数据链路层与交换机
烟草培训专用
本章目标
能够正确接入交换机，并掌握 能够正确接入交换机，并掌握Cisco交换机的基 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 熟悉 交换机的几种操作模式
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本章结构
功能 数据链路层 以太网 CSMA/CD 帧格式 MAC地址 地址 数据链路层与 交换机 工作原理 数据转发原理 全双工工作原理 内部交换方式 链路层设备 －交换机 产品概述－ 产品概述－Cisco Catalyst 2900系列 系列 访问方法 基本配置
单工、半双工与全双工 单工、
单工
只有一个信道， 只有一个信道，传输方向只能是单向的
A 例如： 例如：寻呼机
半双工
例如：对讲机 ： 例如B
只有一个信道，在同一时刻， 只有一个信道，在同一时刻，只能是单向传输
全双工
A
例如： 例如：电话
B
双信道， 双信道，同时可以有双向数据传输
A
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B
冲突与冲突域
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MAC子层与 子层与LLC子层 －2 子层2－ 子层与 子层
逻辑链路控制（ 逻辑链路控制（LLC）子层（802.2） ）子层（ ）
建立和释放数据链路层的逻辑连接； 建立和释放数据链路层的逻辑连接； 提供与上层的接口； 提供与上层的接口； 给帧加上序号。 给帧加上序号。
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启动信息 配置模式
数据链路层的功能2－1 数据链路层的功能 －
数据链路层
位于网络层与物理层之间
网络层
数据链路层协议
网络层 数据链路层 物理层
主机B 主机
包(Packet） ） 帧 （Frame） ） 比特（ ） 比特（Bit） 数据单元
数据链路层 物理层
主机A 主机
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交换机数据转发原理12－3 交换机数据转发原理 －
AA 端口3 端口 端口3 端口 BB
A data 端口1 端口 data
B
端口2 端口 端口1 端口 端口2 端口
11
22
33
44
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交换机数据转发原理12－4 交换机数据转发原理 －
MAC地址 地址
11
端口号
数据链路层的功能2－2 数据链路层的功能 －
数据链路层的功能
数据链路的建立、 数据链路的建立、维护与拆除 帧包装、帧传输、 帧包装、帧传输、帧同步 帧的差错恢复 流量控制
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以太网
以太网工作在数据链路层
网络层协议
网络层
数据链路层协议 2 1 层
网络层 数据链路层
物理层协议
包 帧 比特 数据单元
以太网命名方法
N－信号－物理介质 －信号－
N：以兆位为单位的数据速率，如10、100、1000 ：以兆位为单位的数据速率， 、 、 信号： 信号：基带还是宽带 物理介质： 物理介质：标识介质类型
例如： 例如：100BASE-TX
或 数据速率为100M UTP或STP 数据速率为 即物理介质为 基带， 基带， 以太网专用
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以太网采用CSMA/CD 以太网采用
CSMA/CD—带冲突检测的载波监听多路访问 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 以太网采用 避免信号的冲突 工作原理
发送前先监听信道是否空闲， 发送前先监听信道是否空闲， 若空闲则立即发送数据。 若空闲则立即发送数据。 在发送时，边发边继续监听 在发送时， 若监听到冲突， 若监听到冲突，则立即停止 发送 等待一段随机时间（ 等待一段随机时间（称为退 以后， 避）以后，再重新尝试
11
22
33
44
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交换机数据转发原理12－11 交换机数据转发原理 －
交换机最终的MAC地址表 地址表 交换机最终的 MAC地址 地址
11
端口号
1 3 2 3
A
44 22 33
MAC地址 地址
11 44 22 33
端口号
3 2 3 1
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B
交换机数据转发原理12－12 交换机数据转发原理 －
数据链路层 物理层
主机A 主机
以太网
物理层
主机B 主机
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什么是以太网
我们平常使用的局域网就是以太网
①如果中间的线路是共享 的，这条链路在同一时间 如果主机A ②③ 主机之间发送的数据 如果主机A发出一个 主机之间发送的数据， 由谁来使用呢？ 由谁来使用呢？如何来保 ， 数据包给主机B 数据包给主机B，如何标 需要保证双方互相都能 证这些主机能有序的使用 识主机A和主机B呢？这 识主机，那么它们发送的 读懂， 读懂 A和主机B 共享线路， 共享线路，不发生数据的 就是主机的地址问题。 就是主机的地址问题。 数据的格式， 数据的格式，是不是需 冲突？ 冲突？ 要有一个统一的规范呢？ 要有一个统一的规范呢？
