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  • 以太网二层协议

    2013-05-23 16:44:41
    以太网二层协议
  • 二层以太网类型对应的上层协议二层以太网类型对应的上层协议 二层以太网类型对应的上层协议 EtherType 协议 0x0804 Chaosnet 0x0805 X.25 Level 3 0x0806 地址解析协议(ARP : Address Resolution ...

    二层以太网类型对应的上层协议

    EtherType协议
    0x0804Chaosnet
    0x0805X.25 Level 3
    0x0806地址解析协议(ARP : Address Resolution Protocol)
    0x0808帧中继 ARP (Frame Relay ARP) [RFC1701]
    0x6559原始帧中继(Raw Frame Relay) [RFC1701]
    0x8035动态 DARP (DRARP:Dynamic RARP)反向地址解析协议(RARP:Reverse Address Resolution Protocol)
    0x8037Novell Netware IPX
    0x809BEtherTalk
    0x80D5IBM SNA Services over Ethernet
    0x80F3AppleTalk 地址解析协议(AARP:AppleTalk Address Resolution Protocol)
    0x8100以太网自动保护开关(EAPS:Ethernet Automatic Protection Switching)
    0x8137因特网包交换(IPX:Internet Packet Exchange)
    0x814C简单网络管理协议(SNMP:Simple Network Management Protocol)
    0x86DD网际协议v6 (IPv6,Internet Protocol version 6)
    0x8809Slow Protocol(OAM)
    0x880B点对点协议(PPP:Point-to-Point Protocol)
    0x880C通用交换管理协议(GSMP:General Switch Management Protocol)
    0x8847多协议标签交换(单播) MPLS:Multi-Protocol Label Switching (unicast)
    0x8848多协议标签交换(组播)MPLS, Multi-Protocol Label Switching (multicast)
    0x8863以太网上的 PPP(发现阶段)(PPPoE:PPP Over Ethernet Discovery Stage)
    0x8864以太网上的 PPP(PPP 会话阶段) (PPPoE,PPP Over Ethernet PPP Session Stage)
    0x88BB轻量级访问点协议(LWAPP:Light Weight Access Point Protocol)
    0x88CC链接层发现协议(LLDP:Link Layer Discovery Protocol)
    0x8E88局域网上的 EAP(EAPOL:EAP over LAN)
    0x9000配置测试协议(Loopback)
    0x9100VLAN 标签协议标识符(VLAN Tag Protocol Identifier)
    0x9200VLAN 标签协议标识符(VLAN Tag Protocol Identifier)
    0xFFFF保留
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  • 二层协议基本总结(一)

    千次阅读 2020-04-18 16:00:41
    起始部分由前导码和帧开始符组成,以mac地址说明目的地址和源地址,帧的中部是其负载的包含其他协议报头的数据包(如ip协议),以太帧由一个32位冗余校验码结尾,用于检验是否损坏。 以太网帧长度在64字节到1518字节...

    个人总结

    以太网帧格式

    在这里插入图片描述
    以太帧:在以太网链路上数据包
    起始部分由前导码和帧开始符组成,以mac地址说明目的地址和源地址,帧的中部是其负载的包含其他协议报头的数据包(如ip协议),以太帧由一个32位冗余校验码结尾,用于检验是否损坏。
    以太网帧长度在64字节到1518字节
    type/length≥1536,则封装的是Ethernet_Ⅱ数据帧
    type/length≤1500,则是IEEE802.3数据帧结构
    mac地址第8bit为1说明是组播地址

    ARP协议

    Address Resolution Protocol 地址解析协议
    在以太网中,为了正确的向目的主机传送报文,必须把目的主机的32位IP地址转换成目的主机48位MAC地址,这就需要ARP协议来将其实现

    ARP工作过程:
    第一步:根据主机A上的路由表内容,确定用来访问主机B的转发IP地址,然后主机A开始在自己的本地ARP缓存中检查主机B的MAC地址
    第二步:若主机A在ARP缓存中没有找到相应的映射,将会把包含着源主机的IP地址和MAC地址的ARP帧请求广播到本地网络上的所有主机。当本地网络上主机收到ARP请求后会检查自己的IP地址是否匹配,不匹配则丢弃ARP请求。
    第三步:主机B发现ARP请求中IP地址与自己的IP地址匹配,则会将源主机A的IP和MAC地址添加到本地缓存ARP缓存
    第四步:主机B讲包含着自己的MAC地址的ARP回复消息单播回应A
    第五步:主机A收到主机B的回复消息,把主机B的IP和MAC地址影身更新本地ARP缓存
    总结来说ARP协议广播请求,单播回应

