数据通信第九讲 以太网共28页
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数据培训(以太网培训)PPT课件
万兆以太网出现
千兆以太网迅速发展
100M快速以太网
共享式转向LAN交换机 10M以太网发展成熟 以太网产生
70年代 80年代
90年代 92年 96年 2002年
共享式以太网传输介质
• 在共享式以太网之时，使用一种称为抽头的设备 建立与同轴电缆的连接。须用特殊的工具在同轴 电缆里挖一个小洞，然后将抽头接入。此项工作 存在一定的风险：因为任何疏忽，都有可能使电 缆的中心导体与屏蔽层短接，导致这个网络段的 崩溃。同轴电缆的致命缺陷是：电缆上的设备是 串连的，单点的故障可以导致这个网络的崩溃。
第1章 以太网发展史
1.1 以太网起源及原理简介 1.2 以太网发展及标准协议
以太网发展简史
• IEEE802.3 以太网标准 • IEEE802.3u 100BASE-T快速以太网标准 • IEEE802.3z/ab 1000Mb/s千兆以太网标准 • IEEE802.3ae 10GE以太网标准
10Base5：粗同轴电缆（5代表电缆的字段长度是500米）
10Base2：细同轴电缆（2代表电缆的字段长度是200米）
共享式以太网的缺点
• 在共享式以太网中，所有的主机都以平等的地位连接到同 轴电缆上，但如果以太网中主机数目较多，则存在以下严 重问题： – 介质可靠性差 – 冲突严重 – 广播泛滥 – 无任何安全性
模型分类 接入层
汇聚层 核心层
网络定位
为高性能的PC机和工作站提供 100Mbit/s的接入 提供接入层和汇聚层的连接，提供汇聚 层到核心层的连接，提供高速服务器的 连接
提供交换设备间的连接
快速以太网传输距离
技术标准
线缆类型
传输距离
100BaseTX
《以太网交换基础》课件
•
复杂性
•
云计算
《以太网交换基础》PPT
课件
网络交换技术是现代计算机网络的核心，本课件将详细介绍以太网交换的基
础知识、原理和应用。
以太网交换基础介绍
了解计算机网络的基本概念和传输介质，掌握以太网交换的定义和作用。
以太网交换的原理和概念
1
MAC 地址
2
帧转发和过滤
3
无碰撞传输
了解 MAC 地址的作用和
掌握交换器利用 MAC 地
介绍交换器的管理接口，
讲解交换器的基本配置，
探索交换器的监控功能和
如控制台端口、Web 管理
如端口速度和双工模式。
故障排除方法，如端口监
界面和远程管理。
控和链路聚合的故障排查。
以太网交换的优缺点和应用
优点
缺点
应用场景
•
高速数据传输
•
网络安全性
•
企业局域网
•
低成本
•
广播风暴
•
数据中心
•
灵活性和可扩展性
10/100 交换机
高速交换机
软件定义网络（SDN）
回顾以太网交换器从最初的
介绍10GbE、40GbE和
展望SDN对以太网交换技术
10/100Mbps到后来的千兆交
100GbE等高速以太网交换技
的前景和变革。
换技术的演进。
术的发展。
以太网交换器的配置和管理
1
交换器管理接口
2
交换器配置
换器如何通
结构，理解以太网数据帧
址表进行帧转发和过滤的
过隔离链路和广播域实现
和帧头中的源 MAC 和目
过程。
以太网基本知识ppt课件
绞线放在一个绝缘套管中便成了双绞线电缆，在局域网中常用双绞 两根绝缘的铜导线按一定密度互相绞在一起，可降低信号干扰的程度，每一根导线在传输中辐射的电波也会被另一根线上发出的电波抵消。把一对或
多对双绞线放在一个绝缘套管中便成了双绞线电缆，在局域网中常用双绞线4对双绞线组成的。管中便成了双绞线电缆，在局域网中常用
n2比纤芯材料折射率n1小，即光纤导光的条件是n1＞n2。 一次涂敷层是为了保护裸纤而在其表面涂上的聚氨基甲酸乙脂或硅酮树
脂层，厚度一般为 30～150μm。 套层又称二次涂覆或被覆层，多采用聚乙烯塑料或聚丙烯塑料、尼龙等
材料。经过二次涂敷的裸光纤称为光纤芯G.651光纤:渐变多模光纤，工作波长为1.31μm和1.55μm，在1.31μm 处光纤有最小色散，而在1.55μm处光纤有最小损耗，主要用于计算机 局域网或接入网。
以太网基本知识
1
以太网分类
按传输介质分
2
双绞线
