局域网与城域网技术chap3高速以太网

1本章内容3.1概述3.2快速以太网(FE)3.3千兆位以太网(GE)3.4万兆位以太网(10GE)2第三章知识点冲突域与广播域10/100/1000自适应如何完成10GBASE-T能否采用5类UTP线缆以太广域网和以太局域网之间，如何实现速率匹配33.1概述快速以太网是一个转折点工作模式向全双工转移基本结构特性有较大变化

10BASE-T100BASE-T1000BASE-T最小帧长(字节)6464520最大UTP电缆(m)100100100最多中继数421最大冲突直径(m)185

5205200线路码曼彻斯特4B/5B8B/6T或PAM5

5410BASE-T点到点链路采用全双工传输模式，不会发生媒质的争用问题，勿需安排因冲突而引起的重发。理论上，帧长度的最小值限制也可以取消。媒质使用效率可以提高，可用带宽得以倍增。唯一需要保留的是相继帧之间的时间间隔(IFG：Inter-FrameGap)。

5冲突域和MAC广播域AliceBob10BASE-5冲突域=广播域10BASE-T冲突域=广播域HUB100BASE-T冲突域<=广播域SWITCH6流量控制全双工模式需要并发控制，接收站(通常为交换式集线器)在发生拥塞时向发送站通告，并要求发送站暂停发送数据帧。局限在MAC子层之内，对LLC子层或MAC子层而言透明。具有MAC到MAC的特点，相关的控制信号/帧不向MAC的上层传递。传递流量控制信息的MAC帧通过长度/类型字段的标识，以区别于其它以太网数据帧。

710Mbps数据链路层物理层OSI/-RM运输层网络层表示层会话层应用层LLC子层MAC控制子层(可选)MAC(CSMA/CD)子层PLS子层PMA子层协调子层协调子层PCS子层PMA子层PMD子层PCS子层PMA子层PMD子层100Mbps1000MbpsMDIMAUAUIMDIGMIIMDIMIIMAC控制子层的位置8星型和树型网络结构除了广播帧之外，相互交换数据信息的站点，在交换机上不需要将传送帧送不相关端口或站点。

百兆位以太网和千兆位以太网以全双工模式为主，但依然保留了对半双工模式的支持；万兆位以太网则完全放弃了对半双工模式的支持。

93.2快速以太网3.2.1协议结构3.2.2类型3.2.3类型3.2.4MAC控制子层3.2.5自动协商机理10PHY3.2.1快速以太网协议结构逻辑链路控制(LLC)媒质访问控制(MAC)上层100BASE-T中继器CSMA/CD分层OSI-RM分层ALPLSLTLNLDLLPHYLPCSPMAPMD自动协商PMAPCSPMD自动协商PMAPCSPMD自动协商传输媒质传输媒质RECONCILIATIONMIIMDIMDIPHY11ReconciliationSub-layer协调子层在MAC与不同类型媒质相关层之间提供逻辑性的连接服务MII中，100Mbps采用4比特宽的半字节(nibble)串行方式GMII中，1000Mbps则采用字节(8比特宽)串行方式12MII(媒质无关接口)集成片之间，通过印刷电路连接母板与子板之间，通过2个或多个印刷电路板连接分立组件之间，通过一定长的线缆连接<帧间隔><前导><帧开始定界符><数据><帧结束定界符>帧结束定界符是通过MII上的带外控制信号传送的，未加入帧结构中

13PCS，PMA，MDIPCS与物理传输媒质有关，为送出的码元流定义编码的逻辑过程、复用和同步的逻辑过程，也对流出的数据规定码元对位、解复用和解码等逻辑过程。

物理媒质联结(PMA)子层和媒质相关接口(MDI)，与10Mbps的PMA和MDI相似，并不是高速以太网特有的。14Auto-negotiation自动协议商为链路两端的NIC提供交换各自能力信息的渠道，以便协商并选择双方都支持的最合适的运行方式采用带外操作方法，其中脉冲编码与10BASE-T的链路完整性测量过程相兼容可保护已有投资，便于平稳升级153.2.2快速以太网类型名称码速率(波特)线路编码双绞线类型全双工模式10BASE-T10M曼彻斯特3类(2对)以上支持100BASE-TX125M4B/5B5类(2对)支持100BASE-T433M8B/6T3类(4对)以上不支持100BASE-T225MPAM5

