第六章以太网

1、第第6章章 以太网以太网 6.1 以太网的发展以太网的发展6.2 以太网组网技术以太网组网技术6.3 高速以太网高速以太网 6.1 以太网的发展以太网的发展以太网是由以太网是由Xeros公司开发的一种基带局域网技术，使用同公司开发的一种基带局域网技术，使用同轴电缆等作为网络传输介质，采用载波多路访问和冲突检测轴电缆等作为网络传输介质，采用载波多路访问和冲突检测(CSMA/CD)机制，数据传输速率达到机制，数据传输速率达到10 Mb/s。当不涉。当不涉及网络的协议细节时，将及网络的协议细节时，将IEEE 802.3简称为以太网。简称为以太网。以太网结构如以太网结构如图图6-1所示。所示。以太网采

2、用广播机制，所有与网络连接的工作站都可以看到以太网采用广播机制，所有与网络连接的工作站都可以看到网络上传递的数据。网络上传递的数据。 下一页6.1 以太网的发展以太网的发展以太网采用以太网采用CSMA/CD媒体访问机制，任何工作站都可以在媒体访问机制，任何工作站都可以在任何时间访问网络。在发送数据之前，工作站首先需要侦听任何时间访问网络。在发送数据之前，工作站首先需要侦听网络是否空闲，如果网络上没有任何数据传送，工作站就会网络是否空闲，如果网络上没有任何数据传送，工作站就会把所要发送的信息传送到网络当中。否则，工作站只能等待把所要发送的信息传送到网络当中。否则，工作站只能等待网络下一次出现空闲

3、的时候再进行数据的发送。网络下一次出现空闲的时候再进行数据的发送。在基于竞争的以太网中，只要网络空闲，任何一个工作站都在基于竞争的以太网中，只要网络空闲，任何一个工作站都可以发送数据。可以发送数据。 下一页上一页6.1 以太网的发展以太网的发展以太网以太网/IEEE 802.3通常使用专门的网络适配卡或通过系通常使用专门的网络适配卡或通过系统主电路板上的电路实现。以太网使用收发器统主电路板上的电路实现。以太网使用收发器(如图如图6-2所示所示)与网络媒体进行连接。与网络媒体进行连接。 以太网的连接距离有一定限制。以太网的连接距离有一定限制。IEEE 802.3标准规定：任标准规定：任意两个站之

4、间最多可以有意两个站之间最多可以有3段同轴电缆，接到转发器点到点段同轴电缆，接到转发器点到点链路的总长度不能超过链路的总长度不能超过1 km。 以太网是在以太网是在20世纪世纪70年代为解决网络中零散的和偶然的堵年代为解决网络中零散的和偶然的堵塞而开发的，而塞而开发的，而IEEE 802.3标准是在最初的以太网技术基标准是在最初的以太网技术基础上于础上于1980年开发成功的。年开发成功的。下一页上一页6.1 以太网的发展以太网的发展虽然以太网和虽然以太网和IEEE 802.3在很多方面都非常相似，但是两在很多方面都非常相似，但是两种规范之间仍然存在着一定的差别。种规范之间仍然存在着一定的差别。

5、 以太网以其高度灵活、相对简单、易于实现的特点，成为当以太网以其高度灵活、相对简单、易于实现的特点，成为当今最重要的一种局域网建网技术，其传输速率自今最重要的一种局域网建网技术，其传输速率自20世纪世纪80年代初的年代初的10 Mb/s发展到发展到20世纪世纪90年代达到年代达到100 Mb/s，而且目前已经出现了而且目前已经出现了1 Gb/s、10 Gb/s的以太网产品。的以太网产品。 下一页上一页6.1 以太网的发展以太网的发展6.1.2 5类以太网类以太网通常以太网主要是指以下通常以太网主要是指以下5种不同的局域网技术。种不同的局域网技术。以太网以太网/IEEE 802.3采用同轴电缆作