双绞线 双绞线由两根绝缘铜导线相互缠绕而成。两根绝缘的铜导线按一定密度互相绞在一起，可降低信号干扰的 程度，每一根导线在传输中辐射的电波也会被另一根线上发出的电波抵消。把一对或多对双绞线放在一个绝缘套
管中便成了双绞线双电绞缆，线在由局域两网根中常绝用缘双绞铜线导4对线双相绞线互组缠成的绕。而由两成根绝。缘铜两导线根相绝互缠缘绕而的成。铜两根导绝线缘的按铜导一线 定密度互相绞在一起，可降低信号干扰的程度，每一根导线在传输 按一定密度互相绞在一起，可降低信号干扰的程度，每一根导线在传输中辐射的电波也会被另一根线上发出的电波抵消。把一对或多对
Auto MDI/MDIX--网线的 交叉线和直连线自动转换，一般用途都不用 管这个的;没有这个功能的时候，在使用的时候，就需要注意你所用的网 线是交叉线，还是直线。
多对双绞线放在一个绝缘套管中便成了双绞线电缆，在局域网中常用双绞线4对双绞线组成的。管中便成了双绞线电缆，在局域网中常用
n2比纤芯材料折射率n1小，即光纤导光的条件是n1＞n2。 一次涂敷层是为了保护裸纤而在其表面涂上的聚氨基甲酸乙脂或硅酮树
脂层，厚度一般为 30～150μm。 套层又称二次涂覆或被覆层，多采用聚乙烯塑料或聚丙烯塑料、尼龙等
材料。经过二次涂敷的裸光纤称为光纤芯G.651光纤:渐变多模光纤，工作波长为1.31μm和1.55μm，在1.31μm 处光纤有最小色散，而在1.55μm处光纤有最小损耗，主要用于计算机 局域网或接入网。
以太网基本知识
1
以太网分类
按传输介质分
2
双绞线
双绞线 双绞线由两根绝缘铜导线相互缠绕而成。两根绝缘的铜导线按一定密度互相绞在一起，可降低信号干扰的 程度，每一根导线在传输中辐射的电波也会被另一根线上发出的电波抵消。把一对或多对双绞线放在一个绝缘套
管中便成了双绞线双电绞缆，线在由局域两网根中常绝用缘双绞铜线导4对线双相绞线互组缠成的绕。而由两成根绝。缘铜两导线根相绝互缠缘绕而的成。铜两根导绝线缘的按铜导一线 定密度互相绞在一起，可降低信号干扰的程度，每一根导线在传输 按一定密度互相绞在一起，可降低信号干扰的程度，每一根导线在传输中辐射的电波也会被另一根线上发出的电波抵消。把一对或多对
Auto MDI/MDIX--网线的 交叉线和直连线自动转换，一般用途都不用 管这个的;没有这个功能的时候，在使用的时候，就需要注意你所用的网 线是交叉线，还是直线。
计算机网络数据通信基础课件
• 概述：OSI（Open Systems Interconnection）参考模型是计算机网络体系结构的一种标准模型，它将网络通信过 程划分为七个独立但相互关联的层次，以便更好地理解和设计网络系统。
OSI参考模型
物理层
负责传输比特流，处理机 械、电气以及定时接口的 规范。
数据链路层
负责将比特流组合成帧， 以及帧的发送和接收。
报文交换和信元交换
报文交换是一种存储转发交换方式，它将整个报文先存储在交换机中，然后再根据目的 地址选择合适的输出端口进行转发，而信元交换是一种面向无连接的交换方式，它将数
据分割成多个小段，每个小段称为信元，然后逐个信元进行转发。
层协议
数据链路层协议包括点对点协议（ PPP）、串行线网际协议（SLIP）等 ，它们负责建立和维护网络连接，以 及数据的封装和拆卸。
通过动态分配带宽实现高效的数据传输。
特点
03
传输速率较快，适用于突发性数据传输，能够充分利用带宽资
源。
Part
06
网络互联与接入技术
网络互联设备
路由器
路由器是连接不同网络的设备，能够根据IP地址将数据包从一个 网络转发到另一个网络。
交换机
交换机是一种多端口的网络设备，能够根据MAC地址将数据帧从 一个端口转发到另一个端口。
无线局域网安全性
无线局域网面临的安全 威胁包括窃听、截获和 篡改数据，常见的安全 措施包括WEP、WPA和 WPA2加密技术。
虚拟专用网技术
虚拟专用网概述
虚拟专用网（VPN）是一种可以 在公共网络上建立加密通道的技 术，通过这种通道可以安全地传 输数据。
VPN协议
常见的VPN协议包括PPTP、L2TP 和IPSec等，这些协议可以提供不 同级别的安全性。
OSI参考模型
物理层
负责传输比特流，处理机 械、电气以及定时接口的 规范。
数据链路层