    ARP两种数据包:ARP Request,ARP Reply

    ARP缓存表象仅仅存储2分钟,一个ARP缓存表项在2分钟内被用到,则期限再延长2分钟,直到最大生命期限10分钟位置。

    五种ARP学习:
    1.普通ARP(正向ARP)
    功能:IP地址->MAC地址
    过程:工作过程如上述
    2.翻转ARP(RARP)
    功能:MAC地址->IP地址
    过程:PC从网卡上读取MAC地址,然后在网络上发送一个RARP请求的广播数据包,请求RARP服务器回复该PC的IP地址。服务器收到了请求数据包之后为其分配IP地址,并将RARP回应发送给PC,PC收到回应之后,就是用得到的IP地址进行通讯。
    3.免费ARP
    功能:检测IP地址冲突
    过程:主机将ARP Request广播报文中的目的IP地址字段设置为自己的IP地址,且该网络中所有主机包括网关都会收到此报文,当目的IP地址已经被一个主机或网关使用时,该主机或网关就会回应ARP Reply报文,就能检测IP地址冲突。
    4.代理ARP
    概念:路由器收到ARP Request时,发现源IP,目的IP不在相同网段,就会饰演代理ARP角色代为回答
    过程:目的IP源IP位于不同网络,由于源主机未配置网关,所以将会广播ARP Request报文请求目的主机MAC地址。启动代理ARP后,路由器收到这样的七年跪求会查找路由表中是否存在目的主机的路由表项,如果有则将使用自己的G0/0/0接口的MAC地址来回应该ARP Request。主机A收到ARP Reply后,将以路由器的G0/0/0接口MAC地址作为目的MAC地址进行数据转发。
    5.逆向ARP(IARP)
    功能:通过物理地址获得IP地址
    一般存在于帧中继网络中,用于实现IP和DLCI地址的映射

    动态ARP和静态ARP对比:ARP表象分为动态ARP和静态ARP,动态是ARP协议自动生成和维护的表象,而静态ARP是手动配置建立的IP地址与MAC地址的映射关系。静态表象不会老化,不会被动态表象覆盖,只能通过手工来维护。

    MAC表

    MAC表:
    记录了交换机所学习到的其他设备的MAC地址,vlan ID以及对应的出接口。

    MAC地址表的作用:
    在转发数据时,设备根据报文中的目的MAC地址和VLAN ID查询MAC地址表,快速定位出接口。

    转发方式:
    单播方式:当MAC地址表中包含与保温目的MAC地址对应的表象时,设备直接将报文从该表项中的转发出接口发送
    广播方式:当设备收到的报文为广播报文,组播报文或MAC地址表中没有包含对应报文目的MAC地址的表项时,设备将采取广播方式将报文向除接受接口外同一VLAN内的所有接口转发。

    MAC地址表的分类:
    动态表项,静态表项,黑洞表项
    动态表项由接口通过源MAC地址学习获得,表项有老化时间
    静态表项由用户手工配置,表项不老化
    黑洞表项用于指示丢弃含有特定源MAC地址或目的MAC地址的数据帧,有用户手工配置,表项不老化
    在系统复位后,动态表项会丢失,而保存的静态表项和黑洞表项不会丢失

    以太网链路聚合

    链路聚合(Link Aggregation) 时将一组物理接口捆绑在一起作为一个逻辑接口来增加带宽和可靠性的一种方法
    链路聚合做LAG(Link Aggregation Group) 是指将若干条以太链路捆绑在一起所形成的逻辑链路,简写为Eth-Trunk。Eth-Trunk两端的物理接口数量,速率,双工方式等必须一致

    链路聚合模式:
    手工负载分担模式链路聚合 :手工负载分担模式下,Eth-Trunk的简历,成员接口的加入完全由手工来配置,该模式下所有活动链路都参与数据的转发,平均分担流量,因此称为负载分担模式。如果某条活动链路故障,链路聚合组自动在剩余的活动链路中平均分配分担流量。手工负载分担模式通常应用在对端设备不支持LACP协议的情况下
    LACP模式链路聚合 :也被称为M:N模式,这种方式同时可以实现链路负载分担和链路冗余备份的双重功能。该模式下,需要手工创建Eth-Trunk,手工加入Eth-Trunk成员接口,由LACP协议协商确定活动接口和非活动接口。在LACP模式的Eth-Trunk中加入成员接口后,这些接口将向对端通告自己的系统优先级,MAC地址,接口优先级,接口号等信息

    活跃接口选举过程:M选举(先选主动端,主动端再选活动接口)
    系统优先级数值小,数值相同,MAC地址小的作为主动端;接口LACP优先级的值越小,则优先级越高,如果接口LACP优先级相同,接口ID(接口号)小的看i恶口被选为活动接口。接口LACP优先级是为了区别同一个Eth-Trunk中的不同接口被选为活动接口的优先程度,优先级高的接口将优先被选为活动接口

    Eth-Trunk接口流量负载分担方式:基于IP数据流的,基于数据包的
    基于IP的散列算法能保证包顺序,但不能保证带宽利用率。基于包的散列算法能保证贷款利用率,但不能保证包的顺序。缺省情况下,Eth-Trunk接口根据IP进行散列。
    配置命令如下:
    interface eth-trunk trunk-id 进入eth-trunk接口视图
    load-balance{ ip | packet-all } 以太通道接口下配置eth-trunk接口的散列依据
    distribute-weight weight-value 物理接口下配置eth-trunk成员接口的负载分担权重,默认是1