类 型 / 长 度 2 字 节
前导码
目的地址
源地址
数据
帧校验 序列
7字节 字节
6字节 字节
6字节 字节
46～1500 ～ 字节
4字节 字节
数据链路层封装 物理层封装
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以太网标准
逻辑链路控 制子层 （LLC) 介质访问控 制子层 （MAC)
数据链 路层
IEEE802.2 以 太 网 IEEE802.3
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以太网MAC地址 地址 以太网
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
24比特 比特 供应商标识 标识） （供应商标识） 24比特 比特 供应商对网卡的唯一编号） （供应商对网卡的唯一编号）
对于目的地址： 对于目的地址 0–物理地址（单播地址） 物理地址（ 物理地址 单播地址） 1–逻辑地址（组播地址） 逻辑地址（ 逻辑地址 组播地址）
data
11
22
33
44
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交换机数据转发原理12－8 交换机数据转发原理 －
MAC地址 地址
11
端口号
3 2
B
44
交换机B在接收到数据帧后，执行以下操作： 交换机 在接收到数据帧后，执行以下操作： 在接收到数据帧后 交换机B学习源 学习源MAC地址和端口号 交换机 学习源 地址和端口号 交换机B查看 查看MAC地址表，根据 地址表， 地址表中的条目， 交换机 查看 地址表 根据MAC地址表中的条目， 地址表中的条目 单播转发数据到端口3 单播转发数据到端口
物理层
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MAC子层与 子层与LLC子层 －1 子层2－ 子层与 子层
介质访问控制（ 介质访问控制（MAC）子层（802.3） ）子层（ ）
将上层交下来的数据封装成帧进行发送(接收时进行相 将上层交下来的数据封装成帧进行发送 接收时进行相 反的过程，将帧拆卸)； 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； 实现和维护介质访访问控制协议，例如 ； 比特差错检测； 比特差错检测； MAC帧的寻址，即MAC帧由哪个站（源站）发出，被 帧的寻址， 帧由哪个站（ 帧的寻址 帧由哪个站 源站）发出， 哪个站／哪些站接收（目的站）。 哪个站／哪些站接收（目的站）。
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交换机数据转发原理12－5 交换机数据转发原理 －
AA 端口3 端口 端口3 端口 BB
A
端口1 端口 端口2 端口
B 端口1 端口 data data
端口2 端口
data
11
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33
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交换机数据转发原理12－6 交换机数据转发原理 －
data 在这个过程中， 在这个过程中，交换机的 33 MAC地址表中没有需要的条 地址表中没有需要的条 交换机通过广播的方式， 目，交换机通过广播的方式， 转发了数据帧
更新
交换机MAC地址表的老化时间是 地址表的老化时间是300秒 交换机 地址表的老化时间是 秒 交换机如果发现一个帧的入端口和MAC地址表中源 地址表中源MAC地址的所 交换机如果发现一个帧的入端口和 地址表中源 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 在端口不同，交换机将
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3
B
data
交换机B在接收到数据帧后，执行以下操作： 交换机 在接收到数据帧后，执行以下操作： 在接收到数据帧后 交换机B查看 查看MAC地址表 交换机 查看 地址表 22 交换机B学习源 学习源MAC地址和端口号 交换机 学习源 地址和端口号 交换机B向所有端口广播数据包 交换机 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 地址不是自己， 主机 ，查看数据包的目标 地址不是自己
MAC地址 地址
11
端口号
1
A
交换机A在接收到数据帧后，执行以下操作： 交换机 在接收到数据帧后，执行以下操作： 在接收到数据帧后 交换机A查找 查找MAC地址表 交换机 查找 地址表 交换机A学习主机 学习主机11的 交换机 学习主机 的MAC地址 地址 交换机A向其他所有端口发送广播 交换机 向其他所有端口发送广播
例如： － － － － － 例如：00－06－1b－e3－93－6c
IBM
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00－0d－28－be－b6－42 － － － － －
CISCO
以太网帧格式
802.3 以太网帧格式
帧 启 始 定 界 符 1 字 节