6、为网络媒体，传输采用同轴电缆作为网络媒体，传输速率达到速率达到10Mb/s。100 Mb/s以太网以太网又称快速以太网，采用双绞线作为网络又称快速以太网，采用双绞线作为网络媒体，传输速率达到媒体，传输速率达到100 Mb/s。下一页上一页6.1 以太网的发展以太网的发展1 000 Mb/s以太网以太网又称千兆以太网，采用光缆或双绞线又称千兆以太网，采用光缆或双绞线作为网络媒体，传输速率达到作为网络媒体，传输速率达到1 000 Mb/s(1Gb/s)。10 Gb/s以太网以太网又称万兆以太网，采用全双工与光纤的技又称万兆以太网，采用全双工与光纤的技术，传输速率达到术，传输速率达到10 Gb/s。

7、交换以太网，相当于一个并行网络系统，多对不同源节点和交换以太网，相当于一个并行网络系统，多对不同源节点和不同目的节点之间可同时进行通信，而不会发生冲突，大大不同目的节点之间可同时进行通信，而不会发生冲突，大大地提高了网络的可用带宽。地提高了网络的可用带宽。返 回上一页6.2 以太网组网技术以太网组网技术6.2.1 细缆以太网细缆以太网细缆以太网又称为细缆以太网又称为10Base-2，这里，这里10表示传输速率为表示传输速率为10 Mb/s；Base表示为基带传输；表示为基带传输；2表示细同轴电缆，同时还表示表示细同轴电缆，同时还表示电缆段最大长度为电缆段最大长度为200 m(实际上是实际上是1

8、85 m)。1. 网络硬件网络硬件网络适配器网络适配器(网卡网卡)网络适配器应插入计算机的扩展插槽里。网络适配器应插入计算机的扩展插槽里。 2. 网络连接网络连接当用户站点不多并且网络工作站相距不太远的情况下，可采用细当用户站点不多并且网络工作站相距不太远的情况下，可采用细同轴电缆进行网络连接，组成所谓的同轴电缆进行网络连接，组成所谓的10Base-2网。网。下一页6.2 以太网组网技术以太网组网技术6.2.2 粗缆以太网粗缆以太网1. 网络硬件网络硬件网络适配器网络适配器网络适配器应插入计算机的扩展插槽里。适网络适配器应插入计算机的扩展插槽里。适配器上有一个配器上有一个D型型(AUI插座插座

9、)连接器插座，用于和外部网络连接器插座，用于和外部网络收发器连接。收发器连接。2. 网络连接网络连接连接也比较麻烦，目前已不多见，主要被用作网络干缆连接连接也比较麻烦，目前已不多见，主要被用作网络干缆连接线。线。下一页上一页6.2 以太网组网技术以太网组网技术6.2.3 双绞线以太网双绞线以太网双绞线以太网又称为双绞线以太网又称为10Base-T网，这里网，这里10表示传输速率表示传输速率为为10 Mb/s；Base表示为基带传输；表示为基带传输；T表示双绞线星型网。表示双绞线星型网。1. 网络硬件网络硬件网络适配器网络适配器驱动双绞线是基于驱动双绞线是基于10Base-T技术，所使用技术，所

10、使用的网络适配器必须是的网络适配器必须是10Base-T适配器，在这种适配器上有适配器，在这种适配器上有一个称作一个称作RJ-45的插座，因此也被称作的插座，因此也被称作RJ-45网卡。网卡。RJ-45插座用于连接双绞线。插座用于连接双绞线。下一页上一页6.2 以太网组网技术以太网组网技术2. 网络连接网络连接当使用非屏蔽双绞线进行网络连接时，最大电缆长度为当使用非屏蔽双绞线进行网络连接时，最大电缆长度为100 m，即，即Hub到工作站的距离不超过到工作站的距离不超过100 m，网络拓扑结构，网络拓扑结构为星型。为星型。如果使用扩展有如果使用扩展有BNC和和AUI插座的插座的Hub，则可支持，

