以太网交换机基础培训教材v1.0

以太网交换机基础培训教材Prepared by拟制程永椿 00742 Date 日期 2005-3-13 Reviewed by 评审人 李博 00404Date 日期 2005-3-14 Approved by批准Date 日期 yyyy-mm-dd Authorized by签发Date 日期yyyy-mm-ddHuawei-3Com Technologies Co., Ltd.华为3Com 技术有限公司All rights reserved 版权所有 侵权必究Revision record修订记录Catalog目录1 以太网概述 (8)2 以太网的基础知识 (8)2.1 MAC地址 (8)2.2 以太网帧的帧格式 (9)2.2.1 以太网Ⅱ (10)2.2.2 带有802.2逻辑链路控制的IEEE 802.3 (10)2.2.3 IEEE 802.3子网访问协议（以太网SNAP） (10)2.2.4 Novell以太网 (11)2.3 CSMA/CD (11)2.4 冲突域和广播域 (12)2.5 以太网的典型设备-HUB (12)2.6 全双工以太网 (13)3 二层交换机的基本原理 (13)3.1 二层交换机 (13)3.2 支持VLAN的二层交换机 (16)3.2.1 VLAN的概念 (17)3.2.2 VLAN的划分 (18)3.2.3 VLAN的标准 (19)3.2.4 支持VLAN交换机的转发流程 (21)4 三层交换机基本原理 (24)4.1 三层交换机的提出 (24)4.2 三层交换机基本特征 (25)4.3 三层交换机的功能模型 (25)4.4 三层交换机转发流程 (27)4.4.1 IP网络规则 (27)4.4.2 三层转发流程 (27)4.4.3 选路过程 (29)4.5 路由器和交换机 (31)4.5.1 接口 (32)4.5.2 特点对照 (32)5 交换机相关协议和技术 (32)5.1 物理层特性（接口） (32)5.1.1 自协商 (33)5.1.2 智能MDI/MDIX自识别 (33)5.1.3 流控机制 (34)5.1.4 POE供电 (35)5.1.5 端口镜像 (35)5.2 二层协议和特性 (35)5.2.1 STP/RSTP/MSTP协议 (36)5.2.2 GARP/GVRP/GMRP (37)5.2.3 聚合特性 (38)5.2.4 Isolate-user-vlan (39)5.2.5 二层多播 (40)5.2.6 QinQ (41)5.3 三层特性 (41)5.3.1 SuperVLAN (41)5.4 Qos/ACL (42)5.5 安全特性 (42)5.5.1 802.1X (42)5.5.2 PORTAL (44)5.6 管理特性 (45)5.6.1 集群管理 (46)5.6.2 WEB网管 (47)5.7 IRF (47)5.8 与路由器相同的一些特性 (49)6 以太网交换机主要厂商 (49)6.1 Cisco (49)6.2 Extreme (50)6.3 Foundry (50)6.4 港湾 (50)7 参考资料 (50)图索引图1MAC地址 (9)图2常用的以太网帧格式 (10)图3由HUB组成的网络 (13)图4全双工以太网 (13)图5二层交换机结构示意图 (14)图6二层交换机的转发流程 (15)图7二层交换机工作在链路层 (15)图8交换机的冲突域和广播域 (16)图9由二层交换机构成的扁平网络 (16)图10基于端口VLAN的划分 (18)图11802.1Q VLAN帧格式 (20)图12Trunk链路实现虚拟工作组 (20)图13支持VLAN交换机交换引擎 (21)图14IVL和SVL地址学习方式 (22)图15IVL地址学习方式转发流程 (23)图16SVL地址学习方式转发流程 (23)图17支持VLAN交换机冲突域和广播域 (24)图18三层交换机功能模型 (26)图19三层交换引擎 (26)图20三层转发流程 (28)图21路由器的最长匹配转发 (30)图22三层交换机转发-精确匹配 (31)图23三层交换机转发-最长匹配 (31)图24以太网的自协商 (33)图25STP阻塞网络环路 (36)图26MSTP根据VLAN进行阻塞链路 (37)图27GARP属性注册和注销 (37)图28GARP基本原理 (38)图29Isolate-user-vlan (39)图30不支持多播功能交换机 (40)图31QinQ实现vMAN (41)图32802.1X认证体系结构 (43)图33PORTAL认证四大要素 (45)图34集群的组成 (47)图35IRF的组成 (48)图36IRF的典型应用 (49)表索引表 N/MAN参考模型 (17)表 2.路由器和三层交换机的特点对比 (32)表 3.PORTAL、PPPoE/A、802.1X三种认证方式的特点对比 (45)以太网交换机基础培训教材Keywords 关键词：以太网，交换机，LAN，VLAN，IRFAbstract 摘要：本文介绍以太网交换机的相关知识和基本原理。