    Eth-Trunk配置流程

    创建Eth-Trunk:interface eth-trunk trunk-id
    配置Eth-Trunk的工作模式执行命令mode lacp-static /manual load-balance
    Eth-Trunk中加入成员接口trunkport interface-type interface-number to 或者进入要捆绑到此Eth-Trunk的成员接口的接口试图执行 eth-trunk trunk-id 命令,将当前接口加入Eth-Trunk。

    可选:
    配置系统LACP优先级:
    lacp priority priority,配置当前路由器的系统LACP优先级
    配置活动接口数上限阈值:
    interface eth-trunk trunk-id 进入Eth-Trunk接口试图
    max active-linknumber link-number 配置活动接口数上限阈值
    配置接口LACP优先级:
    interface interface-type interface-number 进入接口试图
    lacp priority priority 配置当前接口的LACP优先级
    LACP抢占并配置抢占等待时间:
    interface eth-trunk trunk-id 进入Eth-Trunk接口视图
    lacp preempt enable 使能当前Eth-Trunk接口的LACP抢占功能
    lacp preempt delay delay-time 配置当前Eth-Trunk接口的LACP抢占等待时间

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  • 以太网物理层协议整理-万兆以太网

    千次阅读 2017-06-27 09:51:11
    在万兆以太网标准化过程中,IEEE和10GEA(万兆以太网联盟)是两个最重要的组织。 万兆以太网标准和规范都比较繁多,在标准方面,首先有2002年的IEEE 802.3ae,后来也不断有新的万兆以太网规范推出,如2006年的IEEE ...

    在万兆以太网标准化过程中,IEEE和10GEA(万兆以太网联盟)是两个最重要的组织。
    万兆以太网标准和规范都比较繁多,在标准方面,首先有2002年的IEEE 802.3ae,后来也不断有新的万兆以太网规范推出,如2006年的IEEE 802.3an标准(10GBase-T)就推出了基于双绞铜线的万兆以太网规范,同样的IEEE 802.3aq标准推出了基于光纤的10GBase-LRM;2007年的IEEE 802.3ap标准推出了基于铜线的10GBase-KX4和10GBase-KR规范。

    1) IEEE 802.3ae万兆以太网物理层体系结构

    IEEE 802.3ae万兆以太网标准主要包括以下内容:
    - 兼容802.3标准中定义的最小和最大以太网帧长度;
    - 仅支持全双工方式;
    - 使用点对点链路和结构化布线组建星形物理结构的局域网;
    - 支持802.3ad链路汇聚协议;
    - 在MAC/PLS服务接口上实现10Gbps的速度;
    - 定义两种PHY(物理层规范),即局域网PHY和广域网PHY;
    - 定义将MAC/PLS的数据传送速率对应到广域网 PHY数据传送速率的适配机制;
    - 定义支持特定物理介质相关接口(PMD)的物理层规范,包括多模光纤和单模光纤以及相应传送距离;支持ISO/IEC 11801第二版中定义的光纤介质类型等等。
    - 通过WAN界面子层(WIS:WAN interface sublayer),万兆位以太网也能被调整为较低的传输速率,如9.584640Gbps (OC-192c, 9953.280*260/270=9584.64),这就允许万兆位以太网设备与同步光纤网络(SONET)STS -192c传输格式相兼容.


    在万兆以太网技术中,其中比较突出的是一种称之为XAUI的接口。XAUI借用了原来的以太网附加单元接口(Attachment Unit Interface,AUI)的简称,而X源于罗马数字中的10,代表每秒传输10千兆比特的意思。XAUI被设计成既是一个接口扩展器,又是一个接口。其实在体系结构中就是将在下面提到的10Gb/s介质独立接口(10 Gigabit Media Independent Interface,XGMII),也可以看成是对XGMII接口的扩展。XGMII是具有74条信号线的接口,其中的32条数据线用于数据的收发。XGMII也可以作为以太网的MAC层对PHY的补充。XAUI还可以在以太网的MAC层和PHY的互联方面代替或作为XGMII的扩展,这是XGMII比较典型的应用。XAUI直接从千兆以太网标准中1000Base-X的PHY发展而来,它具有自带时钟的串行总线。XAUI接口的速率是1000Base-X的2.5倍。通过4条串行通道,保证万兆以太网的XAUI接口所支持的数据吞吐量是千兆以太网的10倍。

    IEEE 802.3ae标准中发布的规范它包括了10GBASE-R(包括10GBase-SR、10GBase-LR和10GBase-ER三个规范)、10GBASE-W(包括10GBase-SW、10GBase-LW和10GBase-EW三个规范)、10GBase-X(仅包括10GBASE-LX4规范)三种物理接口标准。

