以太網江西師范大學思科網絡技術學院本章目標了解以太網的基本概念了解CSMA/CD協議掌握以太網幀的格式了解以太網物理層掌握集線器，交換機的區別什么是以太網我們平常使用的局域網就是以太網，以太網可以看作當今局域網的代名詞，并發展到城域網。①如果中間的線路是共享的，這條鏈路在同一時間由誰來使用呢？如何來保證這些主機能有序的使用共享線路，不發生數據的沖突？

②如果主機A發出一個數據包給主機B，如何標識主機A和主機B呢？這就是主機的地址問題。③主機之間發送的數據，需要保證雙方互相都能讀懂，那么它們發送的數據的格式，是不是需要有一個統一的規范呢？以太網概述DIXEthernetV2是世界上第一個局域網產品（以太網）的規約，逐漸形成以太網的商業標準。IEEE制定了以太網官方標準－802.3規約以太網工作在數據鏈路層和物理層以太網數據鏈路層分成LLC和MAC兩個子層以太網的LLC和MAC邏輯鏈路控制(LLC)子層保持通信過程所用物理設備的相對獨立性。數據鏈路層中與介質接入無關的部分都集中在邏輯鏈路控制LLC子層；提供高層接口，提供可靠傳輸介質接入控制(MAC)子層負責與接入各種傳輸介質有關的問題將上層交下來的數據封裝成幀進行發送(接收時進行相反的過程，將幀拆卸)；實現和維護介質訪訪問控制協議，例如CSMA/CD；比特差錯檢測；MAC幀的尋址，即MAC幀由哪個站（源站）發出，被哪個站／哪些站接收（目的站）以太網中的介質訪問控制以太網使用載波偵聽多路訪問/沖突檢測(CSMA/CD)

來檢測和處理沖突。核心思想：先聽后講----信道空閑則發送，信道忙則等待。邊講邊聽----發送信號時不斷檢測信道是否沖突。碰撞即停。堵塞信號和隨機回退---發送設備檢測到沖突之后，將發出堵塞信號。知其它設備發生了沖突，以便它們調用回退算法。退避重傳----二進制指數退避算法重傳，多次碰撞，放棄發送，最多16次。AT=0,A檢測信道空閑，開始發送數據。BT=t1,B檢測信道空閑,發送數據。碰撞碰撞后信號電平變化幅度增加，并繼續朝著各自的方向傳輸，繼續不斷導致新的碰撞。T=t2,B發現碰撞信號，立刻停止發送數據，并發強化信號，A仍在發送信號，此時A還未發現碰撞。此時A發現碰撞信號，立刻停止發送數據，并發強化信號。強化信號48bit沖突域使用CSMA/CD通過一臺集線器或一系列直接相連的集線器訪問公共介質的相連設備稱為沖突域。集線器屬于物理層設備，是多端口的中繼器集線器和中繼器會影響沖突域大小的增長。演示實驗：9.4.2以太網的碰撞槽時間碰撞槽時間指在沖突域的節點發出數據到檢測碰撞時所需的理論最大時間。一般是理論的最長端到端往返時延。ABA發送的數據即將到達B時，B發送數據，并馬上檢測碰撞ABA等到接近2時間發現碰撞不同以太網碰撞槽時間規定以太網的幀間間隙幀間間隙用于保證發送方發完一個幀后獲得穩定的時間，及保證接收設備獲得處理幀的時間。以太網幀格式比較以太網幀格式細節802.2.2LLC報頭和數據最大值1500B是以太網的默認MTU.FCS:幀檢驗序列，以太網實際上就是CRC冗余檢驗碼目的MAC地址源MAC地址類型802.2報頭和數據FCS6624Byte46~1500

數據

網絡層數據鏈路層00……001

物理層前導符類型字段：上層協議的標識前導符包括7個字節的前同步碼和1個字節的幀定界符前同步碼：7個字節10101010（用于收發雙方同步）幀定界符：1個字節10101011（用于確定幀的開始）8Byte注意：傳統以太網10M使用異步通信，必須前同步碼保證收發雙方同步。現在的快速以太網100M以上使用同步通信，不需要同步，但為了兼容保留了前導碼以太網MAC地址48位，固化在網卡上以太網廣播MAC地址FF-FF-FF-FF-FF-FF為以太網廣播地址某些協議需要廣播，廣播過多可能產生廣播風暴以太網組播MAC地址組播地址允許源設備向一組設備發送數據包。屬于某一組播組的設備都被分配了該組播組IP地址。組播地址的范圍為224.0.0.0到239.255.255.255。組播MAC地址是一個特殊的十六進制數值，以01-00-5E開頭000000000000000101011110011100816243132位IP地址組播主機組標識符的低23bit

復制到以太網地址中48bit以太網地址01005E目的地址的第1字節中的最低位比特置1表示多播以太網的成功因素維護的簡便性整合新技術的功能可靠性安裝和升級成本10Mbps以太網使用同軸粗纜的10BASE5使用同軸細纜的10BASE2使用3類/5類非屏蔽雙絞線電纜的10BASE-T100Mbps以太網也稱為快速以太網FastEthernet100Base-T--5類UTP100Base-F--光纖1000Mbps以太網1000BASE-T使用5類UTP4對線傳輸1000BASE-SX

