完整版以太网交换机基础培训教材.docx

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以太网交换机基础培训教材

Catalog目录

图索引

表索引

以太网交换机基础培训教材

Keywords关键词：

以太网，交换机，LAN，VLAN，IRF

Abstract摘要：

本文介绍以太网交换机的相关知识和基本原理。

主要包括：

1）以太网交换机基础知识；2）二、三层交换机的基本原理和转发流程；3）以太网交换机常用特性和技术。

Listofabbreviations缩略语清单：

Abbreviations缩略语

Fullspelling英文全名

Chineseexplanation中文解释

POE

PowerOverEthernet

以太网供电

IVL

IndependentVlanLearning

独立vlan学习

SVL

SharingVlanLearning

共享vlan学习

VLAN

VirtualLocalAreaNetwork

虚拟局域网

GVRP

GenericVlanRegistrationProtocol

通用vlan注册协议

RSTP

RapidSpanningTreeProtocol

快速生成树协议

MSTP

MultipleSpanningTreeProtocol

多实例生成树协议

LACP

LinkAggregationControlProtocol

链路聚合控制协议

DHCP

DynamicHostConfigurationProtocol

动态主机配置协议

NTP

NetworkTimeProtocol

网络时间协议

VRRP

VirtualRouterRedundancyProtocol

虚拟路由冗余协议

RIP

RoutingInformationProtocol

路由信息协议

OSPF

OpenShortestPathFirst

开放最短路径优先

IS-IS

IntermediateSystem-to-IntermediateSystemintra-domainroutinginformationexchangeprotocol

