《网络协议与网络安全》第03讲 以太网技术

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网络协议NetworkProtocols与NetworkSecurity网络安全第三讲以太网技术 主要内容以太网简介以太网与Internet、OSICSMA/CD原理以太网技术及其发展以太网相关技术以太网技术标准1第三讲以太网技术 以太网简介以太网Ethernet1972年，RobertMetcalfe博士在Xerox公司PARC研究中心试验了第一个2.94Mbps以太网原型系统AltoAlohaNetwork，实现不同计算机系统之间的互连，并共享打印机设备1973年，Metcalfe将自己的系统更名为以太网（Ethernet），并指出该设计不局限于PARC的Alto计算机互连，也适用于其它计算机系统1979年，Metcalfe成立3Com公司，研制出以太网网卡（NIC）1980年，DEC、Intel、Xerox联合研发了10M以太网1.0规范1982年，发布以太网2.0规范（EthernetV2）1983年，IEEE采纳并发布以太网正式标准802.3以太网分层结构：数据链路层介质访问控制子层（MAC，MediaAccessControl）逻辑链路控制子层（LLC，LogicLinkControl）物理层2第三讲以太网技术 以太网层次结构3第三讲以太网技术 MAC/LLC帧结构（两种）4第三讲以太网技术 CSMA/CD算法CSMA/CD带冲突检测的载波侦听多址访问Carrier-SenseMultipleAccesswithCollisionDetection用“载波侦听”方法检查信道是否空闲。若空闲，进入下一步；若忙，等待并继续监测。发送数据，同时检测信道冲突。若成功发送完毕（未发生冲突），完成；若遇冲突，进入下一步。中止本次发送。进入下一步。等待一段随机时间。返回第1步。5第三讲以太网技术 以太网帧发送的“微观特性”Ｔｓ＞Ｔｄ设：站点相距1Km，数据传输速率100Mbps则：报文长度＞500bits≈64bytesWHY？6第三讲以太网技术 发送碰撞图解发送数据帧的站点，在发送数据帧后至多经过2τ就可以知道该帧是否发生了碰撞。7第三讲以太网技术 以太网技术发展第一阶段：同轴电缆（CoaxCable）第二阶段：集线器（Hub）第三阶段：二层交换机（SwitchHub）第四阶段：三层交换机（Switch）速率、介质、联网方式、吞吐能力、网络规模、安全性、QoS、功能……8第三讲以太网技术 第一阶段：同轴电缆同轴电缆（CoaxCable）存在问题和缺陷：线路的布局受到较大制约，难以灵活调整；增加设备时T形接头制作难度较大、要求较高，且容易损坏，还容易造成线路连接不良，严重的将造成断线；同轴电缆成本较高；受限于同轴电缆长度，网络覆盖的范围十分有限；同轴电缆本身是“单点故障”易发点；随着通信速率的提高，同轴电缆的通信效率会大大降低；随着线路上设备数的增多，冲突增加，将导致网络通信效率急剧下降，最终可能引起瘫痪。10Base2（细缆）10Base5（粗缆）9第三讲以太网技术 第二阶段：集线器集线器（Hub）主要改进：联网方式——HUB的引入速率提高——FastEthernet，快速以太网，100M传输介质——UTP，非屏蔽双绞线通信方式——FullDuplex，全双工（注意避免冲突的条件）10BaseT100BaseT12345678RJ4510第三讲以太网技术 以太网冲突（碰撞）域11第三讲以太网技术 第三阶段：二层交换机二层交换机（SwitchHub）①②③④⑤⑥⑦⑧C1/A1C2/A2C3/A3C4/A4端口号MAC地址终端①②③A1C1④A3C3⑤A2C2⑥A4C4⑦⑧转发表思考：当一个端口上连接另一个交换机时，转发表如何设计？主要改进：有效减少碰撞，提高利用率，扩大联网规模不同速率端口互连（适配能力）反而失去以太网“天生”的流控能力！