主要包括：1）以太网交换机基础知识；2）二、三层交换机的基本原理和转发流程；3）以太网交换机常用特性和技术。

List of abbreviations 缩略语清单：1以太网概述以太网是在70年代初期由Xerox公司Palo Alto研究中心推出的。

1979年Xerox、Intel和DEC公司正式发布了DIX版本的以太网规范，1983年IEEE 802.3标准正式发布。

初期的以太网是基于同轴电缆的，到八十年代末期基于双绞线的以太网完成了标准化工作，即我们常说的10BASE-T。

随着市场的推动，以太网的发展越来越迅速，应用也越来越广泛。

下面简单列一下以太网的发展历程：✧70年代初，以太网产生；✧1929年，DEC、Intel、Xerox成立联盟，推出DIX以太网规范；✧1980年，IEEE成立了802.3工作组；✧1983年，第一个IEEE802.3标准通过并正式发布✧通过80年代的应用，10Mb/s以太网基本发展成熟✧1990年，基于双绞线介质的10BASE-T标准和IEEE 802.1D网桥标准发布✧90年代，LAN交换机出现，逐步淘汰共享式网桥✧1992年，出现了100Mb/s快速以太网✧通过100BASE-T标准(IEEE802.3u)✧全双工以太网(IEEE97)✧千兆以太网开始迅速发展(96)✧1000Mb/s千兆以太网标准问世(IEEE802.3z/ab)✧IEEE 802.1Q和802.1P标准出现(98)✧10GE以太网工作组成立(IEEE802.3ae)2以太网的基础知识以太网是一种能够使计算机进行相互传递信息的介质，它利用二进制位形成一个个的字节，这些字节然后组合成一帧帧的数据。

帧有一个起点，我们称之为帧头；也有终点，我们称之为作帧尾。

以太网由许多物理网段组合而成，每个网段包括一些导线和与导线相连的网络设备。

以太网上有很多网络设备，每个设备都会接收到各种各样的帧信息。

那么，设备怎样才能知道帧是否是直接对它进行访问呢？其实，在每个帧报头中，都包含有一个目地介质访问控制地址（MAC）和一个源MAC 地址，目的MAC地址就可以告诉网络设备帧是否是对它进行直接访问。

如果设备发现帧的目的MAC 地址与自己的MAC不匹配，设备将对不处理该帧。

2.1MAC地址MAC地址有48位，它可以转换成12位的十六进制数，参见图1。

这个数分成三组，每组有四个数字，中间以点分开。

MAC地址有时也称为点分十六进制数。

为了确保MAC地址的唯一性，IEEE 对这些地址进行管理。

每个地址由两部分组成，分别是供应商代码和序列号。

供应商代码代表NIC （网络接口卡）制造商的名称，它占用MAC的前十六位12进制数字，即24位二进制数字。

序列号由供应商管理，它占用剩余的6位地址，或最后的24位二进制数字。

图 1 MAC地址从实际使用的角度看，以太网的MAC地址可以分为三类，分别是单播地址、多播地址、广播地址：•单播地址：第一字节最低位为0，00e0.fc00.0006。

用于网段中两个特定设备之间的通信，可以作为以太网帧的源和目的MAC地址；•多播地址：第一字节最低位为1，01e0.fc00.0006。

用于网段中一个设备和其他多个设备通信，只能作为以太网帧的目的MAC；•广播地址：48位全1，ffff.ffff.ffff。

用于网段中一个设备和其他所有设备通信，只能作为以太网帧的目的MAC。

2.2以太网帧的帧格式对MAC地址有一个基本认识后，我们有必要进一步了解以太网帧的帧格式是怎么样的？有哪几种常用的帧格式？下图就是目前常用几种以太网帧格式。

图 2 常用的以太网帧格式2.2.1以太网Ⅱ帧头的作用是标识封装在帧中的第3层信息包的类型。

以太网Ⅱ使用类型字段，其长度为2个字节。

这种帧格式是目前最常用的以太网帧格式。

2.2.2带有802.2逻辑链路控制的IEEE 802.3IEEE基于原始的以太网Ⅱ帧来设计自己的以太网帧类型。

IEEE 802.3的以太网帧报头和以太网Ⅱ的帧报头非常相似，不过其类型字段的长度有所变化，它增加了一个称作逻辑链路控制（LLC）的字段。

LLC用来识别信息包中使用的第3层协议。

LLC报头或IEEE报头都包含DSAP（destination service access point，目的服务访问点）、SSAP（source service access point，源服务访问点）和控制字段。

DSAP和SSAP合并后就可标识第3层协议的类型。

2.2.3IEEE 802.3子网访问协议（以太网SNAP）80年代中期，以太网非常流行，IEEE担心它将使用完所有的DSAP和SSAP编码，所以就定义了一种新的帧格式。

这种帧格式称为以太网子网访问协议，有时候也称为以太网SNAP。

这种格式的帧报头以“AA”取代DSAP和SSAP。

在DSAP和SSAP字段中出现“AA”时，帧是一个以太网SNAP帧。

这时，第3层协议将在OUI（Organizational unique identifier，组织唯一标识）字段后的类型字段中表示。

QUI是一个6位的十六进制数，它可以唯一地标识一个组织。

IEEE对QUI进行赋值。

2.2.4Novell以太网Novell以太网帧类型只适用于IPX通信。

Novell以前没有考虑IPX将附属于其他第3层协议。

所以，也就没有必要用字段来识别第3层协议。

如果你运行的是Novell网络，就可以使用IPX。

Novell以太网帧格式以一个长度字段来取代类型字段，与前面的IEEE的做法一样。