    在10GBase-X子系列的体系结构中,物理层结构与千兆以太网的基本类似,只是PCS子层与RS子层之间的接口由原来的GMII变成了XGMII,也就是前面说的XAUI。10GBASE-X使用一种特紧凑包装,含有1个较简单的WWDM(Wide Wavelength Division Multiplexing)器件、4个接收器和4个在1300nm波长附近以大约25nm为间隔工作的激光器,使用8B/10B编码,每一对发送器/接收器在3.125Gbit/s速度(数据流速度为2.5Gbit/s)下工作。

    而在10GBase-R子系列的三个规范中的物理层,除了上述接口换成为XGMII外,还有一个区别就是PCS子层的编码方式由原来的8B/10B改变成了64B/66B。数据流为10.000Gbit/s,因而产生的时钟速率为10.3125Gbit/s。

    在10GBase-W子系列的三个规范中相对千兆以太网物理层的改变更大,除了在10GBase-R子系列中的两处改变外,还在PCS子层与PMA子层之间增加了一个新的子层--WIS(WAN Interface Sublayer)子层。通过WIS,万兆以太网也能被调整为较低的传输速率,其时钟为9.953Gbit/s, 数据流为9.584640Gbit/s,这就允许万兆以太网设备与同步光纤网络(SONET)STS-192c传输格式相兼容。

    10G以太局域网和10G以太广域网(采用OC-192c)物理层的速率不同,10G以太局域网的数据率为10Gbit/s,而10G以太广域网的数据率为9.58464Gbit/s,但是两种速率的物理层共用一个MAC层,MAC层的工作速率为10Gbit/s。
    采用什么样的调整策略将10GMII接口的10Gbit/s传输速率降低,使之与物理层的传输速率9.58464Gbit/s相匹配,是10G以太广域网需要解决的问题。
    目前将10Gbit/s速率适配为9.58464Gbit/s的OC-192c的调整策略有3种: 
    - 在GMII接口处发送HOLD信号,MAC层在一个时钟周期停止发送; 
    - 利用“Busy idle”,物理层向MAC层在IPG期间发送“Busy idle”,MAC层收到后,暂停发送数据。物理层向MAC层在IPG期间发送“Normal idle”, MAC层收到后,重新发送数据;
    - 采用IPG延长机制:MAC帧每次传完一帧,根据平均数据速率动态调整IPG间隔

    2) 基于光纤的局域网万兆以太网

    就目前来说,用于局域网的基于光纤的万兆以太网规范有:10GBase-SR、10GBase-LR、10GBase-LRM、10GBase-ER、10GBase-ZR和10GBase-LX4这六个规范。

    2.1) 10GBase-SR

    10GBase-SR中的"SR"代表"短距离"(short reach)的意思,该规范支持编码方式为64B/66B的短波(波长为850nm)多模光纤(MMF),有效传输距离为2~300m,要支持300m传输需要采用经过优化的50μm线径OM3(Optimized Multimode 3,优化的多模3)光纤(没有优化的线径50μm光纤称为OM2光纤,而线径为62.5μm的光纤称为OM1光纤)。10GBase-SR具有最低成本、最低电源消耗和最小的光纤模块等优势。

    2.2) 10GBase-LR

    10GBase-LR中的"LR"代表"长距离"(Long Reach)的意思,该规范支持编码方式为64B/66B的长波(1310nm)单模光纤(SMF),有效传输距离为2m到10km,事实上最高可达到25km。10GBase-LR的光纤模块比下面将要介绍的10GBase-LX4光纤模块更便宜。

    2.3) 10GBase-ER

    10GBase-ER中的"ER"代表"超长距离"(Extended Reach)的意思,该规范支持超长波(1550nm)单模光纤(SMF),有效传输距离为2m到40km。

    2.4) 10GBase-LX4

    10GBase-LX4采用波分复用技术,通过使用4路波长统一为1300 nm,工作在3.125Gb/s的分离光源来实现10Gb/s传输。该规范在多模光纤中的有效传输距离为2~300m,在单模光纤下的有效传输距离最高可达10km。它主要适用于需要在一个光纤模块中同时支持多模和单模光纤的环境。因为10GBase-LX4规范采用了4路激光光源,所以在成本、光纤线径和电源成本方面较10GBase-LRM规范有不足之处。

    2.5) 10GBase-LRM

    在10GBASE-LRM之前,已有两种10GE端口支持多模光纤,即10GBASE-SR和10GBASE-LX4。为什么IEEE 802.3aq创建另一种多模光纤端口类型10GBASE-LRM?
    只有安装新型高带宽OM3 (50 um纤芯)多模光纤, 10GBASE-SR才能支持300米的距离。在通常安装的带宽较低的多模光纤OM1 (62µm纤芯)和OM2 (50 µm纤芯)上, 10GBASE-SR只能用于机房中的设备间互连。10GBASE-LX4是一种昂贵的波分复用解决方案。
    OM1和OM2光纤的安装数量庞大,而且正在不断增长,其要求真正经济的10G以太网解决方案。
    10GBase-LRM中的"LRM"代表"Long Reach Multimode”,对应的标准为2006年发布的IEEE 802.3aq。波长1300 nm,在1990年以前安装的FDDI 62.5μm多模光纤的FDDI网络和100Base-FX网络中的有效传输距离为220m,而在OM3光纤中可达260m,在连接长度方面,不如以前的10GBase-LX4规范,但是它的光纤模块比10GBase-LX4规范光纤模块具有更低的成本和更低的电源消耗。

