第三章以太網技術3.1以太網概述3.1.1以太網發展歷史1973~1982年：1973年，Xerox公司提出并實現最初的以太網；1979年，Xerox與DEC聯合，后來Intel加入，1980年發布10Mb/s版以太網標準[DIX80]；1980年，IEEE的802組成立。1983~1990年：1983年，IEEE發布了802.3標準；1984年,DEC發布透明LAN網橋產品；1987年，開始研究不同的LAN互聯，1990年產生802.1D標準；1990年，IEEE通過了雙絞線以太網標準。1991~1997年：1991年，Kalpana公司開始開發新型的以太網交換機，1995年IEEE802.3委員會開始研究全雙工交換標準，1997年通過該標準；1991～1992年，GrandJunction公司開始開發100Mb/s以太網，1995年IEEE通過了快速以太網標準，自[DIX80]后，以太網第一次速度升級。1998~今：1996年，IEEE802.3成立千兆以太網標準開發組，1998年完成并同過了該標準，以太網第二次提速；1999年，IEEE成立高速研究組HSSG致力于萬兆以太網標準的研究，2002年完成并通過了該標準，以太網第三次提速。第三章以太網技術3.1.2全雙工交換式以太網從共享介質到專用介質：由同軸電纜向雙絞線、光纖布線轉換。從共享LAN到專用LAN：由集線器HUB向交換機轉換，消除沖突域。交換機核心結構：交換矩陣，交換帶寬＝M（端口帶寬）×N（端口個數）。模塊模塊模塊模塊3.1.3交換機功能構件透明網橋自協商機制訪問端口端口管理訪問端口上行端口端口管理端口管理

地址轉發表MAC地址;端口;狀態;過濾;VLAN;…轉發、學習生成樹檢查、過濾交換矩陣VTP第三章以太網技術3.2以太網接線標準標準名稱介質類型全雙工支持10BASE550歐同軸電纜（粗）否10BASE250歐同軸電纜（細）否10BASE-T2對3/4/5類UTP是10BASE-FL2路光纖（62.5μm）是10BASE-FB2路光纖（62.5μm）否10BASE-FP2路光纖（62.5μm）否10ROAD3675歐同軸電纜否100BASE-TX2對5類UTP或STP是100BASE-FX2路光纖（62.5μm）是100BASE-T44對3類UTP否100BASE-T22對3/4/5類UTP是1000BASE-SX2路光纖（62.5/50μm）是1000BASE-LX2路光纖（62.5/50/10μm）是1000BASE-CX2對STP（25m）是1000BASE-T4對5類UTP是第三章以太網技術3.2.1100BASE-FX非歸零反轉碼：如果傳輸的數字是1，則進行高低電平跳轉；如果傳輸的數字是0，則不進行高低電平跳轉。011010001＋－4B/5B編碼：每4位比特的數據用一個5位比特的碼組表示。每個碼組中至少有2次電平轉換（2個“1”）；連續“0”排列不超過2個。0000011110100010100120010101003001110101401000101050101010116011001110701110111181000100109100110011A101010110B101110111C110011010D110111011E111011100F1111111013.2.2100BASE-T48B/6T編碼：采用每8個比特數據映射為一個6比特三進制符號組成的碼組。011010001＋0－00＋－00＋－010＋－＋－002＋－0＋－003－0++－004－0＋0＋－0E－＋0－0＋0F＋0－－0＋58＋＋＋0－－59＋＋＋－0－5A＋＋＋－－0MLT-3碼：使用3種不同的電平信號。加權求反平衡規則：碼組每個符號位相加計算權值，如果前一碼組和當前碼組的權值都為1，則當前碼組求反；接收方進行類似的加權求反處理。使用4對3類UTP：采用特殊編碼標志幀開始和結束；用3對線同時發送數據，1對線報告沖突；數據字節按循環方式分配給3對線。8B8B

