IPRAN以太技术基础

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前言

l作为数据链路层协议之一，以太网由于原理简单、便于实现、同时又价格低廉，已经成为当今局域网LAN场景下最通用的协议标准。并且更高性能的快速以太网和千兆以太网的出现更使其成为最广泛使用的网络技术。

l在移动承载网络中，为了更好的承载数据业务，无线基站与基站控制器都进行了IP化改造，物理接口也主要采用了以太网技术，进而与承载网实现对接。

培训目标

l学完本课程后，您应该能：

p描述以太网基础的相关概念

p描述以太网交换机的工作过程

p知道什么是VLAN

p熟悉VLAN的相关概念

p了解VLAN的通信原理

p掌握无线与承载网对接以太接口的配置

目录

1.以太网技术基础

2.以太网交换机工作原理

3.VLAN基础概述

4.对接以太接口的配置

目录

1.以太网技术基础

2.以太网交换机原理

3.VLAN基础概述

4.对接以太网接口配置

目录

1.以太网技术基础

1.1 以太网的发展

1.2 以太网物理层

1.3 以太网的数据链路层

以太网的起源Bob Metcalfe 的以太网早期草图l 1973 年，Xerox 的

Bob Metcalfe 研制出以太网的雏形

Robert M. Metcalfe Ph.D

万兆以太网出现以太网发展简史

l

IEEE802.3 以太网标准l

IEEE802.3u 100BASE-T 快速以太网标准l

IEEE802.3z/ab 1000Mb/s 千兆以太网标准l IEEE802.3ae 10GE 以太网标准70年代80年代90年代以太网产生

10M 以太网发展成熟

共享式转向LAN 交换机

100M 快速以太网

92年96年

千兆以太网迅速发展

2002年

目录

1.以太网技术基础

1.1 以太网的发展

1.2 以太网物理层

1.3 以太网的数据链路层

以太网的线缆标准

l从以太网诞生到目前为止，成熟应用的以太网物理层标准主要有以下几种：

p10BASE-2/10BASE-5/10BASE-T/10BASE-F

p100BASE-T4/100BASE-TX/100BASE-FX

p1000BASE-SX/1000BASE-LX/1000BASE-CX/1000BASE-TX

l在这些标准中，前面的10、100和1000分别代表运行速率，中间的BASE指传输的信号是基带方式，后面的数字代表最大传输距离或是传输介质的类型。

共享式以太网原理：CSMA/CD l CS （Carrier Sense ）：载波侦听p 在发送数据之前进行监听，以确保线路空闲，减少冲突的机会。l MA （Multiple Access ）：多址访问p 每个站点发送的数据，可以同时被多个站点接收。l CD （Collision Detection ）：冲突检测p 边发送边检测，发现冲突就停止发送，然后延迟一个随机时间之后继续发送。

IN

IN t1t1侦听侦听侦听

10BASE-5/10BASE-2

冲突

以太网的双工模式

l 根据数据传输的工作模式分，以太网的物理层存在半双工和

全双工两种模。

HUB 半双工

时刻1的数据方向时刻2的数据方向HUB 全双工

所有时刻的数据方向以太网交换机以太网交换机

以太网自动协商

l自动协商的主要功能就是使物理链路两端的设备通过交互信息自动选择同样的工作参数。自动协商的内容主要包括双工模式、运行速率以及流控等参数。一旦协商通过，链路两端的设备就锁定在同样的双工模式和运行速率。

16ms

1ms

每个大脉冲里插入16

Hub 的工作模式

注意：HUB 仅仅是物理上的连接设备

应用层表示层会话层传输层网络层链路层物理层

物理层

物理层

HUB

应用层表示层会话层传输层网络层链路层物理层

Hub 的工作原理

12345

IN

OUT

OUT

OUT OUT 所有的HUB 都是半双工的

目录

1.以太网技术基础

1.1 以太网的发展

1.2 以太网物理层

1.3 以太网的数据链路层

数据链路层的分层结构

l

数据链路层分为两个子层：逻辑链路控制子层（LLC ，Logic Link Control sublayer ），介质访问控制子层（MAC ，Media Access Control sublayer ）。

