以太网组网技术

以太网组网技术以太网标准在IEEE802标准中，有关以太网的IEEE802.3组网标准见表4.3。表4.3 以太网的IEEE802.3组网标准IEEE标准以太网传输速率M拓扑结构最大网段长度m传输介质802.3(1983)10Base510总线50050。粗同轴电缆802.3a(1988)10Base210总线18550。细同轴电缆802.3b(1988)10Board3610总线180075。同轴电缆802.3c(1988)1Base5星型2502对3类UTP802.3I(1990)10BaseT10星型1002对3类UTP802.3i(1992)10BaseTF10星型20002股多模或单模光纤802.3u(1995)100Base-TX100星型1002对5类UTP100Base-T41004对3类UTP100Base-FX20002股多模或单模光纤802.3z(1998)1000Base-CX1000星型25STP1000Base-SX1000星型500多模光纤1000Base-LX1000星型5503000多模光纤单模光纤802.3ab(1999)1000Base-T1000星型1004对超5类UTP10M以太网组网技术10Base5组网技术10Base5是IEEE802.3中最早定义的以太网标准，也叫粗缆以太网，因使用比较粗的同轴电缆而得名°10Base5的拓扑结构为总线形，采用基带传输的方式，无中继器的情况下最远的传输距离可以达到500米。在粗缆以太网中，我们可以通过中继设备将网络分为几段，如图4-6-1所示。为了减少冲突，保证网络性能，IEEE802.3规定了“5-4-3'原则：即最多使用4个转发器连接5个网段，其中只有3个网段可以连接结点，其余的网段仅用作加长距离。此外，粗缆以太网中，相邻收发器间的最小距离为2.5米，每段最多支持100个结点。因此，10Base5网络的最大长度为2.5公里，网络结点最多为300个。图4-6-1粗缆以太网示意粗缆以太网的物理连接器包括：同轴电缆、网卡、收发器以及收发器（AUI）电缆。10Base2组网技术10Base2以太网也叫细缆以太网，因其价格比较低廉故又被称为“廉价网”。10Base2与10Base5具有相同的传输速率，同为总线形局域网。细缆以太网的特点是价格便宜且安装比较简单，但是传输距离比较短。在不带中继器的情况下网段的最远距离为185米。细缆以太网的连接部件包括：网卡（带BNC头）、细同轴电缆和BNC-T型连接器。在这种组网技术中，收发器电路被集成到网卡中，收发器接头也被BNC-T型连接器取代，从而可以将站点直接连接到电缆上，取消了收发器电缆。除了遵循“5-4-3”原则外，10Base2还规定：两个相邻BNC-T型接头之间的最小距离为0.5米，每段最多支持30个结点。因此，10Base2网络的最大长度为925米，网络结点最多为90个。10BaseT组网技术继10Base5和10Base2后，80年代后期又出现了10BaseT。10BaseT又称双绞线以太网，是一种传输介质采用非屏蔽双绞线（UTP）的星型局域网。10BaseT的传输速率为10Mbps，站点到集线器（HUB）的最大距离为100米。

10BaseT将所有的网络操作都集中到HUB中，以取代单一的收发器。每个结点都装有一块带RJ-45接口的网卡，通过一根8芯的UTP连接到HUB，连接插头为RJ-45插头，如图4-6-2所示。双绞线的灵活性以及RJ-45插头的易用性，使得10BaseT成为IEEE802.3中最易于安装和改装的局域网。图4-6-210BaseT连接示意图4-6-210BaseT连接示意HUB将收到的所有帧向每个站点发送，只有帧上标明的接收站点才接收相应的帧。所以，从这种意义上来讲，以HUB为中心的星型网络，其逻辑拓扑结构为总线型。高速以太网组网技术高速以太网的概念随着计算机在图形处理、CAD设计和实时视频技术等方面的应用不断增多，人们对局域网的传输速率提出了越来越高的要求，高速以太网应运而生。传输速率在100Mbps或100Mbps以上的以太网称为高速以太网。100M以太网组网技术IEEE于1995年通过了100Mbps快速以太网的100BASE-T标准，并正式命名为IEEE802.3u标准，作为对IEEE802.3标准的补充。在物理层，高速以太网采用同10BASE-T一样的星形拓扑结构，但包含三种介质选项：100BASE-TX、100BASE-FX和100BASE-T4。他们之间的关系如图4-6-3所示。图4-6-3高速以太网的分类与传统以太网相比，高速以太网的帧格式没有变化，介质访问控制方式也是一样的。不同的：传输速率提高10倍、冲突域则减小10倍。