8B6T6T6T8B8B

8B6T6T6T1#2#3#4#發送方接收方第三章以太網技術3.2.31000BASE-X（802.3z）8B/10B編碼：對每8位比特的數據字節用10個比特的碼組表示。流動不等量RD：10位碼組按前6位子串和后4位子串構成一個流動不等量，如果某個子串在其RD－中“0，1”不平衡，則在其RD＋中對該子串求反。hexRD－RD＋hexRD－RD＋001001110100011000101101011101010010001010110E011100101101110001005711101001010001010101選碼：按照0、1平衡原則，為碼組流選擇合適的RD－或RD＋組成信息碼流。3.2.41000BASE-T（802.3ad）8B1Q4編碼：將8比特的字節轉換為4個有5種電平值的碼組（An,Bn,Cn,Dn)，n為序列周期，即轉換不僅與源字節數字有關，也與字節在字節流中的順序位置有關。使用4對UTP：采用4對線同時全雙工通信傳輸。250Mb/s250Mb/sTRTRTRTRTRTRTRTR轉換步驟：1)對輸入的字節加入一個特殊位進行置亂計算，得到一個9位字，以使生成的位流不會對雙工傳輸的一對雙絞線產生很強的干擾。2)查找9位到4符號碼組的映射表，即8B1Q4編碼。例如：000000000＝[0，0，0，0]；000000001＝[－2，0，0，0]；000000010＝[0，－2，0，0]；000000011＝[－2，－2，0，0]；010000000＝[0，0，＋1，＋1]；010000001＝[－2，0，＋1，＋1]3）利用公式，調整某些符號，使傳輸線上的“＋”、“－”平衡。第三章以太網技術3.3以太網透明網橋3.3.1轉發與學習幀的錯誤校驗以及過濾的限制查詢邏輯開始結束轉發表有目的MAC？向除了X外的端口轉發或者向上行端口轉發目的端口Y＝X？向端口Y轉發更新轉發表定時器轉發表有源MAC？將源MAC和端口號添加到轉發表中。丟棄幀幀正確地從端口接收？NoNoNoNoYesYesYesYes存儲轉發模式進行完全的錯誤校驗、報文過濾和速率轉換；直通式模式接收到目的MAC地址后即開始轉發；碎片避免模式采用直通方式轉發大于64字節的數據幀；智能模式通過幀錯誤率在存儲轉發和直通模式間切換；核心交換機可偵聽網絡內主機和路由器的ARP廣播流，建立自己的IP地址到MAC地址映射表；學習到的新的轉發信息被分布到所有端口模塊的轉發引擎，轉發決策通過位于端口模塊的多個分布轉發引擎獨立完成。第三章以太網技術3.3.2生成樹協議STP廣播風暴：生成樹協議：定義一個覆蓋交換域（子網）中所有交換機的樹，強迫某些冗余鏈路進入備份（阻塞）狀態；一旦有鏈路失效，重新配置生成樹，激活阻塞的鏈路。工作步驟：1）選舉根網橋；

2）發現根通路；

3）監測網絡拓撲；

4）改變端口狀態。

BOOTBPDU內容：目的MAC地址＝0180C2000000;源MAC地址＝目的服務訪問點＝42；源服務訪問點＝42；控制字段＝03；協議標識符＝0000版本＝類型＝00（配置消息）/80（拓撲變化）；根標識符＝優先級＋MAC地址根路徑費用＝發送消息網橋標識符＝優先級＋MAC地址；發送端口標識符＝優先級＋端口號；消息壽命＝最大期限＝Hello時間＝轉發延時＝根交換機向鄰居發出一個“配置”BPDU；收到“配置”BPDU的交換機將接收端口設置為根端口，更改BPDU（加入自己通往根的費用，設自己為發送消息的網橋），再向除根端口外的鄰居轉發該BPDU。如果交換機從多個端口收到“配置”BPDU，則說明存在冗余鏈路；交換機選擇根費用最低的端口作為本機的

根端口，并將其他幾個收到“配置”BPDU的端口設為“阻塞”狀態；類似的修改BPDU，繼續傳遞該BPDU。發現拓撲變化的交換機向指定網橋（根端口）發送“變化”BPDU，等待；收到“變化”BPDU的交換機發送確認消息，同時繼續向自己的指定網橋傳遞該“變化”BPDU；傳遞一直到根交換機，根除了改變配置信息，還重新發出“配置”BPDU。交換機根據新的“配置”BPDU，改變對端口的配置。開始，所有交換機都將自己設為根，并把自己根標識符的BPDU泛洪出去；如果交換機收到一個有更低標識符的BPDU，則修該根網橋信息。這樣，通過交換BPDU就可以選舉出根網橋。第三章以太網技術3.4流量控制與自協商機制3.4.1以太網流量控制丟幀的影響：整個網絡吞吐量隨著幀丟失率迅速下降。幀丟失率最好吞吐量比率超時＝10s超時＝5s超時＝1s超時＝100msMAC控制層：IEEE802.3MAC控制結構及其幀格式增加了流量控制。物理層數據鏈路層網絡層傳輸層會話層表示層應用層MAC介質訪問控制MAC控制MAC客戶端（網橋，LLC）OSI模型PAUSE功能：在全雙工以太網鏈路實現流量控制，使用MAC控制幀。PAUSE操作：實現“停－啟”形式的流量控制。PAUSE配置：1）手工配置；2）自動協商機制配置。如果某個設備需要阻止幀的到來，它發送一個帶有等待時間PAUSE幀；對方設備收到該PAUSE后，按照其中的時間參數暫停發送幀；暫停時間計時滿后，繼續正常的幀傳輸；如果希望對方提前結束暫停狀態，可發送等待0時間參數的PAUSE幀來激活對方。PAUSE實現：1）在發送隊列中插入PAUSE幀。

2）對收到的PAUSE幀進行語法分析。

3）PAUSE時序。

4）流量緩沖。流量控制：1）緩沖區閾值。

2）PAUSE時間的選取。

3）對稱性（單向控制、雙向控制）。第三章以太網技術3.4.2以太網自協商機制目的：讓計算機和交換機相互確定對方的能力，并把它們自己設置為“最高公共體”——雙方共同支持的最大功能集合。自協商協議功能：1）檢查和控制接口；

