第1章 以太网高级技术

1、华为3Com培训中心第第1章章 以太网高级技术以太网高级技术华为3Com网络学院第三学期2引入引入l以太网已经成为网络建设者的新宠l以太网以惊人的速度向前发展l从速率到结构都已经有了全新变革。3学习目标学习目标l掌握各种以太网标准的基本原理掌握各种以太网标准的基本原理l掌握各种以太网交换结构的交换原掌握各种以太网交换结构的交换原理理学习完本课程，您应该能够：学习完本课程，您应该能够：4课程内容课程内容第一章第一章 以太网技术的简要回顾以太网技术的简要回顾第二章第二章 以太网发展简史以太网发展简史第三章第三章 以太网技术标准以太网技术标准第四章第四章 以太网交换结构以太网交换结构5以太网技术的简

2、要回顾以太网技术的简要回顾l在IP网络大家庭中，以太网作为其中的一员工作在链路层；l向上提供链路数据传输服务，向下需要物理层作为传输数据流的基础；l在以太网链路层，可以进一步划分成如下子层：LLC子层MAC子层l在以太网物理层，可以进一步分成如下子层：PLSPCSPMA6课程内容课程内容第一章第一章 以太网技术的简要回顾以太网技术的简要回顾第二章第二章 以太网发展简史以太网发展简史第三章第三章 以太网技术标准以太网技术标准第四章第四章 以太网交换结构以太网交换结构7以太网发展简史以太网发展简史l1973年，以太网之父Dr. Robert Metcalfe在Xerox发明了以太网；l1985年，

3、IEEE正式推出标准以太网802.3 10Base-5的标准；l1988年，IEEE正式推出标准以太网802.3a 10Base-2的标准；l1990年，IEEE正式推出标准以太网802.3i 10Base-T的标准；l1993年，IEEE正式推出标准以太网802.3j 10Base-F的标准；l1995年，IEEE正式推出快速以太网802.3u 100Base-T的标准；l1998年，IEEE正式推出千兆以太网802.3z 1000Bas-X的标准；l1999年，IEEE正式推出千兆以太网802.3ab 1000Base-T的标准；l2002年，IEEE正式推出万兆以太网802.3ae标准，

4、包含了 10GBase-R，10GBase-W和10GBase-X。 8课程内容课程内容第一章第一章 以太网技术的简要回顾以太网技术的简要回顾第二章第二章 以太网发展简史以太网发展简史第三章第三章 以太网技术标准以太网技术标准第四章第四章 以太网交换结构以太网交换结构9以太网技术标准以太网技术标准l标准以太网标准以太网l快速以太网快速以太网l千兆以太网千兆以太网l万兆以太网万兆以太网10标准以太网标准以太网l标准以太网是最早的以太网技术标准，它包含如下成员：10Base-510Base-210Base-T10Base-F11标准以太网的实现模型标准以太网的实现模型l标准以太网的物理层：物理信令

5、子层（PLS） 实现MAC子层与PMA子层之间的数据转换和传输物理介质附属子层（PMA） 实现数据在物理介质上的传输转化，同时完成介质冲突检测等功能附属单元接口（AUI） 统一数据输入输出 实现物理介质非相关介质相关接口（MDI） 提供与传输介质相连的接口12标准以太网的物理传输介质和连接器标准以太网的物理传输介质和连接器以太网技术传输介质连接器传输距离10Base-5粗同轴电缆N型连接器/同轴活栓500M10Base-2细同轴电缆BNC T型连接器185M10Base-T双绞线RJ45连接器100M10Base-F光纤MT-RJ/SC/LC连接器2KM/10KM13标准以太网的编码标准以太网

6、的编码l标准以太网采用曼切斯特编码一个时钟周期传输一个bit，在时钟周期间使用电平翻转来表示bit信息高电平到低电平翻转为“0”，低电平到高电平翻转为“1”时钟频率为10M14以太网技术标准以太网技术标准l标准以太网标准以太网l快速以太网快速以太网l千兆以太网千兆以太网l万兆以太网万兆以太网15快速以太网快速以太网l快速以太网在标准以太网的基础上进行了改进，速率得到大幅提升，并同时兼容了标准以太网技术：100Base-T4100Base-TX100Base-FX100Base-T216快速以太网的实现模型快速以太网的实现模型l快速以太网的物理层物理编码子层（PCS） 实现数据编解码物理介质附属

