交换机支持的以太网协议完整列表
在现代网络架构中,以太网协议是基础设施的核心组成部分,而交换机作为以太网网络的关键设备,其支持的协议种类繁多。理解这些协议的功能和应用场景对于网络管理员和工程师而言至关重要,因为这些协议决定了网络的性能、稳定性和安全性。
以太网协议的发展经历了从最初的10Mbps到现在的40Gbps及更高速度的演进。这一过程不仅提升了数据传输的速度和带宽,还引入了许多先进的技术来应对不断增长的网络需求。交换机作为以太网网络中的重要设备,其支持的协议涵盖了从基本的物理层标准到复杂的网络管理和安全机制。
本文将详细介绍交换机支持的各种以太网协议,包括其标准、功能和应用场景。我们将从以太网的基本物理层标准开始,逐步深入到更复杂的协议,如链路聚合、生成树协议、虚拟局域网(VLAN)和用户认证等。通过了解这些协议的具体实现和应用,读者将能够更好地理解如何配置和管理现代以太网网络,以优化其性能和可靠性。
让我们从以太网协议的基础知识开始,探讨这些协议如何共同作用以构建高效、可靠的网络环境。
以太网简单介绍
以太网诞生于1973年,由Robert Metcalfe和他的同事在Xerox Palo Alto研究中心发明。最初的以太网协议速率为2.94Mbps,使用同轴电缆作为传输介质。1979年,DEC、Intel和Xerox(DIX)联合提出了10Mbps的以太网标准,这成为了IEEE 802.3标准的基础。1983年,IEEE正式通过了802.3标准,使以太网成为全球局域网(LAN)的标准技术。此后,以太网技术不断演进,速率从最初的10Mbps发展到100Mbps(快速以太网),再到1Gbps(千兆以太网),以至10Gbps和更高的速率。以太网技术的发展极大地推动了网络技术的进步和普及。
以太网采用载波侦听多路访问/碰撞检测(CSMA/CD)机制。在这种机制下,网络设备在发送数据之前会先监听信道是否空闲。如果信道空闲,则设备开始发送数据;如果信道忙,则设备会等待一段随机时间后再尝试发送。碰撞检测是在发送数据的过程中进行的,如果检测到碰撞,设备会停止发送并等待随机时间后重试。现代以太网大多采用交换式网络,避免了传统共享网络中的碰撞问题,支持全双工通信,进一步提高了网络的效率和稳定性。
IEEE 802.3i 10Base-T
IEEE 802.3i标准于1990年发布,定义了10Base-T规范,使以太网能够在双绞线上运行。这一标准的出现标志着以太网从同轴电缆过渡到更加灵活、易于部署的双绞线,推动了以太网在办公室和家庭网络中的广泛应用。10Base-T的出现使得网络布线更加简单、成本更低,成为局域网布线的主流选择。
10Base-T使用两对非屏蔽双绞线(UTP),传输速率为10Mbps,最大传输距离为100米,采用RJ-45连接器。数据通过曼彻斯特编码进行传输,确保信号的同步性和完整性。曼彻斯特编码的特点是每比特周期内都有一次电平变化,这使得接收方能够轻松恢复时钟信号,从而正确解析数据。
物理层细节
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双绞线类型: 使用3类或更高等级的UTP电缆。
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连接器类型: RJ-45连接器,具有8个引脚,分别用于传输和接收数据。
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信号编码: 曼彻斯特编码,每比特周期内都有电平翻转,以便于时钟恢复。
帧结构
10Base-T帧结构与标准以太网帧结构相同,包括前导码、帧起始定界符、目的地址、源地址、类型/长度字段、数据字段和帧校验序列(FCS)。
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前导码: 7字节,提供时钟同步。
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帧起始定界符: 1字节,指示帧的开始。
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目的地址: 6字节,标识数据包的接收方。
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源地址: 6字节,标识数据包的发送方。
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类型/长度: 2字节,指示数据字段的类型或长度。
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数据字段: 46-1500字节,承载实际传输的数据。