LLC 子层MAC 子层

应用层传输层网络层数据链路层物理层

以太网的MAC 地址

例：00e0.fc 39.8034

00e0.fc ——IEEE 为厂商分配的供应商代码39.8034——由供应商按顺序分配

24 bits

24 bits

48 bits

供应商代码

由供应商分配

以太网帧结构

Ethernet_II DMAC SMAC Length/T DATA/PAD FCS Length/Type 值含义

Length/T > 1500Length/T <= 1500代表了该帧的类型代表了该帧的长度802.3662446～1500

以太网基础自测题

1. 两台设备均能发送或接收数据，但不能同时进行。这种工作方式是（）

A、单工

B、半双工

C、全双工

D、自协商

2. 工作在物理层的网络设备有（），工作在数据链路层的设备是（）

A、HUB

B、中继器

C、交换机

D、路由器

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1.以太网技术基础

2.以太网交换机原理

3.VLAN基础概述

4.对接以太网接口配置

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1.以太网技术基础

2.以太网交换机原理

3.VLAN基础概述

4.对接以太网接口配置

MAC 地址学习

分段1分段2

A B C

PORT1PORT2D

交换机MAC 地址表

交换机

MAC 地址

所在端口MAC A

1MAC B

1MAC C

2MAC D 2

l为适应网络的变化，MAC表需要不断更新。MAC表中自动生成的表项（即动态表项）并非永远有效，每一条表项都有一个生存周期，到达生存周期仍得不到刷新的表项将被删除，这个生存周期被称作老化时间。如果在到达生存周期前记录被刷新，则该表项的老化时间重新计算。

基于MAC 地址表转发

MACD MACA

......

端口1

MACD MACA

......

端口2

MAC 地址所在端口

MACA 1MACB 1MACC 2MACD

2

二层交换机原理

帧输入

泛洪该帧（源端口除外）

转发该帧（源端口除外）

目的MAC 地址

地址表查找

单播

广播

查找成功

没有找到匹配条目

交换机转发案例分析

l

如下图所示：PC1和PC2连接到一台交换机，PC1和PC2的MAC 地址及IP 地址已给出。你能够以PC1 ping PC2为例详细分析一下交换机的整个转发流程吗？

MAC ：70f1:a131:ad30

Switch

PC1

PC2

MAC ：3e26:b9ca:e451IP ：192.168.100.1/24

IP ：192.168.100.2/24

Eth0/1

Eth0/2

以太网交换机工作原理自测题

判断题

1. 交换机转发数据帧转发是基于MAC地址表，MAC地址表在建立后将稳定不

变。（）

2. 交换机上可能出现一个端口对应多个MAC地址的情况。（）

3. 当交换机收到数据帧后，查MAC地址表处理转发，对应表中不包含的地址，

交换机将丢弃该数据帧。（）

4. 交换机向所有端口转发广播帧和多播帧。（）

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1.以太网技术基础

2.以太网交换机原理

3.VLAN基础概述

4.对接以太网接口配置

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1.以太网技术基础

2.以太网交换机原理

3.VLAN基础概述

4.对接以太网接口配置

目录

3.VLAN基础概述

3.1 VLAN相关概念

3.2 VLAN基本原理

3.3 VLAN通信原理

为什么使用VLAN

用户：我不想收到C

的广播报文

管理员：B 不能

访问A

C

B

A

以太网

缺少转

发控制

手

段

VLAN 技术的目标

组1

组

2

什么是VLAN ?

l

VLAN （Virtual Local Area Network ）即虚拟局域网，是将一个物理的LAN 在逻辑上划分成多个广播域（多个VLAN ）的通信技术。

SwitchA

SwitchC

VLAN 1

VLAN 2

VLAN 3

Router

SwitchB

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3.VLAN基础概述

3.1 VLAN相关概念

3.2 VLAN基本原理

3.3 VLAN通信原理

VLAN 帧格式

DA

SA

TYPE

DATA

FCS

DA SA TAG

TYP E

DATA FCS

Untagged frame

Tagged frame

TPID

TCI

6B

6B

2B

-1500B

4B

6B

6B

2B

-1500B

4B

4B

VLAN的分类

l VLAN的划分方式有多种：

p基于端口划分VLAN：根据交换机的端口编号来划分VLAN。

p基于MAC地址划分VLAN：根据计算机网卡的MAC地址来划分

VLAN。

p基于子网划分VLAN：根据报文中的IP地址来添加VLAN ID.

p基于协议划分VLAN：根据接口接收的报文所属的协议类型及封装格式来给报文分配不同的VLAN ID。

p基于匹配策略划分VLAN：基于MAC地址、IP地址、接口组合策略划分VLAN

l目前，最常用的方式是基于端口划分VLAN的方式。

基于端口的VLAN 划分

l 网络管理员给交换机的每个端口配置PVID （Port Default VLAN ID ，端口缺省的VLAN ID ），有些地方称为端口默认VLAN 。如果收到的是untagged 帧，则VLAN ID 的取值为PVID 。主机A 主机B 主机C 主机D Port 1