11、则可支持3种电缆种电缆的以太网混合连接，每种电缆都服从于各自的电缆连接标准。的以太网混合连接，每种电缆都服从于各自的电缆连接标准。如如图图6-6所示。所示。返 回上一页6.3 高速以太网高速以太网6.3.1 100Base-T技术技术快速以太网快速以太网(Fast Ethernet)的数据传输速率为的数据传输速率为100 Mb/s，是标准以太网的数据速率的十倍。，是标准以太网的数据速率的十倍。快速以太网保留着传统的快速以太网保留着传统的10 Mb/s速率以太网的所有特征，速率以太网的所有特征，即相同的帧格式，相同的介质访问控制方法即相同的帧格式，相同的介质访问控制方法CSMA/CD，相，相同的

12、接口与相同的组网方法，但传输速率由同的接口与相同的组网方法，但传输速率由10 Mb/s提高提高到了到了100 Mb/s。下一页6.3 高速以太网高速以太网构成构成100Base-T网络物理连接的主要部件包括以下几种：网络物理连接的主要部件包括以下几种：(1) 网络介质：网络介质用于计算机之间的信号传递。网络介质：网络介质用于计算机之间的信号传递。 (2) 媒体相关接口媒体相关接口(MDI)：MDI是一种位于传输媒体和物是一种位于传输媒体和物理层设备之间的机械和电气接口。理层设备之间的机械和电气接口。下一页上一页6.3 高速以太网高速以太网(3) 物理层设备物理层设备(PHY)：PHY提供提供1

13、0 Mb/s或或100 Mb/s操作，可以是一组集成电路，也可以作为外部独立设操作，可以是一组集成电路，也可以作为外部独立设备使用，通过备使用，通过MII电缆与网络设备上的电缆与网络设备上的MII端口连接。端口连接。(4) 媒体独立接口媒体独立接口(MII)：使用：使用100 Mb/s外部收发器，外部收发器，MII可以把快速以太网设备与任何一种网络介质连接在一起。可以把快速以太网设备与任何一种网络介质连接在一起。MII是一种是一种40针接口，连接电缆的最大长度为针接口，连接电缆的最大长度为0.5m。下一页上一页6.3 高速以太网高速以太网6.3.2 光纤分布式数据接口光纤分布式数据接口(FDD

14、I)FDDI的英文全称为的英文全称为“Fiber Distributed Data Interface”，中文名为，中文名为“光纤分布式数据接口光纤分布式数据接口”，光纤分，光纤分布式数据接口布式数据接口(FDDI)是一种以光纤作为传输介质的高速主是一种以光纤作为传输介质的高速主干网。干网。光纤分布式数据接口光纤分布式数据接口(FDDI)是美国国家标准化组织是美国国家标准化组织ANSI制订的在光缆上发送数字信号的一组协议。制订的在光缆上发送数字信号的一组协议。 下一页上一页6.3 高速以太网高速以太网FDDI网络产品主要有网络产品主要有FDDI网络适配器和网络适配器和FDDI集中器。有集中器。

15、有很多生产厂商生产很多生产厂商生产FDDI网络产品，如网络产品，如COM公司、公司、DEC公司、公司、HP公司、公司、Bay公司和公司和D-Link公司等。公司等。网络适配器。网络适配器。FDDI网络适配器分为双连接和单连接适配器网络适配器分为双连接和单连接适配器两种。两种。 线集中器。早先的线集中器多用计算机来实现，在作为线集线集中器。早先的线集中器多用计算机来实现，在作为线集中器的计算机内安装相应的中器的计算机内安装相应的FDDI集中器卡然后安装相应的集中器卡然后安装相应的集中器软件。集中器软件。 网络连接。根据网络适配器的不同，网络连接。根据网络适配器的不同，FDDI定义了两种类型定义了