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帧校验序列(FCS): 4字节,用于错误检测。
10Base-T主要用于小型局域网,例如办公室和家庭网络,满足低速率的网络需求。由于其简单、经济的特性,10Base-T在以太网早期阶段得到广泛应用。具体应用场景包括:
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办公室网络: 连接办公室内的计算机、打印机和其他设备,构建局域网,实现资源共享和数据交换。
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家庭网络: 连接家庭中的计算机、网络打印机和其他网络设备,提供家庭内部的通信和互联网接入。
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校园网络: 连接学校的计算机教室和办公区域,构建校园局域网,支持教学和管理应用。
IEEE 802.3u 快速以太网
IEEE 802.3u标准于1995年发布,定义了快速以太网的多种传输介质和方法,主要包括100Base-TX、100Base-T4和100Base-FX。这些标准使以太网速率从10Mbps提升到100Mbps,极大地提高了网络的传输能力,满足了更多用户和应用的需求。
100Base-TX
100Base-TX是IEEE 802.3u标准的一部分,定义了在两对5类UTP上运行的100Mbps快速以太网。它采用MII(Media Independent Interface)接口和4B/5B编码技术,支持10Mbps和100Mbps的自动协商,使网络设备能够根据实际情况选择最佳速率。
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双绞线类型: 使用5类或更高等级的UTP电缆。
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连接器类型: RJ-45连接器。
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信号编码: 4B/5B编码,将每4位数据编码为5位,以提高传输效率。
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传输距离: 最大传输距离为100米。
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全双工支持: 支持全双工模式,消除了碰撞,提高了传输效率。
100Base-TX广泛应用于中小型企业和校园网络,提供比10Base-T更高的带宽,支持更多的用户和应用。具体应用场景包括:
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企业网络: 连接办公室的计算机、服务器和其他设备,构建高带宽的局域网,实现高效的数据传输和资源共享。
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校园网络: 连接教室、实验室和办公区域,支持高带宽的教学和管理应用。
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数据中心: 连接服务器和存储设备,提供高带宽和低延迟的数据传输。
100Base-T4
100Base-T4使用四对3类UTP,每对线缆传输25Mbps数据,总速率达到100Mbps。它通过8B/6T编码实现数据传输,主要用于旧有布线系统无法支持5类UTP的环境。
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双绞线类型: 使用3类UTP电缆。
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连接器类型: RJ-45连接器。
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信号编码: 8B/6T编码,将每8位数据编码为6位,以实现数据传输。
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传输距离: 最大传输距离为100米。
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半双工支持: 主要工作在半双工模式。
100Base-T4适用于旧有布线系统的升级,尤其是在无法重新布线的情况下,为现有网络提供高带宽