53类(2对)以上支持100BASE-FX与100BASE-TX相比，具有几乎相同的特点16100BASE-X支持2对5类双绞线的情况，也称为100BASE-TX支持2根光纤传输，也称为100BASE-FX不同物理传输媒质对应于不同PMD子层100BASE-TX为TP-PMD100BASE-FX为Fiber-PMD17100BASE-T4要求3类双绞线缆装配了4对绞线对。2对配置为半双工操作方式。2对配置为单工方式，各自只为一个方向进行传输。帧数据的传送既用到半双工线对，也用到了单工线对。8B6T：8位长二进制数映射到6个三进制码元。18100BASE-T2克服100BASE-T4在实际应用中的不利因素：不支持全双工；不能工作于2对绞线对上

双向双工基带传输：一对绞线对上同时在两个方面上发送编码码元链路两段NIC在环路定时上采用主从工作模式5级脉冲幅度调制(PAM：PulseAmplitudeModulation)19PAM5×5203.2.3100BASE-X物理层协调子层逻辑链路控制(LLC)媒质访问控制(MAC)物理编码子层(PCS)物理媒质联结(PMA)子层光纤物理媒质相关(PMD)双绞线物理媒质相关(PMD)光纤MDI双绞线MDI上层协议层CSMA/CD分层100BASE-XRJ45SC100BASE-TX100BASE-FX媒质无关接口(MII)21链路长度采用5类UTP的链路长度最大为100米采用半双工模式的光纤，从DTE到DTE的链路长度不超过400米

采用全双工多模光纤时DTE到DTE的链路长度可达2千米

部署2个中继器的网络跨度，即任意一对结点间距离小于200米采用光纤时，部署1个中继器的网络跨度约为300米

22远端故障生成远端故障检测链路监测TXRXPMDxPMA载波侦听发送接收发送比特流接收比特流PCSTXD<3:0>TX_ENTX_ERRXD<3:0>RX_DVRX_ERRX_CLKCRSTX_CLKCOL发送中接收中MIItx_bits[4:0]rx_bits[4:0]载波检测rx_code-bitlink_statustx_code-bit故障中rx_nrzi-bittx_nrzi-bitsignal_statuslink_controlMDI发送接收carrier_statusrxerror_status23PCS功能包括数据的收发以及载波侦听从PMA的编码流解析得到冲突检测信号并经MII通告MAC子层PCS经PMA和PMD收发的信号以码组(code-groups)格式表征，而MII规定的数据则为半字节同步帧数据和带外控制信号，因此PCS需要在这二种数据接口之间起转换作用.

244B/5B编码数据码组是4比特长的任意数据，来自或送往MII，在PCS中透明空码组的作用是为了维持时钟同步，它产生或终止于PCS控制码组成对出现，用于MAC帧定界，也产生或终止于PCS25码组值简化表示名MII半字节值说明1111000000数据码组0100110001数据码组1010020010数据码组1010130011数据码组0101040100数据码组0101150101数据码组0111060110数据码组0111170111数据码组1001081000数据码组1001191001数据码组10110A1010数据码组10111B1011数据码组11010C1100数据码组11011D1101数据码组11100E1110数据码组11101F1111数据码组11111I未定义空码组，填充流间空11000J0101流开始分界，总与K成对出现10001K0101流开始分界，总与J成对出现01101T未定义流结束分界，总与R成对出现00111R未定义流结束分界，总与T成对出现26MAC帧物理层数据流八位组的数目帧间间隔前导/SFDDASAlnLLC数据FCS100BASE-XSDU100BASE-XPDU每格为一对码组空码组SSDESD866246-15004>=1227PMAPMA子层为PCS或中继器提供服务接口

为其客户提供额外的状态指示PMA_TYPE.indicatePMA_UNITDATA.requestPMA_UNITDATA.indicatePMA_CARRIER.indicatePMA_LINK.indicatePMA_LINK.requestPMA_RXERROR.indicate