Port 2Port 7Port 10

端口

PVID Port15

Port210

…………

Port75

……

……Port10

10

l接入链路（Access Link）：连接用户主机和交换机的链路为接入链路。l干道链路（Trunk Link）：连接交换机和交换机的链路称为干道链路。

VLAN 2

VLAN 3

Access Link

Trunk Link

端口类型—Access 端口

l Access 端口是交换机上用来连接用户主机的端口，它只能连接接入链路。Access 端口有如下特点：

p 仅仅允许唯一的VLAN ID 通过本端口，这个VLAN ID 与端口的PVID （Port Default VLAN ID ，端口缺省的VLAN ID ）相同。p 如果该端口收到的对端设备发送的帧是untagged （不带VLAN 标签），交换机将强制加上该端口的PVID 。

p Access 端口发往对端设备的以太网帧永远是不带标签的帧。

Eth0/0/1 :VLAN-3Eth0/0/1 :VLAN-5

Switch

l Trunk端口是交换机上用来和其他交换机连接的端口，它只能连接干道链路Trunk端口有如下特点：

p Trunk端口允许多个VLAN的帧（带Tag标记）通过。

p如果从Trunk端口发送的帧带Tag，且Tag与端口缺省的VLAN ID相

同，则交换机会剥掉该帧中的Tag标记。因为每个端口的PVID取值

是唯一的。仅在这种情况下，Trunk端口发送的帧不带Tag。

p如果从Trunk端口发送的帧带Tag，但是与端口缺省的VLAN ID不同，则交换机对该帧不做任何动作，直接发送带Tag的帧。

端口类型—Hybrid 端口

l Hybrid 端口是交换机上既可以连接用户主机，又可以连接其他交换机的端口。Hybrid 端口既可以连接接入链路又可以连接干道链路。Hybrid 端口允许多个VLAN 的帧通过，并可以在出端口方向将某些VLAN 帧的Tag 剥掉。

Eth-0/0/24

Eth-0/0/1Eth-0/0/2

SWA

SWB

端口类型—QinQ端口

l QinQ端口（802.1Q-in-802.1Q）是使用QinQ协议的端口。QinQ端口可以给帧加上双重Tag，即在原来Tag的基础上，给帧加上一个新的Tag，从而可以支持多达4094 x 4094个VLAN，满足网络对VLAN数量的需求。

l QinQ帧的格式中外层的标签通常被称作公网Tag，用来存放公网的VLAN ID。内层标签通常被称作私网Tag，用来存放私网的VLAN ID。

6B6B2B-1500B4B

4B4B

DA SA TAG TAG TYPE DATA FCS

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3.VLAN基础概述

3.1 VLAN相关概念

3.2 VLAN基本原理

3.3 VLAN通信原理

3.4 VLAN在IP RAN中的应用

VLAN 内跨越交换机通信原理l 有时属于同一个VLAN 的用户主机被连接在不同的交换机上。当VLAN 跨越交换机时，就需要交换机间的端口能够同时识别和发送跨越交换机的VLAN 报文。这时，需要用到Trunk Link 技术。

Trunk Link

Switch B Switch A GE0/0/3

GE0/0/4

GE0/0/

2GE0/0/1Host A

Host B VLAN 2VLAN 3

VLAN 间通信原理—单臂路由l 二层交换机＋路由器

p 多数情况下，LAN 通过二层交换机的以太网接口（交换式以太网接口）与路由器的以太网接口（路由式以太网接口）相连。通过这种方式实现VLAN 间的通信称为单臂路由技术。

Router

Switch Access Port

VLAN Trunk

Subinterface VLAN 2

VLAN 3

VLAN 间通信原理—三层交换l VLANIF 接口是三层逻辑接口，可以部署在三层交换机上，也可以部署在路由器上。

Switch

VLANIF

VLAN 3VLAN 2VLANIF

VLAN基础自测题

选择题

1. 一个VLAN可以看作是一个（）

A.冲突域

B.广播域

C.管理域

D.自治域

2. VLAN的划分不包括以下哪种方法？（）

A.基于端口

B.基于MAC地址

C.基于协议

D.基于物理位置

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3.VLAN基础概述

4.对接以太网接口配置

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2.以太网交换机原理

3.VLAN基础概述

4.对接以太网接口配置