    2.6) 10GBase-ZR

    几个厂商提出了传输距离可达到80km超长距离的模块接口,这就是10GBase-ZR规范。它使用的也是超长波(1550nm)单模光纤(SMF)。但80km的物理层不在EEE 802.3ae标准之内,是厂商自己在OC-192/STM-64 SDH/SONET规范中的描述,也不会被IEEE 802.3工作组接受。

    3) 基于双绞线(或铜线)的局域网万兆以太网

    包括10GBase-CX4、10GBase-KX4、10GBase-KR、10GBase-T。

    3.1) 10GBase-CX4

    IEEE 802.3ak提出10GBase-CX4在同轴铜缆上实现万兆以太网传输,已于2004年3月获得了批准,但传输距离被限制在15米之内。10GBase-CX4使用802.3ae中定义的XAUI(万兆附加单元接口)和用于InfiniBand中的4X连接器,传输介质称之为"CX4铜缆"(其实就是一种屏蔽双绞线)。10GBase-CX4规范不是利用单个铜线链路传送万兆数据,而是使用4台发送器和4台接收器来传送万兆数据,并以差分方式运行在同轴电缆上,每台设备利用8B/10B编码,以每信道3.125GHz的波特率传送2.5Gb/s的数据。这需要在每条电缆组的总共8条双同轴信道的每个方向上有4组差分线缆对。另外,与可在现场端接的5类、超5类双绞线不同,CX4线缆需要在工厂端接,因此客户必须指定线缆长度。线缆越长一般直径就越大。10GBase-CX4的主要优势就是低电源消耗、低成本、低响应延时,但是接口模块比SPF+的大。

    3.2) 10GBase-KX4 / 10GBase-KR

    10GBase-KX4 和10GBase-KR所对应的是2007年发布的IEEE 802.3ap标准。它们主要用于背板应用,如刀片服务器、路由器和交换机的集群线路卡,所以又称之为"背板以太网"。
    万兆背板目前已经存在并行和串行两种版本。并行版(10GBase-KX4规范)是背板的通用设计,它将万兆信号拆分为4条通道(类似XAUI),10GBase-KX4使用与10GBase-CX4规范一样的物理层编码,每条通道的带宽都是3.125Gb/s。而在串行版(10GBase-KR规范)中只定义了一条通道,采用与10GBase-LR/ER/SR三个规范一样的物理层编码- 64/66B编码方式实现10Gb/s高速传输。在10GBase-KR规范中,为了防止信号在较高的频率水平下发生衰减,背板本身的性能需要更高,而且可以在更大的频率范围内保持信号的质量。

    3.3) 10GBase-T

    10GBase-T对应的是2006年发布的IEEE 802.3an标准,10GBase-T的目标是:
    - 10位误差率(BER);
    - 在100米长的F级布线(7类)上数据传输速度达到万兆位/秒;
    - 在55到100米长的E级布线(6类)上数据传输速度到达万兆位/秒。新CAT6a可达到100米的传输距离, 6a类和6类的主要区别点包括:6a类将扩展至500MHz频率之外,6类可能停步于250MHz..

    10GBase-T沿用1000Base-T的传输方式,仍然采用四个差分对同时双向传输,全双工,但传输的总速率高达10Gbps,每对线的速率高达2.5Gbps。在编码方面,不是采用原来1000Base-T的PAM-5,而是采用了PAM-16编码方式。

    我们来回顾一下1000Base-T 使用的PAM5(5级脉冲调幅技术)调制技术。在PAM5模式下,介质中传输的信号不再是简单的0和1,而是分成了5个级别(-2,-1,0,1,2)。这个分为5个级别的电平信号称之为码元,1个码元所能携带的多少个bit 的信息取决于码元的特性和编码的方式。比如PAM5,每个PAM5码元最多携带2.32个bit(22.32=5),考虑到编码的效率及需要纠错码和同步码,所以最终1000Base-T每个码元携带2个bit的信息。
    根据奈氏准则,理想低通信道下的最高码元传输速率=2*带宽,我们知道1000Base-T 的码元速率为125M/秒,所以要求至少有62.5Mhz的传输带宽。

