局域网技术 - 以太网

局域网技术 - 以太网作者：赵伟

培训目标掌握局域网的技术

1. 局域网的特点2. 局域网的拓扑结构3. 典型的局域网拓扑结构4. 局域网的传输介质5. 局域网的网络互联设备

局域网中以太网帧格式交换机的 MAC 地址学习

1 局域网技术定义

局域网是一种将小区域内的各种通信设备互连在一起的通信网络。

局域网的基本特点高数据传输率（ 10 ~ 1000 Mbps ）短距离（ 0.1 ~ 10 km ）低出错率（ 10-8 ~ 10-11 ）连接规范易于实现

局域网发展趋势高速， 10G Ethernet 移动，无线局域网 IEEE 802.11

1.1 局域网的拓扑结构星型结构环型结构总线型结构树型结构匹配电阻

集线器

干线耦合器

总线网星形网

树形网环形网

请注意与我们讲的计算机网络拓扑结构进行对比，课本第 8 页（这里为什么没有网状型的拓扑结构？）

1.2 典型的局域网拓扑结构

一系三系二系 10BASE-T

至因特网100 Mb/s

100 Mb/s

100 Mb/s万维网服务器

电子邮件服务器

以太网交换机

路由器

1.3 局域网的传输介质传输介质（路的演变说明了什

么？）双绞线基带同轴电缆光纤无线崎

岖小路

一般小道

简易公路

等级公路

高速公路

交换机（网桥）集线器网卡服务器

1.4 局域网网络互联设备

2 局域网的协议参考模型

局域网参考模型与 OSI参考模型对应关系MAC 子层和 LLC 子层， MAC 子层是与硬件相关的数据链路层协议，LLC 是与硬件无关的数据链路层协议，本章主要关注 MAC 子层的协议。

2 局域网的协议参考模型

问题： 1 ，哪一个层次使用服务接入点？ 2 ，哪一个层次定义了硬件地址？

数据的传播路径

5

4

3

2

1

5

4

3

2

1

计算机 1

AP2AP1

计算机 2

应用程序数据应用层首部

H5

10100110100101 比特流 110101110101

注意观察加入或剥去首部（尾部）的层次

应用程序数据

H5 应用程序数据

H4 H5 应用程序数据

H3 H4 H5 应用程序数据

H4

运输层首部

H3

网络层首部

H2

链路层首部

T2

链路层尾部

局域网

局域网常用的帧格式

目的地址源地址类型数据 FCS

6 6 2 4字节 46 ~ 1500Ethernet_Ⅱ

目的地址源地址长度数据 FCS

6 6 2 4字节 46 ~ 1500802.3_Ethernet

前导 8 字节

前导 8 字节

Ethernet II( 课本上称 DIX 2.0) ： Xerox 与 DEC 、 Intel 在 1982 年制定的以太网标准帧格式。Ethernet 802.3 ： IEEE ， Novell 公布的专用以太网标准帧格式，针对Novell 专用网络。 Ethernet II ，因为它最早，也最简单，上层直接承载三层包，是在数据传输中最常使用的帧格式。

H2

链路层首部

局域网帧结构的详细定义如下：

实例讲解 -帧格式下面我们花费一点时间，看看用 Wireshark 抓包工具扑捉到的一些帧。我们看到下面的帧只有三个字段：目的地址、源地址和类型字段。

Ethernet II, Src: HewlettP_b5:ed:09 (d4:85:64:b5:ed:09), Dst: Cisco_7c:a7:c8 (00:18:18:7c:a7:c8) Destination: Cisco_7c:a7:c8 (00:18:18:7c:a7:c8)Source: HewlettP_b5:ed:09 (d4:85:64:b5:ed:09)Type: IP (0x0800)

这是 Ethernet II 帧。注意，类型字段是 IP ，或者是用十六进制表示为 0x0800 。

实例讲解 -帧格式下一个帧有同样的字段，因此它肯定也是 Ethernet II 帧：

Ethernet II, Src: Communic_e6:4e:7d (00:09:4c:e6:4e:7d), Dst: Broadcast (ff:ff:ff:ff:ff:ff) Destination: Broadcast (ff:ff:ff:ff:ff:ff)Source: Communic_e6:4e:7d (00:09:4c:e6:4e:7d)Type: ARP (0x0806)你注意到了这是一个广播帧码？因为其目的硬件地址全是 1 ，或者用十六进制表示为 0xff

广播帧的产生 : 网络中存在有广播帧是不可避免的 ,DHCP 广播：比如开启了 DHCP 服务器 , 每次请求 , 都会有以” FF.FF.FF.FF.FF.FF” 的帧格式出现．它向所有端口转发．ARP 广播：假设主机 A 与 B 在同一个网络内 ,当主机 A 要向主机 B 发送信息 ,那么需要知道主机 B 的 IP 地址和 MAC 地址 , 这里面我们假定A 只知道 B 的 IP 地址 ,而不知道 B 的 MAC 地址 ,那么这时 A就需要向网络中发送一个 ARP 请求 ,来获取 B 的 MAC 地址 , 这个 ARP 请求实际上就是一个广播包 .