负责将比特流组合成帧， 以及帧的发送和接收。
报文交换和信元交换
报文交换是一种存储转发交换方式，它将整个报文先存储在交换机中，然后再根据目的 地址选择合适的输出端口进行转发，而信元交换是一种面向无连接的交换方式，它将数
据分割成多个小段，每个小段称为信元，然后逐个信元进行转发。
层协议
数据链路层协议包括点对点协议（ PPP）、串行线网际协议（SLIP）等 ，它们负责建立和维护网络连接，以 及数据的封装和拆卸。
通过动态分配带宽实现高效的数据传输。
特点
03
传输速率较快，适用于突发性数据传输，能够充分利用带宽资
源。
Part
06
网络互联与接入技术
网络互联设备
路由器
路由器是连接不同网络的设备，能够根据IP地址将数据包从一个 网络转发到另一个网络。
交换机
交换机是一种多端口的网络设备，能够根据MAC地址将数据帧从 一个端口转发到另一个端口。
无线局域网安全性
无线局域网面临的安全 威胁包括窃听、截获和 篡改数据，常见的安全 措施包括WEP、WPA和 WPA2加密技术。
虚拟专用网技术
虚拟专用网概述
虚拟专用网（VPN）是一种可以 在公共网络上建立加密通道的技 术，通过这种通道可以安全地传 输数据。
VPN协议
常见的VPN协议包括PPTP、L2TP 和IPSec等，这些协议可以提供不 同级别的安全性。
【PPT】数据通信基础.
6. 数字数据：数字数据只产生离散的值，例如文 本信息、整数。Байду номын сангаас
7. 模拟信号：连续变化的电磁波。 8. 数字信号：离散的脉冲序列。 9. 信道：传送信号的通路，由传输介质及相应的
中间通信设备组成。 10. 数据传输：指利用电信号/光信号把数据从发送
端传送到接收端的过程。
11. 模拟传输：指以模拟信号的形式在信道上传输 数据。
幅移键控
(2) 频移键控(Frequency-Shift Keying，FSK)，又称频 率调制(Frequency Modulation，FM)
频移键控
(3) 相移键控(Phase-Shifting Keying，PSK)，又称相 位调制(Phase Modulation，PM)
相移键控
(4) 正 交 调 幅 (Quadrature Amplitude Modulation ， QAM)
脉冲编码调制
②量化(quantizing)：使连续模拟信号变为幅度上的 离散值。
③编码(coding)：将量化值用相应的二进制代码表示。
举 例 ： 话 音 频 率 300~3400Hz ， 取 样 带 宽 为 4000Hz，取样频率为8000Hz。PCM数字化语音分为 N=256个量级，则每次取样用log2N＝8位二进制码表 示，话音信号的数据传输率为64Kbps。
9.2.1数据编码的格式
美国标准信息交换码(ASCII：American Standard Code for Information Interchange)
9.2.2 信号转换
调制
模拟信号
调制器
数模转换或解调器
数字信号 数字编码
1. 模拟数据的模拟信号传输 (1) 幅度调制(Amplitude Modulation，AM) (2) 频率调制(Frequency Modulation，FM) (3) 相位调制(Phase Modulation，PM)
7. 模拟信号：连续变化的电磁波。 8. 数字信号：离散的脉冲序列。 9. 信道：传送信号的通路，由传输介质及相应的
中间通信设备组成。 10. 数据传输：指利用电信号/光信号把数据从发送
端传送到接收端的过程。
11. 模拟传输：指以模拟信号的形式在信道上传输 数据。
幅移键控
(2) 频移键控(Frequency-Shift Keying，FSK)，又称频 率调制(Frequency Modulation，FM)
频移键控
(3) 相移键控(Phase-Shifting Keying，PSK)，又称相 位调制(Phase Modulation，PM)
相移键控
(4) 正 交 调 幅 (Quadrature Amplitude Modulation ， QAM)
脉冲编码调制
②量化(quantizing)：使连续模拟信号变为幅度上的 离散值。
③编码(coding)：将量化值用相应的二进制代码表示。