和

1000BASE-LX

有以下優勢：無雜信、體積小，并且無需中繼的距離遠，帶寬高。以太網物理層總結以太網設備集線器交換機路由器集線器傳統以太網使用集線器來連接LAN網段中的節點。集線器特點：物理層設備多端口的中繼器通過廣播的方式實現單播。連接到集線器的主機或集線器的級聯都屬于一個碰撞域。集線器Hub集線器Hub集線器HubABA發數據給B集線器會廣播數據集線器會廣播數據集線器會廣播數據丟棄丟棄丟棄丟棄接受以太網交換機能夠根據以太網幀中目標地址智能的轉發數據包工作在數據鏈路層分割沖突域，實現全雙工通信獨占帶寬學習源MAC地址和端口的對應關系演示實驗9.6.2從集線器到交換機交換機數據轉發原理12－111B334422AABBA端口1端口1端口2端口2data端口3端口3主機11給主機33發送一個數據幀：目標地址：33源地址：11交換機數據轉發原理12－2AMAC地址端口號交換機A在接收到數據幀后，執行以下操作：交換機A查找MAC地址表交換機A學習主機11的MAC地址交換機A向其他所有端口發送廣播111交換機數據轉發原理12－311B334422AABBA端口1端口1端口2data端口2端口3端口3data交換機數據轉發原理12－4交換機B在接收到數據幀后，執行以下操作：交換機B查看MAC地址表交換機B學習源MAC地址和端口號交換機B向所有端口廣播數據包主機22，查看數據包的目標MAC地址不是自己，丟棄數據包BMAC地址端口號11322data交換機數據轉發原理12－5B334422AABBA端口1端口1端口2data端口2端口3端口3data11data交換機數據轉發原理12－6主機33，接收到數據幀主機44，丟棄數據幀3344datadata在這個過程中，交換機的MAC地址表中沒有需要的條目，交換機通過廣播的方式，轉發了數據幀交換機數據轉發原理12－7B334422AABBA端口1端口1端口2端口2端口3端口3data11這時，主機44要給主機11發送一個數據幀：目標地址：11源地址：44交換機數據轉發原理12－8BMAC地址端口號113交換機B在接收到數據幀后，執行以下操作：交換機B學習源MAC地址和端口號交換機B查看MAC地址表，根據MAC地址表中的條目，單播轉發數據到端口3442交換機數據轉發原理12－9AMAC地址端口號111交換機A在接收到數據幀后，執行以下操作：交換機A學習源MAC地址和端口號交換機A查看MAC地址表，根據MAC地址表中的條目，單播轉發數據到端口1主機11，收到數據幀443交換機數據轉發原理12－10B334422AABBA端口1端口1端口2端口2端口3端口311data在這個過程中，交換機的MAC地址表中已經學到了需要的條目，交換機通過單播的方式，轉發了數據幀交換機數據轉發原理12－11AMAC地址端口號111443222333MAC地址端口號113442223331交換機最終的MAC地址表B交換機數據轉發原理12－12已知幀單播轉發交換機根據MAC地址表單播轉發數據幀源地址學習機制通過學習接收的數據幀的源MAC地址和入端口形成MAC地址表未知幀和廣播幀廣播轉發對于未知幀和廣播幀，交換機會向除接收到該數據幀的端口外的其他所有端口廣播該數據幀更新交換機MAC地址表的老化時間是300秒交換機如果發現一個幀的入端口和MAC地址表中源MAC地址的所在端口不同，交換機將MAC地址重新學習到新的端口交換機轉發練習沖突域與廣播域廣播域指接收同樣廣播消息的節點的集合，路由器分割廣播域交換機分割沖突域，但是不分割廣播域，即交換機的所有端口屬于同一個廣播域....廣播域

廣播域沖突域沖突域廣播廣播域和碰撞域的討論判斷圖中碰撞域和廣播域的數量？二層交換機集線器集線器路由器二層交換機集線器集線器6個碰撞域2個廣播域ARP協議ARP:地址解析協議，用于根據目標IP地址獲得目標MAC。Windows下arp命令

查看主機IP和MAC的映射arp–a:查看arp–d

*:刪除arp–s：配置IP地址和MAC地址的靜態映射cisco路由器查看arp緩存R2#showiparpProtocolAddressAge(min)HardwareAddrTypeInterfaceInternet10.1.1.2-0013.c3c0.04c0ARPAFastEthernet0/0Internet10.1.1.100013.8044.ff40ARPAFastEthernet0/0ARP協議工作過程4－1

IP地址解析為MAC地址主機10.1.1.1想發送數據給主機10.1.1.2，檢查緩存，發現沒有10.1.1.2的MAC地址10.1.1.110.1.1.210.1.1.310.1.1.4ARPCacheInternetAdressPhysicalAdressType

ARP協議工作過程4－2

IP地址解析為MAC地址主機10.1.1.1發送ARP廣播10.1.1.110.1.1.210.1.1.310.1.1.4我需要10.1.1.2的MAC地址ARP協議工作過程4－3

IP地址解析為MAC地址所有主機都接收到10.1.1.1的ARP廣播，但只有10.1.1.2給它一個單播回復，并緩存10.1.1.1的MAC地址10.1.1.110.1.1.210.1.1.310.1.1.4我的MAC地址是0800.0020.1111ARP協議工作過程4－4

IP地址解析為MAC地址主機10.1.1.1將10.1.1.2的MAC地址保存到緩存中，發送數據10.1.1.110.1.1.210.1.1.310.1.1.4ARPCacheInternetAdressPhysicalAdressType

10.1.1.2