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构建三层交换与VTP、STP及Eth-Trunk融合实验:基于双核架构实现高效、稳定、冗余网络" 实验目标: 利用双核心结构,整合三层交换技术、VTP (Virtual Trunking Protocol)、生成树协议 (STP) 和以太网通道 (Eth-Trunk),达成网络高速切换、高可用性、高可靠性和备份连接,适用于双核心拓扑场景。 实验步骤: 1. VLAN划分与IP地址规划: - VLAN10:192.168.10.0/24,默认网关192.168.10.1 - VLAN20:192.168.20.0/24,默认网关192.168.20.1 - VLAN30:192.168.30.0/24,默认网关192.168.30.1 - VLAN40:192.168.40.0/24,默认网关192.168.40.1 2. MSW1三层交换机配置: - 开启三层路由功能:`MSW1(config)#ip routing` - 配置Trunk接口:`MSW1(config-if-range)#switchport trunk encapsulation dot1q; switchport mode trunk` - 设置VTP域和模式:`MSW1(config)#vtp domain test; vtp mode server; vtp password cisco; vtp version 2` - 创建并命名VLAN:`MSW1(config)#vlan 10; MSW1(config-vlan)#name caiwu; ... (为其他VLAN重复操作)` - 分配VLAN IP地址:`MSW1(config-if)#int vlan 10; ip address 192.168.10.1 255.255.255.0; no shutdown; ... (为其他VLAN重复操作)` - 配置生成树优先级:`MSW1(config)#spanning-tree vlan 10,20 root primary; MSW1(config)#spanning-tree vlan 30,40 root secondary` - 链接Eth-Trunk通道:`MSW1(config-if-range)#channel-group 1 mode on; ... (为其他相关接口重复操作)` 3. MSW2三层交换机配置类似MSW1,只需更改VLAN名称和IP地址以及相关端口配置即可。 通过以上步骤,两台三层交换机之间可通过Eth-Trunk实现高速数据交互,并通过VTP统一管理VLAN资源,STP则确保了网络流量的负载均衡,从而构建了一个高效、稳定且具备冗余保护的网络环境。
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ssh工作流程及原理-SSH(Secure Shell Protocol,安全的壳程序协议),它可以通过数据包加密技术将等待传输的数据包加密后再传输到网络上。ssh协议本身提供两个服务器功能:一个是类似telnet的远程连接使用shell的服务器;另一个就是类似ftp服务的sftp-server,提供更安全的ftp服务。 连接加密技术简介 目前常见的网络数据包加密技术通常是通过“非对称密钥系统”来处理的。主要通过两把不一样的公钥与私钥来进行加密与解密的过程。 公钥(public key):提供给远程主机进行数据加密的行为,所有人都可获得你的公钥来将数据加密。 私钥(private key):远程主机使用你的公钥加密的数据,在本地端就能够使用私钥来进行解密。私钥只有自己拥有。 SSH工作过程:在整个通讯过程中,为实现SSH的安全连接,服务端与客户端要经历如下五个阶段: 版本号协商阶段 SSH目前包括SSH1和SSH2两个版本,双方通过版本协商确定使用的版本 密钥和算法协商阶段 SSH支持多种加密算法,双方根据本端和对端支持的算法,协商出最终使用的算法 认证阶段 SSH客户端向服务器端发起认证请求,服务器端对客户端进行认证 会话请求阶段 认证通过后,客户端向服务器端发送会话请求 交互会话阶段 会话请求通过后,服务器端和客户端进行信息的交互 一、版本协商阶段 服务器端打开端口22,等待客户端连接; 客户端向服务器端发起TCP初始连接请求,TCP连接建立后,服务器向客户端发送第一个报文,包括版本标志字符串,格式为“SSH-<主协议版本号>.<次协议版本号>.<软件版本号>”,协议版本号由主版本号和次版本号组成,软件版本号主要是为调试使用。 客户端收到报文后,解析该数据包,如果服务器的协议版本号比自己的低,且客户端能支持服务器端的低版本,就使用服务器端的低版本协议号,否则使用自己的协议版本号。 