举 例 ： 话 音 频 率 300~3400Hz ， 取 样 带 宽 为 4000Hz，取样频率为8000Hz。PCM数字化语音分为 N=256个量级，则每次取样用log2N＝8位二进制码表 示，话音信号的数据传输率为64Kbps。
9.2.1数据编码的格式
美国标准信息交换码(ASCII：American Standard Code for Information Interchange)
9.2.2 信号转换
调制
模拟信号
调制器
数模转换或解调器
数字信号 数字编码
1. 模拟数据的模拟信号传输 (1) 幅度调制(Amplitude Modulation，AM) (2) 频率调制(Frequency Modulation，FM) (3) 相位调制(Phase Modulation，PM)
第九讲 以太网
• 以太网采用载波监听多路访问/冲突检测CSMA/CD
– 多路访问即多个站点通过一个共享媒体来发送和接收帧 – 载波监听意味着站点能够监测到链路是忙还是空闲 – 冲突检测是指站点在传输帧的同时监听链路，从而能够监测 到站点所传输的帧与别的站点传输的帧之间发生冲突的情形
CSMA/CD（续）
• CSMA协议中不进行冲突检测
CSMA/CD（续）
• CSMA/CD：
1. 若媒体空闲，传输；否则，转第2步。 2. 若媒体忙，一直监听直到信道空闲然后立即传输。 3. 若在传输中监听到冲突，发出一个短小的人为干扰(jamming) 信号（32比特）让所有的站点都知道发生了冲突并停止传输。
• 32比特的jam的目的是使那些接收到该帧的站点会发现帧的CRC 校验码错误，从而会丢弃该帧。
(a) A 在时刻 t 发送一帧 A B
(b) A 发送的帧在时刻 t+d 到达 B A B
(c) B 在时刻 t+d 开始发送，与 A 的帧冲突
(d) B 和 A 冲突后的帧在时刻 t+2d 到达 A
4.4.4 二进制指数退避算法
• CSMA/CD采用1－坚持算法，为了使得发生冲 突的站点在下次试图传输的时候不大可能再次 发生冲突，采用二进制指数退避算法：
• DIX帧格式来源于最早设计以太网的三家公司 （Digital、Intel、Xerox）的首字母 • IEEE 802.3委员会对DIX帧格式作了少许改动，这两种 帧结构基本上一致:除了DIX格式的帧中的16比特的长 度字段对应IEEE 802.3帧中的16比特的类型字段。
64 前导 48 目的地址 48 源地址 16 类型 0~1500 数据 0~46 填充 32 检验和
以太网基本原理分解
以太网基本原理分解以太网是一种广泛应用于局域网（LAN）的计算机网络技术，它提供了高速、可靠、经济的数据传输。
以太网基于一系列的基本原理，如介质访问控制、帧结构、链路层地址等。
下面将以太网的基本原理进行分解。
1.介质访问控制（MAC）：以太网使用CSMA/CD（载波侦听多点接入/冲突检测）技术来协调多个设备共享同一物理介质。
当设备要发送数据时，首先监听物理介质上是否有信号，如果没有信号则进行发送；如果有信号，则等待一段随机时间窗口再次监听，并解决数据包冲突的问题。
这种机制可以有效地减少冲突，提高网络的可靠性和吞吐量。
2. 帧结构：以太网数据在物理介质上传输时被划分为若干个帧（Frame）。
每个帧由一个帧起始符、目的地址、源地址、长度/类型、数据以及帧检验序列等字段组成。
帧起始符用于帧的识别，目的地址和源地址表示数据的发送和接收方，长度/类型表示数据的类型或长度，数据字段是实际的数据内容，帧检验序列用于检测传输中的错误。
3.链路层地址：为了能够在以太网上正确地发送和接收数据，每个设备都必须具有唯一的链路层地址。
以太网使用一个48位的物理地址，即MAC地址，来标识每个设备。
MAC地址是由网络设备的制造商在制造时分配的，它唯一地标识了网络中每个设备。
当数据在以太网上传输时，发送方需要将目的设备的MAC地址添加到帧中，以便接收方正确地接收数据。
4. 媒体类型：以太网支持多种不同类型的物理媒体，包括双绞线、同轴电缆和光纤。
不同的物理媒体具有不同的传输速率和最大距离，以太网根据不同的媒体类型来选择合适的传输速率和距离。