课堂作业

用 Wireshark 抓包工具扑捉一个以太网的帧。写出：1 ，以太网的帧类型；2 ，以太网的目的地址 Dst；3 ，以太网的源地址 Src；4 ，以太网报文中上层使用的协议类型。并说明你抓到的帧是否是广播帧？

地址学习（ Address learning ）

3 交换机 MAC 地址的学习

MAC 表像电话本 (yellow page), 电话本记录 (姓名、电话号码 ) ， MAC 表记录 (MAC 、接口 ) 。

交换机做三件事：转发数据包，洪泛数据包，发现新MAC 地址。

交换机 MAC 地址学习

• 初始 MAC 地址表是空的

MAC address table

0260.8c01.1111

0260.8c01.2222

0260.8c01.3333

0260.8c01.4444

F0/1 F0/3

F0/2 F0/4

A B

C D

交换机收到一个数据包时，用其 MAC 目的地址搜索MAC 表。找到就转发数据包，找不到就洪泛 /泛洪（ flooding ）。常见的泛洪有 DHCP ， ARP报文泛洪攻击。

交换机 MAC 地址学习

• A 向 C 发送帧• 交换机将 A 的 MAC 地址和其对应的接口 f0/1 放入 MAC 地址表• 该帧向除了 F0/1 接口的所有接口泛洪

MAC address table

0260.8c01.1111

0260.8c01.2222

0260.8c01.3333

0260.8c01.4444

F0/1 : 0260.8c01.1111

F0/1 F0/3

F0/2 F0/4DC

BA

F0/2 : 0260.8c01.2222

交换机学习主机地址

• D 向 B 发送帧• 交换机将 D 的 MAC 地址和其对应的接口 f0/4 放入 MAC 地址表• 该帧向除了 f0/4 接口的所有接口泛洪

MAC address table

0260.8c01.1111

0260.8c01.2222

0260.8c01.3333

0260.8c01.4444

F0/1 : 0260.8c01.1111

F0/2 : 0260.8c01.2222

F0/1 F0/3

F0/2 F0/4 DC

A BF0/4 : 0260.8c01.4444

F0/3: 0260.8c01.3333

交换机学习主机地址

B向D 发送帧目的地址已知，帧不被泛洪交换机的 MAC 地址表是基于源地址构建的

F0/1: 0260.8c01.1111

F0/2: 0260.8c01.2222

F0/3: 0260.8c01.3333

0260.8c01.1111

0260.8c01.2222

0260.8c01.3333

0260.8c01.4444

F0/1 F0/3

F0/2 F0/4DC

A B

MAC address table

F0/4: 0260.8c01.4444

实训一：交换机 MAC 地址的学习

在思科虚拟环境下组网如图：四台PC分别连接二层交换机（ Cisco 2960 ）记录四台PC 机的 MAC 地址

PC-A MAC 地址

PC-C MAC 地址

PC-B MAC 地址

PC-D MAC 地址

F0/1 F0/3

F0/2 F0/4DC

A B

MAC address table


配置同一网段下的 IP地址（192.168.62.* 255.255.255.0），四台计算机的 IP地址如上图；计算机A: 192.168.62.2 255.255.255.0 计算机B: 192.168.62.3 255.255.255.0 计算机C: 192.168.62.4 255.255.255.0 计算机D: 192.168.62.5 255.255.255.0

192.168.62.2

192.168.62.4

192.168.62.3

192.168.62.5

F0/1 F0/3

F0/2 F0/4DC

A B

MAC address table


在交换机上配置VLAN的 ip地址，即网关地址192.168.62.1 Switch(config)#interface vlan 1 Switch(config-if)#ip address 192.168.62.1 255.255.255.0 Switch(config-if)#no shutdown

192.168.62.2

192.168.62.4

192.168.62.3

192.168.62.5

F0/1 F0/3

F0/2 F0/4DC

A B

MAC address table


分别在计算机 A, 计算机 B ，计算机 C ，计算机 D 上面采用 Ping命令发送报文，使交换机学习主机的 MAC 地址。

192.168.62.2

192.168.62.4

192.168.62.3

192.168.62.5

F0/1 F0/3

F0/2 F0/4DC

A B

MAC address table


通过模拟环境，验证以太网交换机的 MAC 地址学习过程

192.168.62.2

192.168.62.4

192.168.62.3

192.168.62.5

F0/1 F0/3

F0/2 F0/4DC

A B

MAC address table

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