以太网和交换机工作原理ppt课件.ppt

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1、数据链路层与交换机,Page 2/49,本章目标,能够正确接入交换机，并掌握Cisco交换机的基本操作 了解数据链路层的功能 了解以太网帧格式 了解交换机的数据转发原理 熟悉Cisco交换机的几种操作模式,Page 3/49,本章结构,数据链路层与交换机,以太网,启动信息,数据转发原理,全双工工作原理,基本配置,工作原理,访问方法,产品概述Cisco Catalyst 2900系列,数据链路层,链路层设备交换机,CSMA/CD,配置模式,功能,帧格式,MAC地址,内部交换方式,Page 4/49,数据链路层的功能21,数据链路层位于网络层与物理层之间,物理层,物理层,数据链路层,数据链路层,网

2、络层,网络层,数据链路层协议,比特（Bit）,帧（Frame）,包(Packet）,主机A,主机B,数据单元,Page 5/49,数据链路层的功能22,数据链路层的功能数据链路的建立、维护与拆除帧包装、帧传输、帧同步帧的差错恢复流量控制,Page 6/49,以太网,以太网工作在数据链路层,物理层,物理层,数据链路层,数据链路层,网络层,网络层,物理层协议,数据链路层协议,网络层协议,比特,帧,包,1,2,主机A,主机B,数据单元,层,以太网,Page 7/49,什么是以太网,我们平常使用的局域网就是以太网,如果中间的线路是共享的，这条链路在同一时间由谁来使用呢？如何来保证这些主机能有序的使用共

3、享线路，不发生数据的冲突？, 如果主机A发出一个数据包给主机B，如何标识主机A和主机B呢？这就是主机的地址问题。, 主机之间发送的数据，需要保证双方互相都能读懂，那么它们发送的数据的格式，是不是需要有一个统一的规范呢？,Page 8/49,以太网采用CSMA/CD,CSMA/CD带冲突检测的载波监听多路访问以太网采用CSMA/CD避免信号的冲突工作原理发送前先监听信道是否空闲，若空闲则立即发送数据。在发送时，边发边继续监听若监听到冲突，则立即停止发送等待一段随机时间（称为退避）以后，再重新尝试,Page 9/49,以太网MAC地址,以太网地址用来识别一个以太网上的某个单独的设备或一组设备 例如

4、：00061be3936c 000d28beb642,IBM,CISCO,Page 10/49,以太网帧格式,802.3 以太网帧格式,7字节,6字节,6字节,前导码,目的地址,源地址,类型/长度,数据,帧校验序列,461500字节,4字节,1字节,2字节,帧启始定界符,大于0600H表示类型，小于0600H表示长度,Page 11/49,以太网标准,物理层,数据链路层,逻辑链路控制子层（LLC),介质访问控制子层（MAC),以太网,IEEE802.2,IEEE802.3,Page 12/49,MAC子层与LLC子层21,介质访问控制（MAC）子层（802.3）将上层交下来的数据封装成帧进行发

5、送(接收时进行相反的过程，将帧拆卸)；实现和维护介质访访问控制协议，例如CSMA/CD；比特差错检测；MAC帧的寻址，即MAC帧由哪个站（源站）发出，被哪个站哪些站接收（目的站）。,Page 13/49,MAC子层与LLC子层22,逻辑链路控制（LLC）子层（802.2）建立和释放数据链路层的逻辑连接；提供与上层的接口；给帧加上序号。,Page 14/49,以太网命名方法,N信号物理介质N：以兆位为单位的数据速率，如10、100、1000信号：基带还是宽带物理介质：标识介质类型 例如：100BASE-TX,数据速率为100M,基带，即物理介质为以太网专用,UTP或STP,Page 15/49,

6、阶段总结,数据链路层的功能以太网与数据链路层的关系以太网使用CSMA/CD以太网地址以太网帧格式,Page 16/49,阶段练习,以太网使用什么算法来避免冲突？工作原理是什么？ 以太网帧的长度范围是多少？,Page 17/49,以太网交换机,交换机是用来连接局域网的主要设备 交换机能够根据以太网帧中目标地址智能的转发数据，因此交换机工作在数据链路层 交换机分割冲突域，实现全双工通信,Page 18/49,交换机数据转发原理121,11,B,33,44,22,AA,BB,A,端口1,端口1,端口2,端口2,端口3,端口3,主机11给主机33发送一个数据帧：目标地址：33源地址： 11,Page

7、19/49,交换机数据转发原理122,A,交换机A在接收到数据帧后，执行以下操作：交换机A查找MAC地址表交换机A学习主机11的MAC地址交换机A向其他所有端口发送广播,11 1,Page 20/49,交换机数据转发原理123,11,B,33,44,22,AA,BB,A,端口1,端口1,端口2,端口2,端口3,端口3,Page 21/49,交换机数据转发原理124,交换机B在接收到数据帧后，执行以下操作：交换机B查看MAC地址表交换机B学习源MAC地址和端口号交换机B向所有端口广播数据包主机22，查看数据包的目标MAC地址不是自己，丢弃数据包,B,11 3,22,Page 22/49,交换机数