100BASE-TX100BASE-TX使用的传输介质是两对非屏蔽5类双绞线，一对电缆用作从结点到HUB的传输信道，另一对则用作从HUB到结点的传输信道，结点和HUB之间的距离最大为100米。100BASE-FX100BASE-FX使用的传输介质是两根光纤，一根用作从结点到HUB的传输信道，另一根则用作从HUB到结点的传输信道，结点和HUB之间的最大距离可达2000米。信号的编码方式同100BASE-TX，即4B/5B。100BASE-T4100BASE-T4机制的设计初衷就想避免重新布线的麻烦。它使用了4对3类非屏蔽双绞线作为传输介质。这种双绞线就是我们常用的电话线，其中两对是可以双向传输的，另外两对只能单向传输。也就是说，不论在哪个方向上都有三对电缆可以传输数据。1000M以太网组网技术千兆以太网又称吉比特以太网(GigabitEthernet，使用原有以太网的帧结构、帧长及CSMA/CD介质访问控制方法，编码方式为8B/10B，即将一组8位的二进制码编码成一组10位的二进制码。千兆网使用的传输介质主要是光纤(1000Base-LX和1000Base-SX)，当然也可以使用双绞线(1000Base-CX和1000Base-T）。组网时，千兆网通常连接核心服务器和高速局域网交换机，以作为高速以太网的主干网，如图4-6-4所示。1Gbps交换机图4-6-4千兆网组网示意10G以太网2000年初IEEE802.3委员会发布了10Gbps的以太网标准802.3ae。10Gbps以太网也称为10吉比特以太网。10吉比特以太网仍然使用IEEE802.3以太网MAC协议，其帧格式和大小也符合802.3标准。但是与以往的以太网标准相比，还有一些显著不同的地方，如：只支持双工模式，而不支持单工模式；使用的媒体只能是光纤；不满足CSMA/CD；使用64B/66B和8B/10B两种编码方式等。10吉比特以太网还有一个重要的改进，即它具有支持局域网和广域网接口，且其有效距离可达40km。其有效作用距离的增大为10吉比特以太网在广域网中的应用打下了基础。常用的环型网组网技术1.令牌环网令牌环网是由IBM推出的，IEEE在IBM令牌环网的基础上制定了802.5标准，两者是兼容的，见表4.4。表4.4 IBM令牌环网与IEEE802.5比较物理拓扑传输介质传输速率网段最大信号介质访问结点数传输方式控制方法

IBM令牌环网IBM令牌环网星形双绞线4Mbps16Mbps72(UTP)260(STP)基带802.5标准未指定未指定4Mbps16Mbps250基带令牌传递令牌传递基本令牌环网络令牌环网的每个站点都包含一个转发器，转发器从两个链路中的一条接收比特流，然后通过另一条发送比特流。每个站点通过输出端口与下一站点的输入端口相连，最后一个站点的输出端口与第一个站点的输入端口连接，这样就构成了一个完整的单向环。基本令牌环中，如果一个站点发生故障或没有加电，就会造成整个环网瘫痪。为解决这一问题，可以将每个站点与一个自动开关相连。这个开关可以旁通脱环的站点，如图4-6-5所示。如果某站点发生故障，自动开关就将环闭合，一旦该站点重新恢复工作，网卡可以送出一个信号以使开关将该站点加入到环中来。具有上述开关功能的过网卡称为智能网卡。复合令牌环网络复合令牌环网络是指通过网桥将多个基本令牌环网络互连起来，如图4-6-8所示。复合环的寻址采用分层结构，其地址空间先应标示局部环号，然后再标示某个局部环的相应结点号。复合环对于中等规模的企事业单位(工厂、政府机关、学校等)是一种可选的组网结构。图4-6-8 复合令牌环2.FDDI网络光纤分布式数据接口(FDDI，FiberDistributedDataInterface)是ANSI的X3T9.5委员会为满足用户对网络高速和高可靠性传输的需求，在20世纪80年代中期制定的网

络标准。FDDI所支持的数据传输速率可以达到100Mbps,并使用光纤作为传输介质。FDDI的另一版本是铜线分布式数据接口(CDDI，CopperDistributedDataInterface)它采用铜质的STP或UTP。FDDI的双环结构为了实现网络的容错机制，FDDI采用的是双环结构，一个称为主环，一个称为辅环，如图4-6-9所示。正常情况下，主环用来传输数据，辅环则作为主环的备份，数据流方向与主环相反。连接到环上的站点必须相应地提供两个连接端口，分别连接主环和辅环。如果主环发生故障，检测到故障的站点就会将数据转移到辅环上，这样主环和辅环可重新构成一个环。FDDI的分层结构FDDI标准将传输功能分为四层：介质依赖层(PMD)、物理层(PHY)、介质访问控制层(MAC)和链路控制层(LLC)。它们与OSI/RM的数据链路层和物理层相对应，如图4-6-10所示。FDDI的物理层被分为两个子层：介质依赖层和物理层。