28Fiber-PMD的SC连接器SC类型连接器光缆光输出光输入接插钮接入端发送端插座面板接插钮槽293.2.4MAC控制子层MAC控制子层MA_DATA.indicationMA_CONTROL.indicationMA_DATA.requestMA_CONTROL.request发送帧接收帧MACLLC30MAC控制帧格式目标地址源地址长度/类型MAC控制操作码MAC控制参数保留(发送零)6个八位组6个八位组2个八位组2个八位组(最小帧长-160)/8个八位组0x8808PAUSE

PAUSE=0x0001时长

0~65535个计量单位，一个单位对应于512比特的传送时长313.2.510/100Mbps自动协商

自动协商的信息被封装在一组脉冲中，这组脉冲称为快速链路脉冲（FLP：FastLinkPulse）间隔62.5

7

s的单脉冲10BASE-T的链路脉冲被命名为常规链路脉冲（NLP：NormalLinkPulse）:16

8ms32FLP/NLP脉冲样式FLP突发脉冲序列NLP脉冲序列最多33个脉冲最多33个脉冲62.5

7

s16

8ms33发送脉冲序列及编码

1个FLP突发脉冲由33个脉冲位置17个奇数号位置必须有一个链路脉冲用于时钟信号的传送；16个偶数号位置脉冲表示数据信息：有脉冲表示逻辑1，无脉冲表示逻辑0。16个数据编码位构成一个“链路编码字”(LinkCodeWord)，由FLP突发脉冲序列传送34FLP突发脉冲的编码示例

脉冲位置1脉冲位置2脉冲位置3脉冲位置4脉冲位置5脉冲位置6脉冲位置7D0D21D101数据编码时钟脉冲35基本页基本链路编码字称为基本页(basepage)选择器字段(5b)，表示32种消息(取00001b)技术能力字段(8b)，与选择器字段相关的支持能力RF字段(D13)，向对端告知远端故障(RemoteFault)ACK字段(D14),通告对端已成功收到其链路码字后续页(NP:NextPage)字段,指明是否有附加链路码字S0S1S2S3S4A0A1A2A3A4A5A7A7RFACK选择器字段NPD0D1D2D3D4D5D6D7D8D9D10D11D12D13D14D15技术能力字段36技术能力字段的比特分配

比特技术最低线缆类型A010BASE-T2对线的3类双绞线A110BASE-T全双工2对线的3类双绞线A2100BASE-TX2对线的5类双绞线A3100BASE-TX全双工2对线的5类双绞线A4100BASE-T44对线的3类双绞线A5全双工链路的PAUSE操作无A6全双工链路的不对称PUASE操作无A7保留未用无373.3千兆位以太网3.3.1技术特点GbE

vsATM交换机技术协议分层结构协调子层和GMII381.GbE

vsATMATM目标定位于骨干,以太网定位于本地ATM以SDH作为主要的传输基础，以太网部分采用了光纤传输技术ATM接口丰富但过于复杂，以太网接口单一易于升级和扩展ATM带宽资源有效利用低但有QoS支持，以太网不予考虑趋势：ATM技术分摊到IP和以太网392.交换技术引入二/三层交换，实现VLAN，支持安全配置、广播抑制、高效组播性价比是IP路由器的8~16倍部署范围可达数十千米已构成LAN/MAN的骨干，也是企业内部网的核心403.协议分层结构MAC控制LLCMAC协调PCSPMACX-PMDSX-PMDLX-PMDT-PMDMDIMDIMDIMDIPCSPMAPMDMDIMDIPCSPMAPMD千兆中继器1000BASE-CX1000BASE-SX1000BASE-LX1000BASE-TPCSPMAGMIIGMII414.GMII<帧间隔><前导><帧开始定界符><数据><帧结束定界符><扩展>载波扩展(CarrierExtend)是一组特定数据(缺省为0x0F)给MAC子层提供了选择机会，以决定是否要在一帧数据结束之后还保持一段占用时间，或者是否要求在突发的相继两帧之间增大间隔时间