    如果沿用1000Base-T 的技术,那10GBase-T的码元传输速率为1250M/秒,系统最小传输带宽为625MHz。这对传输系统的性能提出了很高的要求;
    但如果提高码元的性能,让一个码元携带更多的Bit,降低系统最小带宽,就需要强大的处理器进行编解码处理,那意味着成本的增加,这是一对矛盾。最后经过性能和成本的平衡,10GBase-T 使用了PAM16技术(16级脉冲调幅,采用-15,-13,-11,-9,-7,-5,-3,-1,1,3,5,7,9,11,13,15),PAM16调制下,脉冲电压幅度分为16级电平,这样每个电压幅度(称之为”Symbol”)可以表示4个bit的信息,其中3.125bit是有效数据,另外的0.875位用于辅助和校验等。当然,3.125和0.875都是平均值。800M每秒的码元速率,最小带宽要求400Mhz。

    为了让PAM16能够安全的传输10Gbps(BER=10-12),就需要设置一定的编码规则。为了能够提高BER,还要加入校验码进行前向纠错,10GBase-T采用的LDPC码(低密度奇偶校验码) 是一种线性分组码,具有优越的纠错性能和巨大的实用价值,被认为是迄今为止性能最好的纠错码。LDPC码的性能能够逼近香农极限,同时这种逼近又是在不太高的译码复杂度下实现的,硬件实现简单,同样兼顾性能和成本。
    在10GBase-T编码过程中。每64个bit信息,加上控制/数据的标志位组成一个65bit的块(block),50个块编成一个组(Group),每个组加上8bit CRC校验码。一共生成65*50+8=3258个bit, 再附加上一个通道附加码一共是3259个bit。
    3259个bit分成2个部分,3*512bit (含通道附加码)通过无保护方式传输,另外1723 bit 再加上325个校验码,通过LDPC(1723,2048)保护方式传输,这样共需要 512个128DSQ编码(3*512+4*512),也就是1024个PAM16符号。最终相当于每个PAM16 携带3.125个bit信息(64*50/1024=3.125)
    传输速率=3.125*800M*4=10G bp

    4)基于光纤的广域网万兆以太网

    10GBase-SW、10GBase-LW、10GBase-EW和10GBase-ZW规范都是应用于广域网的物理层规范,专为工作在OC-192/STM-64 SDH/SONET环境而设置,使用轻量的SDH/SONET帧,运行速率为9.953Gb/s。
    它们所使用的光纤类型和有效传输距离分别对应于前面介绍的10GBase-SR、10GBase-LR、10GBase-ER和10GBase-ZR规范。
    10GBase-LX4和10GBase-CX4规范中没有广域网物理层,因为以前的SONET/SDH标准都是工作在串行传输方式的,而10GBase-LX4和10GBase-CX4规范采用的是并行传输方式。

    5) 万兆以太网规范比较

    万兆以太网规范

    使用的传输介质

    有效距离

    应用领域

    10GBase-SR

    850nm 多模光纤

    300m

    局域网

    10GBase-LR

    1310nm单模光纤

    10km

    10GBase-ER

    1550nm单模光纤

    40km

    10GBase-ZR

    1550nm单模光纤

    80km

    10GBase-LRM

    1310nm 多模光纤

    260m

    10GBase-LX4

    1300nm单模
    或者多模光纤

    300m(多模时),
    10km(单模时)

    10GBase-CX4

    屏蔽双绞线

    15米

    10GBase-T

    6类、6a类双绞线

    55m(6类线时),
    100m(6a类线时)

    10GBase-KX4

    铜线(并行接口)

    1m

    背板以太网

    10GBase-KR

    铜线(串行接口)

    1m

    10GBase-SW

    850nm多模光纤

    300m

    SDH/SONET广域网

    10GBase-LW

    1310nm单模光纤

    10km

    10GBase-EW

    1550nm单模光纤

    40km

    10GBase-ZW

    1550nm单模光纤

    80km

     

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  • 网络(IP协议,ICMP) 数据链路以太网协议

    网络层

    ip协议报头的格式+地址管理+路由选择
    网络层

    ip协议报格式

    在这里插入图片描述
    4位版本:指定ip协议版本,ipv4和ipv6,ipv6并不向下兼容;
    4位首部长度:表示ip协议头部长度,也就是length*4的字节数,4bit表示最大的数字是15,因此IP头部最大长度是60字节(固定的20字节+40字节的选项);

    8位服务类型:3位优先权字段(已经弃用),4位TOS字段和1位保留字段(必须置为0).4位TOS分别表示:最小延迟(ssh),最大吞吐量(ftp),最高可靠性,最小成本.这4中相互冲突,只能选择一个。