12第三讲以太网技术 二层交换机～网桥网桥Bridge13第三讲以太网技术 存储转发与切入转发存储转发（Store-and-Forward）网络中继设备接收完整报文解析、排队并转发到目的端口（线路）切入转发（Cut-Through）网络中继设备接收到地址字段后，立即解析转接到目的端口“直通式”转发比较：●实现机制；●转发延迟；●可靠传输；●流量管理14第三讲以太网技术 广播风暴与死锁环路广播风暴（BroadcastStorm）共享网络中大量设备进行广播死锁环路（DeadlockLoop）BridgeBridge15第三讲以太网技术 第四阶段：三层交换机三层交换机（Layer3Switch/IPSwitch）三层交换机已经不是“纯粹”的以太网交换机了！思考：IP交换机与路由器有什么区别？IP和MAC地址对的发现——ARP协议（AddressResolutionProtocol，地址解析协议）主机A主机B主机C主机A“192.168.1.3的MAC地址是什么？”（MAC＝ff-ff-ff-ff-ff-ff）主机C192.168.1.3的MAC地址是03-aa-01-75-c3-0616第三讲以太网技术 局域网标准802系列IEEE802.1通用网络概念及网桥IEEE802.2逻辑链路控制IEEE802.3以太网CSMA/CD复用方法及物理层规定IEEE802.4令牌总线结构和访问方法及物理层规定IEEE802.5令牌环访问方法及物理层规定IEEE802.6城域网的访问方法及物理层规定IEEE802.7宽带局域网IEEE802.8光纤局域网IEEE802.9ISDN局域网IEEE802.10网络安全IEEE802.11无线局域网IEEE802.12优先高速局域网（100Mbps）IEEE802.13有线电视（Cable-TV）17第三讲以太网技术 以太网802.3标准及其发展轨迹IEEE802.3（工作组）标准系列802.3：传统以太网10Base-2，10M粗缆总线10Base-5，10M细缆总线1Base-5，1M总线（短暂的后退）10Base-T，10M星形双绞线802.3u：100M，快速以太网（FastEthernet）100Base-TX，UTP5100Base-T4，UTP3100Base-FX，OpticalFiber802.3z：1000M＝1G，千兆以太网（GigabitEthernet）1000Base-SX，短波长光传输1000Base-LX，长波长光传输1000Base-T，五类线传输802.3ae：基于光缆的万兆以太网（10G）10GBase-X10GBase-R10GBase-W802.3an：基于铜缆的万兆以太网10GBase-T802.3ba：包含两个速度的规范，每种速度提供一组物理接口40G——1m交换机背板链路、10m铜缆链路和100m多模光纤链路标准100G——10m铜缆链路、100m多模光纤链路和10Km、40Km单模光纤链路标准18第三讲以太网技术 Ethernetover‘Anything’EthernetoverFiber－光纤以太网直接在光纤上传输以太网，用于城区的短距离传送(<70公里)EthernetoverSDH－RPR(ResilientPacketRing)以太网IEEE802.17标准使以太网业务能够借助SDH环路网络传输几千公里EthernetoverDWDM/CWDM－波分复用以太网使以太网可以通过多个波长光波在一根光纤上传送EthernetoverSONET－同步光网以太网万兆以太网与SONETOC-192帧结构的融合，可以与SONET/SDH设备一起运行，保护了传统基础设施投资，可通过城域网提供端到端以太网EthernetoverPON－EPON(EthernetPON)和GPON(GigabitPON)EPON是点到多点光以太网，以较低成本提供较高带宽。根据光分离比，无源光以太网支持30M的用户带宽、100M或更高的突发流量EthernetoverVDSL利用电话线（铜线双绞线）资源拓展以太网的覆盖，提供10M以上的速度，并克服xDSL速率不稳定等问题EthernetoverWireless－WirelessLAN无线局域网（WLAN）IEEE802.11a/b/g等标准定义19第三讲以太网技术