423.3.21000BASE-X标准

链路配置1000BASE-CX1000BASE-SX(850nm)1000BASE-LX(1300nm)150

STP支持不支持不支持125/62.5

m多模光纤不支持支持支持125/50

m多模光纤不支持支持支持125/10

m多模光纤不支持不支持支持连接器IEC类型SFFMT-RJ或双向SCSFFMT-RJ或双向SC431000BASE-X特征1250Mbps全双工,或单双工8B/10B编码技术帧间隙内插入IDLE码组维持时钟同步GMII接口采用了8比特长的数据通路自动协商功能中，链路段两端设备通过特定码组交换相关信息不同类型技术主要集现在MDI443.3.31000BASE-T标准

HHRTDX<5:4>TRTRDX<5:4>TDX<5:4>RDX<5:4>125MbaudHHRTDX<3:2>TRTRDX<3:2>TDX<3:2>RDX<3:2>125MbaudHHRTDX<1:0>TRTRDX<1:0>TDX<1:0>RDX<1:0>125MbaudHHRTDX<7:6>TRTRDX<7:6>TDX<7:6>RDX<7:6>125MbaudPAM5码元PAM5码元4线对5类UTPPCSPCSPMAPMA250Mbps250MbpsH：混合器（Hybrid）

451.物理层主要功能每对双绞线的数据传输速率为250Mbps2比特的数据采用4维5级的PAM编码，相应的线路速率为125M波特

自动协商功能由链路段的两端,通过协商设置主从关系通常将多端口设备置为主462.PCS的编解码算法LFSR(线性反馈移位寄存器：LinearFeedbackShiftRegister)随机化传输数据

码元符号编码器LSFR值与符号字发生器比特编码发生器数据编码器比特码元映射符号编码器GMIITxDn[7:0]Scrn[32:0]Sxn[3:0]Syn[3:0]Sgn[3:0]Scn[7:0]Sdn[8:0]TAnTBnSnAnTDnTCnSnBnSnCnSnDnAnBnCnDn473.自动协商1000BASE-T要求必须支持；物理层在交换自动协商基本页后，不停顿的再交换1个1000BASE-T格式页和2个1000BASE-T的无格式页；主从角色的决择，依据手动优先、多端口优先为主和种子值大者优先的原则。48基本页和后续页的比特设置比特定义说明基本页D151指示存在后续页第0页(后续消息页)M10:M08

第1页(后续无格式页)U10:U50保留未用U41=有/0=无对半双工的支持U41=有/0=无对全双工的支持U21=多口/0=单口端口数目类型U11=主/0=从手动配置的主从值U01=是是否能手动配置主从第2页(后续无格式页)U10:U0种子(Seed)主从种子值493.4万兆位以太网不再共享带宽碰撞或冲突检测，载波监听和多址接入已不再重要保留了以太网帧结构10GBASE-W支持广域网接口，与SONETOC-192兼容，其时钟为9.953Gbit/s，数据流为9.585Gbit/s最长传输距离可达40千米省略MAN骨干网设备的POS和ATM链路

503.4.1协议分层结构5110G串行物理媒体层

10GBASE-[E/L/S][R/W/X][/4]10GBASE-[媒质类型][编码方案][波长数]R：Regularreach,常规长度W：WIS(WANInterfaceSub-layer)X:eXtended52常见规范10GBASE-[E/L/S][R/W/X][/4]名称描述最大传输距离(m)10GBASE-SR850nm串行局域网物理层设备30010GBASE-LR1310nm串行局域网物理层设备10k10GBASE-ER1550nm串行局域网物理层设备40km10GBASE-SW850nm串行广域网物理层设备30010GBASE-LW1310nm串行广域网物理层设备10km10GBASE-EW1550nm串行广域网物理层设备40km533.4.2WAN帧定界和速率调整与传统的以太网兼容，必须保持用以太网的帧格式来承载业务为适于OC-192c帧格式传输，需在物理层实现从以太网帧到OC-192c帧格式的映射广域网进行长距离、高速率传输时必然会导致线路信号频率和相位产生较大的抖动，而以太网的传输是异步的，在接收端实现信号同步比较困难

54修改千兆位以太网帧格式

复接MAC帧的过程中用2字节替换前导头的2个字节作为长度字段，然后对这