介质依赖层在FDDI网络的结点之间提供点对点的数字基带通信；而物理层则提供PMD与数据链路层之间的连接。逻辑链路控制LLC介质访问控制MAC数据链路层物理层逻辑链路控制LLC介质访问控制MAC数据链路层物理层PHY物理介质依赖站点管理二图4-6-10FDDI图4-6-9FDDI图4-6-10FDDI分层结构FDDI的介质访问控制机制在FDDI中，每个站点对介质的访问都有时间限制，站点只能在规定的时间段内发送数据帧，当然，优先级较高的实时数据可以优先发送。为了实现这种访问机制，FDDI定义了两种不同的数据帧：同步帧和异步帧。同步帧是用来发送那些对实时性要求比较高的数据的。这两种帧有时也被称为S帧和A帧。FDDI采用的介质访问控制方式同IEEE802.5的令牌环访问控制标准十分接近。每个站点得到令牌后，优先发送S帧。发送完S帧后如果还有剩余时间再发送A帧。（4） FDDI的编码方式在信号的传输中，FDDI采用的是一种比较特殊的编码方式，即4B/5B编码。这种编码技术中，每次对4位数据进行编码，每4位数据编码成5位符号，用光的存在和不存在表示每一位是1还是0，见表4.5。同时，为了得到信号同步，FDDI采用了二级编码的方法。即先按4B/5B编码，然后再利用差分不归零制NRZ-I编码。这种编码确保无论4位比特符号为何种组合，其对应的5比特编码中至少有2位为1，从而保证在光纤种传输的信号至少发生两次跳变，以利于接收端的时钟提取。早期以太网施乐以太网--最初的3-Mbit/s以太网，有两个版本：版本一和版本二。版本二的帧格式现在还在普遍使用。10BROAD36--已经过时。一个早期的支持长距离以太网的标准。它运行在同轴电缆上，使用了一种类似于线缆调制解调器系统的宽带调制技术。1BASE5--也叫做星型局域网，速率是1Mbit/s。在商业上很失败。双绞线的第一次使用就用在这里。10Mbps以太网10BASE5（也叫粗缆或黄色电缆）--最早实现10Mbit/s以太网。早期IEEE标准，使用单根50欧姆阻抗RG-8同轴电缆，最大距离500米。接收端通过所谓的“插入式分接头”插入电缆的内芯和屏蔽层。在电缆终结处使用N型连接器。AnAUIcablethenconnectedthetransceivertotheEthernetdevice.尽管由于早期的大量布设，到现在还有一些系统在使用，这一标准实际已经丢弃。在电缆两端需要配置终结器。10BASE2（也叫细缆或模拟网路）--50欧姆RG-58同轴电缆,200米连接所有的计算机，每台计算机使用T适配器连接到带有BNC连接器的网卡。线路两头需要终结器。很长时间一直是10M网主流。StarLAN--第一个双绞线上实现的以太网标准10Mbit/s.后发展成10BASE-T.10BASE-T--使用3类双绞线或者5类双绞线的4根线（2对绞线）100米。以太网集线器或以太网交换机位于中间连接所有节点。FOIRL--光纤中继器链路。光纤以太网原始版本。10BASE-F--10Mbps以太网光纤标准通称，2千米。只有10BASE-FL应用比较广泛10BASE-FL--FOIRL标准一种升级.10BASE-FB--用于连接多个Hub或者交换机的骨干网技术，已废弃10BASE-FP--无中继被动星型网,从未得到应用快速以太网（100Mbps）100BASE-T--下面三个100Mbit/s双绞线标准通称，最远100米。100BASE-TX--类似于星型结构的10BASE-T.，使用2对电缆，但是需要5类电缆以达到100Mbit/s.100BASE-T4--使用3类电缆使用所有4对线，由于5类线普及已经废弃，半双工。100BASE-T2--无产品。使用3类电缆。支持全双工使用2对线，功能等效100BASE-TX，但支持旧电缆。100BASE-FX--使用多模光纤，最远支持400米，半双工连接（保证冲突检测），2km全双工。100Base-VG--只有惠普支持,VG最早出现在市场上。需要4对三类电缆。也有人怀疑VG不是以太网。千兆以太网1000BASE-T--1Gbit/s介质超五类双绞线或6类双绞线。1000BASE-SX--1Gbit/s多模光纤（小于550m）。1000BASE-LX--1Gbit/s多模光纤（小于550m）。需要使用长距离单模（光纤10千米）。1000BASE-LH--1Gbit/s单模光纤（小于100千米）。长距离方案1000BASE-CX--铜缆上达到1Gbps的短距离（小于25m）方案。早于1000BASE-T，已废弃。万兆以太网新的万兆以太网标准包含7种不同的节制类型适用于局域网，城域网和广域网。当前使用附加标准IEEE802.3ae用以说明，将来会合并进IEEE802.3标准。10GBASE-CX4--短距离铜缆方案用于InfiniBand4x连接器和CX4电缆，最大长度15米。