例如，10BASE-T以太网使用双绞线作为物理媒体，传输速率为10 Mbps；而1000BASE-SX 以太网使用多模光纤作为物理媒体，传输速率为1 Gbps。
5.网络拓扑：以太网可以采用不同的网络拓扑结构，如总线型、星型和环型。
总线型拓扑是最常见的结构，所有设备都连接到同一根总线上。
星型拓扑将所有设备连接到一个中央设备（如交换机）上。
以太网通信
因为多个站点可以同时向络上发送数据，在以太中使用了CSMA/CD协议来减少和避免冲突。需要发送数据的 工作站要先侦听络上是否有数据在发送，如果有的只有检测到络空闲时，工作站才能发送数据。当两个工作站发 现络空闲而同时发出数据时，就会发生冲突。这时，两个站点的传送操作都遭到破坏，工作站进行1-坚持退避操 作。退避时间的长短遵照二进制指数随机时间退避算法来确定。
TCP/IP协议并不完全符合OSI的七层参考模型。传统的开放式系统互连参考模型，是一种通信协议的七层抽 象参考模型，其中每一层执行某一特定任务。该模型的目的是使各种硬件在相同的层次上相互通信。而TCP/IP通 讯协议采用了四层结构，每一层都呼叫它的下一层所提供的络来完成自己的需求。这四层分别为：
(1)应用层：应用程序间沟通的层，如简单电子邮件传输协议(SMTP)、文件传输协议(FTP)、络远程访问协 议(Telnet)等。
谢谢观看
由此提出了了一种基于以太通信的有线遥控键盘，可以实现对计算机键盘进行远距离控制。该遥控键盘是通 过有线的方式，实现对键盘的远距离控制。
遥控键盘可以是用户自行设计的硬件实体键盘，也可以是远端软件键盘或者远端键盘控制程序模块。遥控键 盘的使用方式为：将遥控键盘通过以太和实体计算机进行连接，用户通过遥控键盘上的操作，实现对计算机的操 作控制。
应用
基于以太通信 的断路器智能
控制器设计
基于以太通信 的遥控键盘设 计与实现
基于以太通信的断路器智能控制器设计
针对智能电器的络化发展趋势，提出了一种基于以太通信的断路器智能控制器的设计方案：以DSP芯片 TMS320F2812为核心，并选用RTL8019AS进行以太通信控制。
该设计采用以太控制器 RTL 8019AS与 T MS 320F 2812相连，通过络隔离器后，接入以太中。 RTL 8019AS是一种兼容 NE 2000的高度集成的以太控制器，它实现了以太的媒介访问层和物理层的功能，包括 MAC 数据帧的组装/拆分与收发、识别、CRC编码校验、曼彻斯特编解码、接收噪声抑制、输出脉冲成形、超时重传、 链路完整性检测、信号极性检测与纠正等。
TCP/IP协议并不完全符合OSI的七层参考模型。传统的开放式系统互连参考模型，是一种通信协议的七层抽 象参考模型，其中每一层执行某一特定任务。该模型的目的是使各种硬件在相同的层次上相互通信。而TCP/IP通 讯协议采用了四层结构，每一层都呼叫它的下一层所提供的络来完成自己的需求。这四层分别为：
(1)应用层：应用程序间沟通的层，如简单电子邮件传输协议(SMTP)、文件传输协议(FTP)、络远程访问协 议(Telnet)等。
谢谢观看
由此提出了了一种基于以太通信的有线遥控键盘，可以实现对计算机键盘进行远距离控制。该遥控键盘是通 过有线的方式，实现对键盘的远距离控制。
遥控键盘可以是用户自行设计的硬件实体键盘，也可以是远端软件键盘或者远端键盘控制程序模块。遥控键 盘的使用方式为：将遥控键盘通过以太和实体计算机进行连接，用户通过遥控键盘上的操作，实现对计算机的操 作控制。
应用
基于以太通信 的断路器智能
控制器设计
基于以太通信 的遥控键盘设 计与实现
基于以太通信的断路器智能控制器设计
针对智能电器的络化发展趋势，提出了一种基于以太通信的断路器智能控制器的设计方案：以DSP芯片 TMS320F2812为核心，并选用RTL8019AS进行以太通信控制。
该设计采用以太控制器 RTL 8019AS与 T MS 320F 2812相连，通过络隔离器后，接入以太中。 RTL 8019AS是一种兼容 NE 2000的高度集成的以太控制器，它实现了以太的媒介访问层和物理层的功能，包括 MAC 数据帧的组装/拆分与收发、识别、CRC编码校验、曼彻斯特编解码、接收噪声抑制、输出脉冲成形、超时重传、 链路完整性检测、信号极性检测与纠正等。