客户端回应服务器一个报文,包含了客户端决定使用的协议版本号。服务器比较客户端发来的版本号,决定是否能同客户端一起工作。如果协商成功,则进入密钥和算法协商阶段,否则服务器断开TCP连接。 说明:上述报文都是采用明文方式传输。 二、密钥和算法协商阶段 服务器端和客户端分别发送算法协商报文给对端,报文中包含自己支持的公钥算法列表、加密算法列表、MAC(Message Authentication Code,消息验证码)算法列表、压缩算法列表等等。 服务器端和客户端根据对端和本端支持的算法列表得出最终使用的算法。 服务器端和客户端利用DH交换(Diffie-Hellman Exchange)算法、主机密钥对等参数,生成会话密钥和会话ID。 由此,服务器端和客户端就取得了相同的会话密钥和会话ID。对于后续传输的数据,两端都会使用会话密钥进行加密和解密,保证了数据传送的安全。在认证阶段,两端会使用会话用于认证过程。 会话密钥的生成: 客户端需要使用适当的客户端程序来请求连接服务器,服务器将服务器的公钥发送给客户端。(服务器的公钥产生过程:服务器每次启动sshd服务时,该服务会主动去找/etc/ssh/ssh_host*文件,若系统刚装完,由于没有这些公钥文件,因此sshd会主动去计算出这些需要的公钥文件,同时也会计算出服务器自己所需要的私钥文件。) 服务器生成会话ID,并将会话ID发给客户端。 若客户端第一次连接到此服务器,则会将服务器的公钥数据记录到客户端的用户主目录内的~/.ssh/known_hosts。若是已经记录过该服务器的公钥数据,则客户端会去比对此次接收到的与之前的记录是否有差异。客户端生成会话密钥,并用服务器的公钥加密后,发送给服务器。 ****服务器用自己的私钥将收到的数据解密,获得会话密钥。 服务器和客户端都知道了会话密钥,以后的传输都将被会话密钥加密。 三、认证阶段 SSH提供两种认证方法: 基于口令的认证(password认证):客户端向服务器发出password认证请求,将用户名和密码加密后发送给服务器,服务器将该信息解密后得到用户名和密码的明文,与设备上保存的用户名和密码进行比较,并返回认证成功或失败消息。 基于密钥的认证(publickey认证):客户端产生一对公共密钥,将公钥保存到将要登录的服务器上的那个账号的家目录的.ssh/authorized_keys文件中。认证阶段:客户端首先将公钥传给服务器端。服务器端收到公钥后会与本地该账号家目录下的authorized_keys中的公钥进行对比,如果不相同,则认证失败;否则服务端生成一段随机字符串,并先后用客户端公钥和会话密钥对其加密,发送给客户端。客户端收到后将解密后的随机字符串用会话密钥发送给服务器。如果发回的字符串与服务器端之前生成的一样,则认证通过,否则,认证失败。 注:服务器端对客户端进行认证,如果认证失败,则向客户端发送认证失败消息,其中包含可以再次认证的方法列表。客户端从认证方法列表中选取一种认证方法再次进行认证,该过程反复进行。直到认证成功或者认证次数达到上限,服务器关闭连接为止。实例
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包婷婷 (201550484)作业一 统计软件简介与数据操作-SPSS(Statistical Product and Service Solutions),"统计产品与服务解决方案"软件。最初软件全称为"(SolutionsStatistical Package for the Social Sciences),但是随着SPSS产品服务领域的扩大和服务深度的增加,SPSS公司已于2000年正式将英文全称更改为"统计产品与服务解决方案",标志着SPSS的战略方向正在做出重大调整。为IBM公司推出的一系列用于统计学分析运算、数据挖掘、预测分析和决策支持任务的软件产品及相关服务的总称SPSS,有Windows和Mac OS X等版本。 1984年SPSS总部首先推出了世界上第一个统计分析软件微机版本SPSS/PC+,开创了SPSS微机系列产品的开发方向,极大地扩充了它的应用范围,并使其能很快地应用于自然科学、技术科学、社会科学的各个领域。世界上许多有影响的报刊杂志纷纷就SPSS的自动统计绘图、数据的深入分析、使用方便、功能齐全等方面给予了高度的评价。 R统计软件介绍 R是一套完整的数据处理、计算和制图软件系统。其功能包括:数据存储和处理系统;数组运算工具(其向量、矩阵运算方面功能尤其强大);完整连贯的统计分析工具;优秀的统计制图功能;简便而强大的编程语言:可操纵数据的输入和输出,可实现分支、循环,用户可自定义功能。 