16、两种类型的网络站点，即双连接站和单连接站。的网络站点，即双连接站和单连接站。 双连接站双连接站(DAS) DAS也称为也称为A类站，连接到双环网络的两类站，连接到双环网络的两个环上，具有两个光收发器，能够在两个环上接收信号并进个环上，具有两个光收发器，能够在两个环上接收信号并进行放大。行放大。 单连接站单连接站(SAS) SAS也称为也称为B类站，只有一个光收发器，只类站，只有一个光收发器，只连接到主环路上。连接到主环路上。SAS的物理接口称为从口，必须通过集中的物理接口称为从口，必须通过集中器与双环链路相连接。器与双环链路相连接。 下一页上一页6.3 高速以太网高速以太网集中器集中器(Con

17、centrator)本身可以是本身可以是DAS(连接到双环上的连接到双环上的A类站类站)，也可以是，也可以是SAS(连接到另一个集中器上的连接到另一个集中器上的B类站类站)。集中。集中器所提供的附加口称为主口，用于将器所提供的附加口称为主口，用于将SAS连接到双环网络上。连接到双环网络上。 光纤分布式数据接口光纤分布式数据接口(FDDI)主要有以下特点。主要有以下特点。使用基于使用基于IEEE 802.5的单令牌的环网介质访问控制的单令牌的环网介质访问控制MAC协议。协议。使用使用IEEE 802.2协议，与符合协议，与符合IEEE 802标准的局域网兼容。标准的局域网兼容。数据传输速率为数据

18、传输速率为100 Mb/s，联网的节点数小于等于，联网的节点数小于等于1 000，环路长度为环路长度为100 km。可以使用双环结构，具有容错能力。可以使用双环结构，具有容错能力。可以使用多模或单模光纤。可以使用多模或单模光纤。具有动态分配带宽的能力，能支持同步和异步数据传输。具有动态分配带宽的能力，能支持同步和异步数据传输。下一页上一页6.3 高速以太网高速以太网6.3.3 千兆以太网千兆以太网千兆以太网千兆以太网(Gigabit Ethernet)是为了实现更高带宽的局是为了实现更高带宽的局域网。在域网。在1998年，年，IEEE 802委员会正式批准了千兆以太委员会正式批准了千兆以太网标

19、准网标准(IEEE 802.3z)。 1. 1000Base-LX1000Base-LX是一种使用长波激光作为信号源的网络介质是一种使用长波激光作为信号源的网络介质技术，在收发器上配置波长为技术，在收发器上配置波长为1 2701 355 nm(一般为一般为1 300 nm)的激光传输器，既可以驱动多模光纤，也可以的激光传输器，既可以驱动多模光纤，也可以驱动单模光纤。驱动单模光纤。 下一页上一页6.3 高速以太网高速以太网2. 1000Base-SX1000Base-SX是一种使用短波激光作为信号源的网络介质是一种使用短波激光作为信号源的网络介质技术，收发器上所配置的波长为技术，收发器上所配置的

20、波长为770860 nm(一般为一般为800 nm)的激光传输器不支持单模光纤，只能驱动多模光的激光传输器不支持单模光纤，只能驱动多模光纤。纤。 3. 1000Base-CX1000Base-CX是使用铜缆作为网络介质的两种千兆以太网是使用铜缆作为网络介质的两种千兆以太网技术之一，另外一种就是将要在后面介绍的技术之一，另外一种就是将要在后面介绍的1000Base-T。 下一页上一页6.3 高速以太网高速以太网4. 1000Base-T千兆以太网的特点主要包括如下：千兆以太网的特点主要包括如下：在升级过程中，千兆位以太网可以充分保护现有网络基础设在升级过程中，千兆位以太网可以充分保护现有网络基础

21、设施上的投资。施上的投资。 千兆位以太网相对于原有的快速以太网、千兆位以太网相对于原有的快速以太网、FDDI、ATM等主等主干网解决方案，提供了一条最佳的路径。干网解决方案，提供了一条最佳的路径。千兆位以太网填补了千兆位以太网填补了IEEE 802.3以太网以太网/快速以太网标准快速以太网标准的不足。的不足。 下一页上一页6.3 高速以太网高速以太网6.3.4 万兆以太网万兆以太网万兆位以太网万兆位以太网802.3ae标准已由标准已由IEEE于于2002年年6月批准，月批准，传输速率达到传输速率达到10 Gb/s，其覆盖范围为，其覆盖范围为25英里，大大超过英里，大大超过了以前标准的范围。了以