8、据转发原理125,B,33,44,22,AA,BB,A,端口1,端口1,端口2,端口2,端口3,端口3,11,Page 23/49,交换机数据转发原理126,主机33，接收到数据帧主机44，丢弃数据帧,33,44,在这个过程中，交换机的MAC地址表中没有需要的条目，交换机通过广播的方式，转发了数据帧,Page 24/49,交换机数据转发原理127,B,33,44,22,AA,BB,A,端口1,端口1,端口2,端口2,端口3,端口3,11,这时，主机44要给主机11发送一个数据帧：目标地址：11源地址： 44,Page 25/49,交换机数据转发原理128,B,11 3,交换机B在接收到数据帧后

9、，执行以下操作：交换机B学习源MAC地址和端口号交换机B查看MAC地址表，根据MAC地址表中的条目，单播转发数据到端口3,44 2,Page 26/49,交换机数据转发原理129,A,11 1,交换机A在接收到数据帧后，执行以下操作：交换机A学习源MAC地址和端口号交换机A查看MAC地址表，根据MAC地址表中的条目，单播转发数据到端口1主机11，收到数据帧,44 3,Page 27/49,交换机数据转发原理1210,B,33,44,22,AA,BB,A,端口1,端口1,端口2,端口2,端口3,端口3,11,在这个过程中，交换机的MAC地址表中已经学到了需要的条目，交换机通过单播的方式，转发了数

10、据帧,Page 28/49,交换机数据转发原理1211,A,11 1,44 3,22 2,33 3,11 3,44 2,22 3,33 1,交换机最终的MAC地址表,B,Page 29/49,交换机数据转发原理1212,转发交换机根据MAC地址表单播转发数据帧学习MAC地址表是交换机通过学习接收的数据帧的源MAC地址来形成的广播如果目标地址在MAC地址表中没有，交换机就向除接收到该数据帧的端口外的其他所有端口广播该数据帧更新交换机MAC地址表的老化时间是300秒交换机如果发现一个帧的入端口和MAC地址表中源MAC地址的所在端口不同，交换机将MAC 地址重新学习到新的端口,Page 30/49,

11、单工、半双工与全双工,单工只有一个信道，传输方向只能是单向的半双工只有一个信道，在同一时刻，只能是单向传输全双工双信道，同时可以有双向数据传输,A,B,A,B,A,B,例如：寻呼机,例如：对讲机,例如：电话,Page 31/49,冲突与冲突域,如果冲突过多，则传输效率就会降低,主机A,主机B,主机C,冲突域,Page 32/49,分割冲突域,为了提高传输效率，分割冲突域,. . . . . .,冲突域1,冲突域2,冲突域3,Page 33/49,交换机背板交换矩阵结构,交换机的每个端口访问另一个端口时，都有一条专有的线路，不会产生冲突。,Page 34/49,冲突域与广播域,广播域指接收同样广

12、播消息的节点的集合，如：在该集合中的任何一个节点传输一个广播帧，则所有其他能收到这个帧的节点都被认为是该广播帧的一部分交换机分割冲突域，但是不分割广播域，即交换机的所有端口属于同一个广播域,. . . .,广播域,广播域,冲突域,冲突域,广播,Page 35/49,交换机内部交换方式31,存储转发,交换机,发送,接收,FCS校验,缓存,Page 36/49,交换机内部交换方式32,快速转发,交换机,发送,接收,Page 37/49,交换机内部交换方式33,分段过滤（Fragment Free ）,交换机,发送,接收,冲突检测,Page 38/49,交换机产品介绍,Page 39/49,交换机的

13、访问方法,Page 40/49,主机串口设置,选择与交换机相连的串口,点击还原默认值,Page 41/49,交换机的启动21,硬件平台,设备MAC地址,从FLASH中加载IOS,Page 42/49,交换机的启动22,IOS版本信息,Page 43/49,交换机的配置模式,用户模式：Switch特权模式：Switchenable Switch#全局配置模式：Switch#config terminal Switch(config)#接口配置模式： Switch(config)#interface fa0/1 Switch(config-if)#Line模式：Switch(config)#lin

14、e console 0 Switch(config-line)#,交换机的配置模式,Page 44/49,阶段总结,交换机的交换矩阵 冲突域与广播域交换机转发数据的工作原理交换机的内部交换方式Catalyst 2950系列交换机 访问交换机 交换机启动信息 交换机的配置模式,Page 45/49,阶段练习,什么是冲突域？什么是广播域？ 交换机的3种交换方式各有什么优缺点？,Page 46/49,本章总结,数据链路层与交换机,以太网,启动信息,数据转发原理,全双工工作原理,基本配置,工作原理,访问方法,产品概述Cisco Catalyst 2900系列,数据链路层,链路层设备交换机,CSMA/C

15、D,配置模式,功能,帧格式,MAC地址,背板使用交换矩阵结构，保证每个端口都有收发专用通道,用户模式特权模式全局配置模式接口配置模式,根据MAC地址表转发数据，MAC地址表是通过学习帧的源MAC地址生成的,目的地址、源地址、类型、数据、帧校验,48位，前24位是厂商编号，后24位是网卡编号,发送前先监听信道是否空闲，若空闲则立即发送数据。在发送时，边发边继续监听。若监听到冲突，则立即停止发送。等待一段随机时间（称为退避）以后，再重新尝试。,Page 47/49,实验,交换机级联实现PC之间互通,Page 48/49,完成标准,使用合适的线缆连接交换机与PC机 为PC配置合适的IP地址 使连接在交换机上的所有PC能够互通,