与其说R是一种统计软件,还不如说R是一种数学计算的环境,因为R并不是仅仅提供若干统计程序、使用者只需指定数据库和若干参数便可进行一个统计分析。R的思想是:它可以提供一些集成的统计工具,但更大量的是它提供各种数学计算、统计计算的函数,从而使使用者能灵活机动的进行数据分析,甚至创造出符合需要的新的统计计算方法。 该语言的语法表面上类似 C,但在语义上是函数设计语言(functional programming language)的变种并且和Lisp 以及 APL有很强的兼容性。特别的是,它允许在"语言上计算"(computing on the language)。这使得它可以把表达式作为函数的输入参数,而这种做法对统计模拟和绘图非常有用。 R是一个免费的*软件,它有UNIX、LINUX、MacOS和WINDOWS版本,都是可以免费下载和使用的。在R主页那儿可以下载到R的安装程序、各种外挂程序和文档。在R的安装程序中只包含了8个基础模块,其他外在模块可以通过CRAN获得。 二、R语言 R是用于统计分析、绘图的语言和操作环境。R是属于GNU系统的一个*、免费、源代码开放的软件,它是一个用于统计计算和统计制图的优秀工具。 R作为一种统计分析软件,是集统计分析与图形显示于一体的。它可以运行于UNIX,Windows和Macintosh的操作系统上,而且嵌入了一个非常方便实用的帮助系统,相比于其他统计分析软件,R还有以下特点: 1.R是*软件。这意味着它是完全免费,开放源代码的。可以在它的网站及其镜像中下载任何有关的安装程序、源代码、程序包及其源代码、文档资料。标准的安装文件身自身就带有许多模块和内嵌统计函数,安装好后可以直接实现许多常用的统计功能。[2] 2.R是一种可编程的语言。作为一个开放的统计编程环境,语法通俗易懂,很容易学会和掌握语言的语法。而且学会之后,我们可以编制自己的函数来扩展现有的语言。这也就是为什么它的更新速度比一般统计软件,如,SPSS,SAS等快得多。大多数最新的统计方法和技术都可以在R中直接得到。[2] 3. 所有R的函数和数据集是保存在程序包里面的。只有当一个包被载入时,它的内容才可以被访问。一些常用、基本的程序包已经被收入了标准安装文件中,随着新的统计分析方法的出现,标准安装文件中所包含的程序包也随着版本的更新而不断变化。在另外版安装文件中,已经包含的程序包有:base一R的基础模块、mle一极大似然估计模块、ts一时间序列分析模块、mva一多元统计分析模块、survival一生存分析模块等等.[2] 4.R具有很强的互动性。除了图形输出是在另外的窗口处,它的输入输出窗口都是在同一个窗口进行的,输入语法中如果出现错误会马上在窗口口中得到提示,对以前输入过的命令有记忆功能,可以随时再现、编辑修改以满足用户的需要。输出的图形可以直接保存为JPG,BMP,PNG等图片格式,还可以直接保存为PDF文件。另外,和其他编程语言和数据库之间有很好的接口。[2] 5.如果加入R的帮助邮件列表一,每天都可能会收到几十份关于R的邮件资讯。可以和全球一流的统计计算方面的专家讨论各种问题,可以说是全世界最大、最前沿的统计学家思维的聚集地.[2] R是基于S语言的一个GNU项目,所以也可以当作S语言的一种实现,通常用S语言编写的代码都可以不作修改的在R环境下运行。 R的语法是来自Scheme。R的使用与S-PLUS有很多类似之处,这两种语言有一定的兼容性。S-PLUS的使用手册,只要稍加修改就可作为R的使用手册。所以有人说:R,是S-PLUS的一个“克隆”。 但是请不要忘了:R是免费的(R is free)。R语言源代码托管在github,具体地址可以看参考资料。[3] 。 R语言的下载可以通过CRAN的镜像来查找。 R语言有域名为.cn的下载地址,有六个,其中两个由Datagurn,由 中国科学技术大学提供的。R语言Windows版,其中由两个下载地点是Datagurn和 USTC提供的。 三、stata Stata 是一套提供其使用者数据分析、数据管理以及绘制专业图表的完整及整合性统计软件。它提供许许多多功能,包含线性混合模型、均衡重复反复及多项式普罗比模式。用Stata绘制的统计图形相当精美。 新版本的STATA采用最具亲和力的窗口接口,使用者自行建立程序时,软件能提供具有直接命令式的语法。Stata提供完整的使用手册,包含统计样本建立、解释、模型与语法、文献等超过一万余页的出版品。 除此之外,Stata软件可以透过网络实时更新每天的最新功能,更可以得知世界各地的使用者对于STATA公司提出的问题与解决之道。使用者也可以透过Stata. Journal获得许许多多的相关讯息以及书籍介绍等。另外一个获取庞大资源的管道就是Statalist,它是一个独立的listserver,每月交替提供使用者超过1000个讯息以及50个程序。 四、PYTHON