 1 6 6 2 类型 46-1500 帧数据 0-46 填充 4 CRC校验 包间隙 包间隙 前同步码 帧首定节符 目的地址 源地址
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课程目标
经过该课程后，学员应该掌握以下内容：
◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ 了解以太网起源和基本技术 理解以太网数据链路层及以太网帧格式 理解以太网交换机的实现方法 理解VLAN的含义及应用 了解生成树的实现方式 了解组播的实现方式
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