第6章 交换型以太网与全双工以太网组网技术PPT课件

第6章 数据交换技术
在以上的章节中，我们先后学习了固定和移动电话网络，这些电话网都是针 对语音业务而建设的，并不适合数据业务。但是，随着数据业务的飞速增 长，人们对数据网络的需求也日渐凸显。本章介绍了几种数据网络的交换 方式。虽然有的技术已经时过境迁，但这些技术对以后出台的技术有着深 远的影响。
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的数据中提取出有价值的信息，这是对信息处理技术的一大 挑战。
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(4)处理速度快(Velocity)。 • 现在的数据流量从PB级至EB级不等，并呈快速增长趋势。因
此，不仅要求网络能够从这些海量的数据中提取数据，而且 对提取速度的快慢也提出更苛刻的要求。
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6.2 分组交换技术 • 6.2.1 分组交换的概念
网，所选择的基本交换方式，也是下一代网络的主要形式。 • 分组交换方式又可分为虚电路和数据报两种交换方式，如图6.1所
示。
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1．虚电路（Virtual Circuit） • (1) 也有呼叫建立、数据传输和释放清除三个阶段。
(2) • 由于路径是预先建好的，因此传输过程中，不再进行路由选
择。
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• 而且，由于没有第3层，帧中继的帧直接通过交换机，也就是说，交换机在帧的尾部还 未收到之前，就可以把帧的头部发送给下一个交换机，因而被称为流水线方式。一旦出 错，网络不负责纠错、立即丢弃，由高层协议发出重传请求，然后由智能化用户端(如 计算机)负责重传。这样一来，花费的时间要比X.25多，因而帧中继仅在误码率极低的 网络(如光缆)中才可行。图6.5对比 了分组交换网与帧中继的确认方式，从中可以看到： 分组交换网每传输一次数据均需反馈证实，而帧中继这省略了的未来之星 – 数据通信是以“数据”为业务的通信系统，数据是预先约 定好的具有某种含义的数字、字母或符号以及它们的组合。 数据通信是计算机和通信相结合的产物。随着计算机技术 的广泛普及与计算机远程信息处理应用的发展，数据通信 应运而生， – 以TCP/IP为基础的数据网将成为未来电信网的基础承载网 络。那么数据网中常用的交换方式有哪些？它们有什么不 同？ 3

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（全1）
3、组播MAC地址（第8位为1），这是一个（逻辑）﹤逻辑or物理﹥
的MAC地址。 例如：00-10-a4-ab-21-ca是（单波）类型的MAC地址？ 10-80-00-3d-44-3a是（单波）类型的MAC地址？
. .
交换机接收到数据帧后，根据目的 地址查询CAM，找到出口后，把 数据包从该出口集合发送出去。
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全双工就是解放生产力！
实现全双工的物质保证： 支持全双工的网卡芯片＋收发线路完全分离物理介质＋点 到点的连接（HUB都是半双工的）。 全双工对以太网技术的影响 最大吞吐量达到双倍速率； 从根本上解决了以太网的冲突问题，以太网从此告别 CSMA/CD。 支持全双工的设备 最近10年制造的网卡、L2、路由器，HUB除外。
D S AP S S AP
Ethernet_SNAP 6 目的 MAC 6 源MAC 2 报文长度 1 1 1 CTL 3 OC 2 协议类型 3 8 -- 1 4 9 2 数据 4 FCS
0 x AA 0 x AA
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Ethernet_II帧结构
64到1518字节
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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。

它对应着OSI/RM中的下两层：物理 层和数据链路层。
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2）互联网层功能
因特网是由大量的异构网络组合而成的，如 果两台主机处于不同的网络上，则数据需要经 过多个互连的网络完成正确的传输，这就是互 联网层完成的主要功能，通过互联网层将异构 网络连接起来。
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IP分组格式
➢ 版本（4bit） 指IP协议的版本。通信双方进行通信时使用的IP协议版
本号必须一致，目前广泛使用的IP协议版本是第四板 （IPv4），IP协议的最新版本是IPv6。
➢分组头长度（4bit） 表示分组头长度（以4字节为1单位），该字段表示的最
大为15, IP分组头的最大长度为60字节；最小为5，最常用 的分组头长度为20。当IP分组头长度不是4字节的整数倍时， 必须使用填充字段加以填充，使得IP分组头的长度保持为4 字节的整数倍。
➢总长度（16bit） 表示IP分组的总长度，包括分组头和数据两部分，单
位是字节，因此IP分组的最大长度为65535字节。
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IP分组格式
➢ 标识（16bit），标志（3bit），片偏移（13bit） IP分组通过数据链路层传输时，不同的数据链路
➢TCP协议是面向连接的通信，保证数据传 输的顺序。 ➢UDP协议是无连接的通信，是一种尽力而 为（best effort）传输。
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4）应用层协议
➢文件传输协议FTP ➢域名服务DNS ➢超文本传输协议HTTP ➢简单邮件传输协议SMTP ➢简单网络管理协议SNMP