22、前标准的范围。万兆以太网技术提供了更丰富的带宽和处理能力，并保持了万兆以太网技术提供了更丰富的带宽和处理能力，并保持了以太网一贯的兼容性和简单易用、升级容易的特点。以太网一贯的兼容性和简单易用、升级容易的特点。下一页上一页6.3 高速以太网高速以太网万兆以太网作为新一代宽带技术，在局域网、城域网、广域万兆以太网作为新一代宽带技术，在局域网、城域网、广域网不同的应用上提供了多样化的接口类型，在局域网方面，网不同的应用上提供了多样化的接口类型，在局域网方面，针对资料中心或服务器群组的需要，可以提供多模光纤长达针对资料中心或服务器群组的需要，可以提供多模光纤长达300 m的支持距离，或针对大楼与大楼

23、间的支持距离，或针对大楼与大楼间/园区网的需要提园区网的需要提供单模光纤长达供单模光纤长达10 km的支持距离。的支持距离。在城域网方面，可以提供在城域网方面，可以提供1550 nm波长单模光纤长达波长单模光纤长达40 km的支持距离。的支持距离。 下一页上一页6.3 高速以太网高速以太网6.3.5 交换以太网交换以太网以太网交换技术是在多埠网桥的基础上在以太网交换技术是在多埠网桥的基础上在20世纪世纪90年代初年代初发展起来的，实现发展起来的，实现OSI模型的下两层协议，与网桥有着千丝模型的下两层协议，与网桥有着千丝万缕的关系，甚至被业界人士称为万缕的关系，甚至被业界人士称为“许多联系在一起

24、的网许多联系在一起的网桥桥”，因此现在的交换式技术并不是什么新的标准，而是现，因此现在的交换式技术并不是什么新的标准，而是现有技术的新应用而已，是一种改进了的局域网桥，与传统的有技术的新应用而已，是一种改进了的局域网桥，与传统的网桥相比，它能提供更多的埠网桥相比，它能提供更多的埠(488)、更好的性能、更强、更好的性能、更强的管理功能以及更便宜的价格。的管理功能以及更便宜的价格。 下一页上一页6.3 高速以太网高速以太网典型的交换式局域网为交换式以太网典型的交换式局域网为交换式以太网(Switched Ethernet)，它的核心部件是以太网交换机，它的核心部件是以太网交换机(Ethernet

25、 Switch)，也有人翻译为开关、交换器或称交换式集线器。，也有人翻译为开关、交换器或称交换式集线器。 交换式局域网从根本上改变了交换式局域网从根本上改变了“共享介质共享介质”的工作方式，它的工作方式，它可以通过以太网交换机支持交换机埠节点之间的多个并发连可以通过以太网交换机支持交换机埠节点之间的多个并发连接，实现多节点之间资料的并发传输，因此可以增加局域网接，实现多节点之间资料的并发传输，因此可以增加局域网带宽，改善局域网的性能与服务质量。带宽，改善局域网的性能与服务质量。下一页上一页6.3 高速以太网高速以太网以太网交换机的工作原理很简单，它检测从以太端口来的数以太网交换机的工作原理很简单，它检测从以太端口来的数据包的源和目的地的据包的源和目的地的MAC(介质访问控制层介质访问控制层)地址，然后与系地址，然后与系统内部的动态查找表进行比较，若数据包的统内部的动态查找表进行比较，若数据包的MAC层地址不在层地址不在查找表中，则将该地址加入查找表中，并将数据包发送给相查找表中，则将该地址加入查找表中，并将数据包发送给相应的目的埠。应的目的埠。 直通方式的以太网交换机可以理解为在各埠间纵横交叉的线直通方式的以太网交换机可以理解为在各埠间纵横交叉的线路矩阵电话交换机。路矩阵电话交换机。 下一页上一页6.3 高速以太网高速以太网交