    16位总长度:表示ip数据报整体的长度,单位是字节;ip头部+有效载荷
    注意:a.由于网络电气特性的影响,在数据链路层对数据帧做出了限制,MTU:最大传输单元,可以使用ifconfig来进行查看,单位是字节
    b.如果网络层提交给数据链路层的数据大于MTU,需要分片传输
    c.本身网络层ip协议最大的数据报文长度为2^16次方,65536字节
    d.数据封装的时候,网络层的数据来源于传输层,而传输层有两个协议TCP,UDP;
    TCP由于按照MSS给网络层提交数据,所以在网络层加上ip头部之后,也是小于等于MTU的,所以不需要分片传输;(tcp在三次握手的时候已经协商了最大报文段长度MSS)
    (如果tcp通信双方在同一台机器,网络传输只走了协议栈,走的是本地回环网卡,而本地回环网卡的MTU大小一般是65536);
    UDP是整条数据交付的,就有可以能交付给网络层的数据,超过MTU的大小,所以在网络层就需要对UDP的数据进行分片传输;UDP协议是不可靠的,网络层的ip协议也是不可靠的,如果在分片传输的时候,网络层丢失了一个分片,则需要整条UDP数据全部丢掉了;

    16位标识:标识当前UDP数据包分片传输的数据是哪一个完整的UDP报文的;同一个UDP数据包当中所有的分片具有相同的标识值;

    3位标志:位1 保留位;位2 禁止分片;位3 标识更多分片,当标识自己不是最后一个分片的时候,该位值为1,当标识自己是最后一个分片的时候,该位值为0;

    13位片偏移:标识分片在UDP报文当中的位置;最大213=8192数值,片偏移=13位数值*8字节=216,也是分片的起始位置;

    8位生存时间:数据在传输到达目的地之前允许经过的路由器的个数;TTL:跳数,描述该数据包最大可以经历多少路由设备转发,每一个路由器转发之后,TTL就进行减1操作,在TTL内到达对端主机或者直到减为0,则转发设备就丢弃该报文;一般TTL=64;防止路由循环;

    8位协议:标识传输层使用什么协议,意味着对端分用时,对端的网络层通过该标志位知道该将该数据提交给传输层的哪一个协议;

    16位首部校验和:判断IP头部在传输过程中是否有损坏;

    32位源ip地址:在转发过程中该ip地址不会被改变。除了NAT技术;
    32位目的ip地址:在转发过程中该ip地址不会被改变。除了NAT技术;

    IP地址管理

    讨论的是ipv4版本的ip地址,类型是unit32_t,范围是(0~2^32)

    早期划分方式

    ip=网络号+主机号
    网络号:标识一个子网络,代表一堆ip地址,网段;
    主机号:在子网当中唯一标识一个主机;

    早期划分ip地址的方式,将ip地址划分为不同的种类,在不同的种类当中,通过网络号划分出来不同的子网,每一个子网当中有若干个ip地址;

    A类

    A类:高1位固定为0,后面7位为网络号,24位为主机号
    00000000 00000000 00000000 00000000–》0.0.0.0
    01111111 11111111 11111111 11111111–》127.255.255.255
    网络号范围:0~127 意味着总共划分出来128个子网络
    ip地址范围:0.0.0.0~127.255.255.255
    每一个A类的子网,能够拥有最大2^24(16777216)个ip地址

    B类

    B类:高两位固定为10,后面的14位表示网络号,16位标识主机号
    10000000 00000000 00000000 00000000 --》128.0.0.0
    10111111 11111111 11111111 11111111–》191.255.255.255
    网络号范围:128.0~191.255
    主机号范围:0~2^16
    ip地址范围:128.0.0.0~192.255.255.255

    C类

    C类:高3位固定为110,后面21位表示网络号,8位标识主机号
    110 00000 00000000 00000000 00000000–》192.0.0.0
    110 11111 11111111 11111111 11111111 --》223.255.255.255
    网络号范围:192.0.0~223.255.255
    主机号范围:0~2^8(256)
    ip地址范围:192.0.0.0~223.255.255.255

    D类

    D类:高4位固定,28位多播组号

    E类

    E类:高5位固定,27位留用

    CIDR方式–引入子网掩码netmask

    子网掩码是一个unit32_t的整数,由一段连续的二进制1构成;
    为了更加精确化的分配ip地址,在每一个子网中,都可以计算分配的ip地址数量;

    子网掩码取反后,有多少个比特位为1,表示主机号使用了多少比特位
    最大主机号 = 子网掩码取反
    网络号 = 子网掩码 & IP地址

    主机号全为0的表示 网络号
    主机号全为1的表示 广播号

    私网IP

    在42亿地址池当中,划分出来3个段,在这三个段当中的ip地址不具备访问互联网的能力,也就是这些ip地址不能够访问互联网。

    本质

    1.这三段ip地址可以进行复用,不管是个人还是去也还是国家,都可以不用申请就直接使用;
    2.这些ip可以组建子网,而我们将这种子网称为私网,对应的互联网称为公网;
    3.这个私网当中的ip之间,不影响网络通信;就是私网当中的机器之间可以互相通信,但是不能访问互联网;
    在这里插入图片描述

    私网网段划分

    1.10.*.*.* 10.0.0.0~10.255.255.255 云服务器的时候,10开头
    2.172.16.*.*~172.31.*.* 172.16.0.0~172.31.255.255
    3.192.168.*.* 192.168.0.0~192.168.255.255