IS-IS路由协议

BGP

BorderGatewayProtocol

边界网关协议

IGMP

InternetGroupManagementProtocol

Internet组管理协议

IGMPSnooping

InternetGroupManagementProtocolSnooping

IGMP侦听

GMRP

GenericMulticastRegistrationProtocol

通用组播注册协议

PIM-DM

ProtocolIndependentMulticast-DenseMode

密集模式协议无关组播

PIM-SM

ProtocolIndependentMulticast-SparseMode

稀疏模式协议无关组播

MSDP

MulticastSourceDiscoveryProtocol

组播源发现协议

WRED

WeightedRandomEarlyDetection

加权随机早期检测

CHAP

ChallengeHandshakeAuthenticationProtocol

质询握手验证协议

PAP

PasswordAuthenticationProtocol

密码验证协议

EAP

ExtensibleAuthenticationProtocol

可扩展认证协议

SSH

SecureShell

安全外壳

IDS

IntrusionDetectionSystem

入侵检测系统

RMON

RemoteMONitor

远程监控

HGMP

HuaweiGroupManagementProtocol

华为组管理协议

NDP

NeighborDiscoveryProtocol

邻居发现协议

IRF

IntelligentResilientFramework

智能弹性架构

1以太网概述

以太网是在70年代初期由Xerox公司PaloAlto研究中心推出的。

1979年Xerox、Intel和DEC公司正式发布了DIX版本的以太网规范，1983年IEEE802.3标准正式发布。

初期的以太网是基于同轴电缆的，到八十年代末期基于双绞线的以太网完成了标准化工作，即我们常说的10BASE-T。

随着市场的推动，以太网的发展越来越迅速，应用也越来越广泛。

下面简单列一下以太网的发展历程：

✧70年代初，以太网产生；

✧1929年，DEC、Intel、Xerox成立联盟，推出DIX以太网规范；

✧1980年，IEEE成立了802.3工作组；

✧1983年，第一个IEEE802.3标准通过并正式发布

✧通过80年代的应用，10Mb/s以太网基本发展成熟

✧1990年，基于双绞线介质的10BASE-T标准和IEEE802.1D网桥标准发布

✧90年代，LAN交换机出现，逐步淘汰共享式网桥

✧1992年，出现了100Mb/s快速以太网

✧通过100BASE-T标准（IEEE802.3u）

✧全双工以太网（IEEE97）

✧千兆以太网开始迅速发展（96）

✧1000Mb/s千兆以太网标准问世（IEEE802.3z/ab）

✧IEEE802.1Q和802.1P标准出现（98）

✧10GE以太网工作组成立（IEEE802.3ae）

2以太网的基础知识

以太网是一种能够使计算机进行相互传递信息的介质，它利用二进制位形成一个个的字节，这些字节然后组合成一帧帧的数据。

帧有一个起点，我们称之为帧头；也有终点，我们称之为作帧尾。

以太网由许多物理网段组合而成，每个网段包括一些导线和与导线相连的网络设备。

以太网上有很多网络设备，每个设备都会接收到各种各样的帧信息。

那么，设备怎样才能知道帧是否是直接对它进行访问呢？

其实，在每个帧报头中，都包含有一个目地介质访问控制地址（MAC）和一个源MAC地址，目的MAC地址就可以告诉网络设备帧是否是对它进行直接访问。

如果设备发现帧的目的MAC地址与自己的MAC不匹配，设备将对不处理该帧。

2.1MAC地址

MAC地址有48位，它可以转换成12位的十六进制数，参见图1。

这个数分成三组，每组有四个数字，中间以点分开。

MAC地址有时也称为点分十六进制数。

为了确保MAC地址的唯一性，IEEE对这些地址进行管理。

每个地址由两部分组成，分别是供应商代码和序列号。

供应商代码代表NIC（网络接口卡）制造商的名称，它占用MAC的前六位12进制数字，即24位二进制数字。

序列号由供

应商管理，它占用剩余的6位地址，或最后的24位二进制数字。

图1MAC地址

从实际使用的角度看，以太网的MAC地址可以分为三类，分别是单播地址、多播地址、广播地

址：

•单播地址：

第一字节最低位为0，00e0.fc00.0006。

用于网段中两个特定设备之间的通信，可以作为以太网帧的源和目的MAC地址；

•多播地址：

第一字节最低位为1，01e0.fc00.0006。

用于网段中一个设备和其他多个设备通信，只能作为以太网帧的目的MAC；

•广播地址：

48位全1，ffff.ffff.ffff。

用于网段中一个设备和其他所有设备通信，只能作为以太网帧的目的MAC。

2.2以太网帧的帧格式

对MAC地址有一个基本认识后，我们有必要进一步了解以太网帧的帧格式是怎么样的？

有哪几

种常用的帧格式？

下图就是目前常用几种以太网帧格式。

图2常用的以太网帧格式

2.2.1以太网Ⅱ

帧头的作用是标识封装在帧中的第3层信息包的类型。

以太网Ⅱ使用类型字段，其长度为2个字节。

这种帧格式是目前最常用的以太网帧格式。

2.2.2带有802.2逻辑链路控制的IEEE802.3

IEEE基于原始的以太网Ⅱ帧来设计自己的以太网帧类型。

IEEE802.3的以太网帧报头和以太网Ⅱ的帧报头非常相似，不过其类型字段的长度有所变化，它增加了一个称作逻辑链路控制（LLC）的字段。

LLC用来识别信息包中使用的第3层协议。

LLC报头或IEEE报头都包含DSAP（destinationserviceaccesspoint，目的服务访问点）、SSAP（sourceserviceaccesspoint，源服务访问点）和控制字段。

DSAP和SSAP合并后就可标识第3层协议的类型。

2.2.3IEEE802.3子网访问协议（以太网SNAP）

80年代中期，以太网非常流行，IEEE担心它将使用完所有的DSAP和SSAP编码，所以就定义了一种新的帧格式。

这种帧格式称为以太网子网访问协议，有时候也称为以太网SNAP。

这种格式的帧报头以“AA”取代DSAP和SSAP。

在DSAP和SSAP字段中出现“AA”时，帧是一个以太网SNAP帧。

这时，第3层协议将在OUI（Organizationaluniqueidentifier，组织唯一标识）字段后的类型字段中表示。

QUI是一个6位的十六进制数，它可以唯一地标识一个组织。

IEEE对QUI进行赋值。

2.2.4Novell以太网

Novell以太网帧类型只适用于IPX通信。

Novell以前没有考虑IPX将附属于其他第3层协议。

所以，也就没有必要用字段来识别第3层协议。

如果你运行的是Novell网络，就可以使用IPX。

Novell以太网帧格式以一个长度字段来取代类型字段，与前面的IEEE的做法一样。

不过长字段后没有LLC字段。

2.3CSMA/CD

以太网使用CSMA/CD（CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection，带有冲突监测的载波侦听多址访问）。

我们可以将CSMA/CD比做一种文雅的交谈。

在这种交谈方式中，如果有人想阐述观点，他应该先听听是否有其他人在说话（即载波侦听）。

如果这时有人在说话，他应该耐心地等待，直到对方结束说话，然后他才可以开始发表意见。

另外，有可能两个人在同一时间都想开始说话，那会出现什么样的情况呢？

显然，如果两个人同时说话，这时很难辨别出每个人都在说什么。

但是，在文雅的交谈方式中，当两个人同时开始说话时，双方都会发现他们在同一时间开始讲话（即冲突检测），这时说话立即终止。

随机地过了一段时间后（回退），说话才开始。

说话时，由第一个开始说话的人来对交谈进行控制，而第二个开始说话的人将不得不等待，直到第一个人说完，然后他才能开始说话。

除计算机以外，以太网的工作方式与上面的方式相同。

首先，以太网网段上需要进行数据传送的节点对导线进行监听，这个过程称为CSMA/CD的载波侦听。

如果，这时有另外的节点正在传送数据，监听节点将不得不等待，直到传送节点的传送任务结束。

如果某时恰好有两个工作站同时准备传送数据，以太网网段将发出“冲突”信号。

这时，节点上所有的工作站都将检测到冲突信号，因为，这时导线上的电压超出了标准电压。

冲突产生后，这两个节点都将立即发出拥塞信号，以确保每个工作站都检测到这时以太网上已产生冲突，导线上的带宽为0Mb/s。

然后，网络进行恢复，在恢复的过程中，导线上将不传送数据。

在这一过程中，不属于产生冲突的网段上的节点也要等到冲突结束后才能传送数据。

当两个节点将拥塞信号传送完，并过了一段随机时间后，这两个节点便开始将信号恢复到零位。

第一个达到零位的工作站将首先对导线进行监听，当它监听到没有任何信息在传输时，便开始传输数据。

当第二个工作站恢复到零位后，也对导线进行监听，当监听到第一个工作站已经开始传输数据后，就只好等待了。

注意实际上，随机的时间是通过一种算法产生