2）雙絞線的技術能力；

3）對流量控制的協商；

4）確定主/從定時器；

5）雙絞線電纜的并行檢測；

6）通過雙絞線交換協商數據。0123456789101112131415基本頁信息報文類型10BASE-T半雙工10BASE-T全雙工100BASE-TX半雙工100BASE-TX全雙工100BASE-T4半雙工流控制支持遠程故障指示確認下一頁指示保留0123456789101112131415基本頁信息報文類型全雙工半雙工PAUSE非對稱方向遠程故障1確認下一頁指示保留遠程故障21000BASE－X接口的自協商相同類型接口間的數據交換包括：

1）全雙工或半雙工能力：

2）流量控制機制；

3）遠程故障狀況；

4）廠商產品的相關數據。3.5優先級管理與鏈路聚合3.5.1以太網信息流優先級優先級分配管理：1）由（核心）交換機完成對輸入幀的確認、分類和優先級分配；2）由終端系統完成對幀的確認、分類和優先級分配。802.1p：在鏈路層定義優先級。目的MAC源MAC協議標志類型數據CRC3112優先級VLAN_ID7保留6交互式語音5交互式多媒體4多媒體流3實時控制數據2標準信息流1后臺數據0盡力而為實現過程：第三章以太網技術邊緣交換機核心交換機虛鏈路MACMAC1端口AMAC2端口BMAC3端口CMAC4端口D第三章以太網技術3.5.2鏈路聚合目的：把一組傳輸鏈路聚合起來，形成一條更高速率的虛鏈路或主干鏈路。鏈路聚合子層：也屬于MAC控制子層。鏈路聚合控制協議LACP與每條真實的鏈路獨立協商，對輸出幀進行調度，對接收幀排序并轉交給高層應用。聚合虛鏈路：聚合后的虛鏈路必需有自己的MAC地址。鏈路聚合消息：使用的參數大多來自于生成樹協議，同時要為每個端口指定一個“關健字”。目的MAC地址＝0180C2000002協議類型＝8809本地系統標識符＝優先級＋MAC地址本地端口標識符＝優先級＋端口號分配給端口的關鍵字＝本地狀態標志＝同伴系統標識符＝優先級＋MAC地址同伴端口標識符＝優先級＋端口號分配給同伴端口的關鍵字＝同伴系統狀態＝計時器信息鏈路聚合：將對方交換機中某一關鍵字組的端口與自己某一關鍵字組的端口聚合，允許關鍵字交叉聚合。關鍵字1關鍵字2關鍵字3活動聚合鏈路備份聚合鏈路幀調度方式：1）循環法（Round-Robin）；

2）HASH散列法（802.3ad）。會話：將需要按順序傳輸的幀組成一個會話，特定會話中的所有幀都經過同一條鏈路按順序傳輸，不屬于會話的幀分布到所有鏈路。會話轉移：為處理鏈路失效或負載均衡，可以進行會話遷移。向源鏈路發送特殊消息，告訴同伴終止該鏈路上的會話；受到確認后，在另外一條鏈路上建立會話傳輸。F1F2F3F4F5F6FC1F1F3F2F4F5FC1FC1FC2第三章以太網技術3.6虛擬局域網虛擬局域網：將分布在不同地理位置上的終端組織在一起，形成一個邏輯上的子網（廣播域），該子網為一個VLAN。3.6.1VLAN劃分方法交換機端口組；MAC地址組；IP地址；組播地址。3.6.2VLAN標識802.1Q：在以太網幀加入4個字節來標識一個VLAN。目的MAC源MAC8100TCI數據CRC3bits112bitsVLAN_IDCisco采用不改變原以太網幀格式，而是在幀前面加入26個字節的頭，以及在幀最后加上4個字節尾部的方法來標識一個VLAN。12345678SwitchAVLAN1VLAN2B3.6.3虛網成員的自動登記GVRP：基于GARP的工作機制，維護交換機中的VLAN成員的動態注冊信息，并傳播該信息到其它的交換機中。GARP消息：消息類型有三類，分別為Join、Leave和LeaveAll。作用：當一個GARP應用實體希望其它交換機注冊自己的某屬性信息時，將對外發送Join消息。當一個GARP應用實體希望其它交換機注銷自己的某屬性信息時，將對外發送Leave消息。每個GARP應用實體啟動后，將同時啟動LeaveAll定時器，當超時后將對外發送LeaveAll消息。GARP應用實體的協議數據報文的目的MAC地址都是特定的組播MAC地址。支持GARP特性的交換機在接收到GARP應用實體的報文后，會根據其目的MAC地址加以區分并交給不同的GARP應用（如GVRP或GMRP）去處理。

12345678Switch1AVLAN1VLAN212345678Switch2VLA