    特殊的IP地址

    127.0.0.1:本都回环地址
    0.0.0.0 用于在服务器程序中,表示服务器机器上所有网卡的ip地址
    255.255.255.255 :UDP的广播地址,DHCP协议:动态主机分配协议:谁上网给谁分配IP

    路由选择

    在这里插入图片描述
    可使用route命令查看路由表
    目的ip地址:
    1.用目的ip地址,和路由器当中的每一个条目的子网掩码进行按位与操作;

    如果得到的结果不是该子网的网络号,表示这个数据不是给这个子网中的某一个机器的;
    如果得到的结果是该子网的网络号,则直接转发给子网中的机器;

    2.如果除了默认网关之外的路由条目都没有匹配上,则这条数据就需要走默认网关,直接传递给上级路由器;

    3.如此往复,在每一个路由设备上进行对比,之后进行传输,直到TTL耗尽被丢弃,或者抵达到目标主机;
    注意:
    网络层的ip协议不负责数据有序或者可靠到达对端;
    网络层的ip协议值负责数据的源端和目的端;

    ICMP协议

    ip协议并不能提供可靠传输,如果丢包了,ip协议并不能通知传输层是否丢包以及丢包的原因。

    一个新搭建好的网络,往往需要进行一个简单的测试,来验证网络是否畅通。

    ping命令基于ICMP,是在网络层,而端口号,是传输层的内容,在ICMP中根本不关注端口这样的信息。

    功能:
    确认IP包是否成功到达目标地址;
    通知在发送过程中IP包丢去的原因;
    ICMP只能搭配IPv4使用. 如果是IPv6的情况下, 需要是用ICMPv6;

    数据链路层

    负责相邻设备的传输,决定性因素MAC地址
    MAC地址:6字节的整数 unit8_add[6];
    MAC地址在每个机器上都是独一无二的

    以太网协议

    目的MAC地址(6字节)+源MAC地址(6字节)+类型(2字节)+数据+CRC校验

    类型:标识网络层使用什么协议;
    数据:有效载荷
    CRC校验:检测数据链路层的数据帧是否差错;

    ARP协议:通过IP地址获取相邻设备的MAC地址

    MTU(最大传输单元)

    MTU相当于发快递时对包裹尺寸的限制,这个限制是不同的数据链路对应的物理层,产生的限制。

    MTU对IP协议的影响

    由于数据链路层MTU的限制,对于较大的IP数据包要进行分包。

    将较大的IP包分成多个小包,并给每个小包打上标签;
    每个小宝IP协议头的16位标识字段中,第2位置为0,表示允许分片,第3位来表示结束标记(当前是否是最后一个小包,是的话置为0,否则置为1);
    到达对端时再将这些小包,会顺序重组,拼装到一起返回给传输层;
    一旦这些小包中任意一个小包丢失,接收端重组就会失败,但是IP层不会负责重新传输数据;
    在这里插入图片描述

    MTU对UDP的影响

    一旦UDP携带的数据超过1472(1500-20(IP首部)-8(UDP首部)),那么就会在网络层分成多个I数据报。
    这多个IP数据报有任意一个丢失,都会引起接收端网路层重组失败,那么就意味着,如果UDP数据报在网络层被分片,整个数据被丢失的概率就打打增加了。

    ARP协议(介于数据链路和网络层之间的协议)

    作用:

    通过IP地址获取相邻设备的MAC地址。

    ARP协议格式:

    在这里插入图片描述

    ARP协议格式=以太网首部+28字节ARP请求或者应答首部
    以太网首部:
    以太网目的地址:ARP请求的目的MAC地址,填充为1,则表示广播地址;
    以太网源地址:ARP请求的主机的MAC地址;
    帧类型:以太网数据帧类型,表示上层使用什么协议–>ARP协议是介于网络层和数据链路层之间的协议。

    28字节的请求或者应答:
    2字节硬件地址类型:定义运行ARP网络的类型,1为以太网。
    2字节协议类型:转换的地址类型,0x0800为IP地址;
    1字节的硬件地址长度:表示MAC地址的长度;
    1字节的协议地址长度:表示IP地址的长度
    op:标识ARP请求还是ARP应答,1表示请求,2表示应答;
    4字节发送端以太网地址;发送ARP请求或者应答主机的MAC地址;
    4字节发送端ip地址:发送ARP请求或者应答主机的IP地址;

    目的以太网地址:
    ARP请求:0x000000000000;
    ARP应答:填充的是,ARP请求中的源MAC地址;

    目的IP地址:目标主机的IP地址

    ARP缓存表(可用arp -a命令查看)

    1.每一台机器,会定时的获取相邻设备的MAC地址,时间为20min,20min也是ARP缓存表的老化时间;
    2.如果在数据链路层没有在缓存表当中发现相邻的MAC地址,则发送ARP请求,否则,直接从缓存表当中获取,组织数据链路层的以太网数据帧;

    注意:

    ARP请求时广播发送的,如果是目标主机收到则处理,如果不是目标主机收到,则丢弃;

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