➢收到组播帧，向广播域中除源 端口外的属于组成员的其它所有 端口转发
➢收到单播帧，若其目的MAC不 在MAC地址表中，泛洪处理
➢收到单播帧，若（在MAC表中 ）其目的MAC与源MAC在同一冲 突域，丢弃该帧
➢收到单播帧，若（在MAC表中 ）其目的MAC与源MAC不在同一 冲突域，向指定端口转发
根据帧的宿MAC地址查找MAC地址表 不向源端口转发 MAC表中找不到则向其它所有端口转发
共享式以太网
• 网络中所有主机的收发都依赖于同一套物理介质，即共享介质 。
• 同一时刻只能有一台主机在发送，各主机通过遵循CSMA/CD 规则来保证网络的正常通讯。
发送
监听
监听
监听
交换式以太网
扩展了网络带宽。 分割了网络冲突域，使得网络冲突被限制在最小的范围内。 交换机作为更加智能的交换设备，能够提供更多用户所要求的功能
• The frame from station A to station C is flooded out to all ports except port E0 (unknown unicasts are flooded)
地址学习（续）
A
0260.8c01.1111
C
0260.8c01.2222
• 在MAC地址表中查找数据帧中的目的MAC地址，如果找到就将 该数据帧发送到相应的端口（不包括源端口）；如果找不到，就 向所有的端口泛洪（不包括源端口 ）；
• 向所有端口泛洪广播帧和组播帧（不包括源端口 ）。
地址学习
MAC address table
A
0260.8c01.1111
E0
C
E2
0260.8c01.2222
端口汇聚

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总结 (续)
▪ 交换机提供设备间专用的通信通道、支持多个并发的会话、全双工 通信以及介质速率适配等功能，与网桥对比能够更好地消除网络拥 塞。
▪ 交换机工作在OSI模型的第二层，分析进入的数据帧并根据目标 MAC地址进行转发、过滤或泛洪。交换机能够在2个或更多的局域 网分段间转发数据帧，它增加了冲突域的数量。
▪ 用户按照物理位置进行分组 ▪ 网络中存在更多的交换机 ▪ 交换机间使用高速的链路互连
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VLAN概述
▪ 分段 ▪ 灵活性 ▪ 安全性
VLAN = 广播域(Broadcast Domain) = 逻辑网络(子网)
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总结
▪ 更高的端口密度 ▪ 更大的数据帧缓冲区 ▪ 支持不同的端口速率 ▪ 快速的内部交换 ▪ 交换模式:
– 直通转发(Cut-through) – 存储转发(Store-and-forward) – 无碎片转发(Fragment-free)
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局域网交换机的特性
交换式LAN技术
以太网局域网
网络拥塞
▪ 高性能的PC ▪ 更多的网络数据 ▪ 带宽密集的应用
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网桥(Bridge)
▪ 工作在OSI模型的第二层 ▪ 转发、过滤或泛洪数据帧 ▪ 更少的端口 GOLDTE▪CH转| 金发科较集团慢-教育培训部
局域网交换机(LAN Switch)
设备间专用的通信通道
多个并行的会话
全双工通信
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介质速率适配
交换机
▪ 工作在OSI模型的第二层 ▪ 转发、过滤或泛洪数据帧 ▪ 更多的端口 ▪ 转发快速

5.3.3 快速以太网组网方法
1. 基本的硬件设备
• 快速以太网组网方法与普通的以太网组网方法基本 相同。要组建快速以太网，需要使用以下基本硬件 设备：
• 100 Mbps集线器或100 Mbps以太网交换机；
• 10 Mbps集线器；
• 10 Mbps以太网卡、100 Mbps以太网卡或10/100 Mbps以太网卡；
3. 智能大楼概念的提出
• 随着建筑物结构化布线系统的应用，近几年来出现 了一个新的概念，这就是智能大楼。智能大楼的概 念是随着计算机与现代通信技术的迅速发展，以及 人们对信息共享的强烈需求而产生的。它是将计算 机通信、信息服务和大楼安全监控集成在一个系统 中。最早的智能大楼可以追溯到1984年。当时，美 国的哈特福特市对一座旧式大楼进行了改造，他们 在这幢大楼内安装了局域网，同时对大楼的空调、 电梯、照明、防火、防盗等设施采用计算机进行监 控。在设计大楼传输线路时，他们将局域网布线系 统与大楼安全监控的信息传输线路集成在一起。这 项工程引起了人们的高度重视，从此世界上许多国
• 1000 Mbps以太网交换机；
• 1000 Mbps以太网卡；
• 100 Mbps以太网交换机或100 Mbps集线器；
• 10 Mbps以太网卡、100 Mbps以太网卡或10/100 Mbps以太网卡；
• 双绞线或光缆。
• 1000 BASE—T标准使用5类非屏蔽双绞线，双绞线 长度可以达到100 m；1000 BASE—LX标准使用单 模 光 纤 ， 光 纤 长 度 可 以 达 到 3000 m ； 而 1000 BASE—SX标准使用多模光纤，光纤长度可以达到 300～550 m。
• (3) 楼宇自动化系统（BA）
• 楼宇自动化系统采用传感器、监控设备、计算机， 对大楼的电力、空调、电梯、供水与排水、防火及 防盗等设施，实行全自动的综合监控与管理。它包 括楼宇自动化管理、出入管理、身份卡识别系统、 防盗保安系统、防火系统以及各种设备监控系统。 对现代化大楼来说，这些系统都是必备的。楼宇自

Dest.
Src. Len
address (6B) Address (6B) (2B)
数据字段 (LLC)
Pad
FCS (4 B)
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以太网
目的地址 (6B)
源地址 Len
Data field
(6B) (2B) (Logical link control)
Pad
FCS (4 B)
3) 两个地址 § 目的地址和源地址都允许为2字节或6字节，但在
以太网
一、 IEEE 802.3标准及以太网
§ 802.3协议使用于1-持续的CSMA/CD局域网 § 以太网使用CSMA/CD技术、采用总线结构
以太网的发展简史
ü 1980年9月提出以太网蓝皮书，DIX以太网1.0规范
ü 1981年6月IEEE802.3委员会成立
ü 1983年推出IEEE 10BASE-5规范
01-80-C2-00-00-00
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以太网
三、以太网（Ethernet）特点
§ 占统治地位的有线局域网 § 第一个广泛使用的局域网形式 § 比令牌网、 ATM更简便且价廉 § 网速覆盖了10 Mbps – 10 Gbps
Metcalfe提出的 以太网草稿
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以太网
1. 不可靠、无连接的服务 § 无连接：收发双方之间不存在握手协议 § 不可靠：接收方不发送确认或否认信息
1) 前导字段
§ 7个字节的10101010，实际上下一个字符也是前导字段， 只是最后的两位为1，表示紧接着的是真正的MAC帧
§ 7个字节的10101010的曼切斯特编码将产生10MHz，持 续5. 6 s的方波，周期为0.1s，可用于时钟同步
2) 数据字段长度和校验和

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STP
干预STP选举根网桥，通过修改设备的优先级达 到指定设备成为根网桥，可以把SW2选举成根网 桥。
登录SW2进行如下操作： SW2>en SW2#conf t SW2(config)#spanning-tree vlan 1 priority 4096
//设置在STP协议中valn 1的优先级为4096，在这 里没有配置vlan所以用vlan 1. SW2(config)#exit SW2#sh spanning-tr
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配置实例（续二）
配置R1： R1(config)#int fa0/0 //进入接口fa/0 R1(config-if)#no sh //开启fa0/0 R1(config-if)#exit //退出接口模式 R1(config)#int fa0/0.10 //接入子接口fa0/0.10 R1(config-subif)#encapsulation dot1q 10 //封装802.1Q协议,并将子接口
SW1(config-if)#exit //退出接口 16
配置实例（续二）
SW2配置： SW2(config)#spanning-tr portfast bpdu SW2(config)#spanning-tr backbonefast SW2(config)#int fa0/0 SW2(config-if)#no spanning-tr portfast SW2(config-if)#exit SW2(config)#int fa0/1 SW2(config-if)#no spanning-tr portfast SW2(config-if)#end
dot1q SW1(config-if-range)#switchport mode trunk SW1(config-if-range)#no sh SW1(config-if-range)#end