7、子层（PMA） 实现编码组信息和码流信息之间的转换物理介质相关子层（PMD） 实现码流信息与物理信号之间的转换自协商子层 实现不同以太网标准之间的协商匹配介质非相关接口（MII） 实现介质相关于介质非相关的隔离介质相关接口（MDI）17快速以太网的编码快速以太网的编码l快速以太网不同的技术采用了不同的编码算法：以太网技术100Base-T4100Base-TX100Base-FX100Base-T2编码算法8B6T4B/5B4B/5BPAM5X5时钟频率25M125M125M25M线对速率33.3M100M100M50M+50M线对数量421218MII、MDI与与MDI-XlMII是介质非相

8、关接口的简称，是物理层内部接口lMDI是介质非相关接口的简称，使物理层与传输介质之间的一种接口lMII与MDI是一对相对的概念MII提供与介质无关的服务，不同的介质可以使用相同的MIIMDI提供与介质有关的服务，不同的介质具有不同的MDIlMDI-X也是介质非相关接口，也位于物理层和传输介质之间。MDI-X实际上是是MDI的一个变种，仅仅在输入输出的引脚上进行了交换。主要应用于DTE与DTE之间的连接而产生。19以太网的自协商以太网的自协商l以太网自协商的基础：FLP/NLPl快速链路脉冲（FLP）快速链路脉冲是一连串的均衡间隔的数据脉冲，每个脉冲之间间隔为62.57s 每个快速链路脉冲是一个

9、包含17个时钟脉冲和16个数据脉冲的脉冲串数据脉冲表示了需要协商的信息参数20FLP的基本页信息的基本页信息lFLP的协商页分为基本页和消息页基本页信息 S0-S4表示消息类型：始终为00001 A0-A7表示DTE所支持的技术能力10BASE-T半双工10BASE-T全双工100BASE-TX半双工100BASE-T4全双工流控能力指示100BASE-TX 全双工保留 全双工非对称流控指示远程故障指示 成功收到协商页指示下一页信息指示21FLP的消息页信息的消息页信息l消息页信息又分为格式化消息和非格式化消息格式化消息与非格式化消息采用同样的结构 M0-M10（U0-U10）表示消息类型 T

10、表示同步状态 ACK2表示能够兼容消息页指示能力 MP表示是格式化消息还是非格式化消息22技术能力优先级技术能力优先级l在以太网自协商中，需要根据技术能力的优先级确定最终选择哪个技术能力与对方匹配，其技术能力级别如下：技术能力级别技术能力1000BASE-T全双工（消息页信息）91000BASE-T半双工（消息页信息）8100BASE-T2全双工（消息页信息）7100BASE-TX全双工（基本页信息）6100BASE-T2半双工（消息页信息）5100BASE-T4 （基本页信息）4100BASE-TX半双工（基本页信息）310BASE-T全双工（基本页信息）210BASE-T半双工（基本页信息

11、）123MDI与与MDI-X的自协商的自协商l以太网的标准自协商并不包含MDI和MDI-X的自协商lMDI与MDI-X的自协商解决了DTE与DTE之间的连接线缆交叉问题lMDI-X相对于MDI进行了引脚的交换，某些DTE可以支持MDI和MDI-X的自动协商和转换MDIMDI/MDI-X12361236123624以太网技术标准以太网技术标准l标准以太网标准以太网l快速以太网快速以太网l千兆以太网千兆以太网l万兆以太网万兆以太网25千兆以太网千兆以太网l千兆以太网在快速以太网的基础上进行了进一步的发展，其具体的千兆以太网技术有：1000Base-X 1000Base-SX 1000Base-LX

12、 1000Base-CX1000Base-T26千兆以太网的实现模型千兆以太网的实现模型l千兆以太网的物理层：物理编码子层（PCS） 实现数据编解码物理介质附属子层（PMA） 实现编码组信息和码流信息之间的转换物理介质相关子层（PMD） 实现码流信息与物理信号之间的转换千兆介质非相关接口（GMII） 实现介质相关于介质非相关的隔离介质相关接口（MDI）27千兆以太网的编码千兆以太网的编码l千兆以太网中采用了两种不同的编码：1000Base-X：8B/10B1000Base-T：4D-PAM5以太网技术编码算法时钟频率线对速率线对数量1000Base-X8B/10B1250M1000M11000

13、Base-T4D-PAM5125M250M+250M428以太网技术标准以太网技术标准l标准以太网标准以太网l快速以太网快速以太网l千兆以太网千兆以太网l万兆以太网万兆以太网29万兆以太网万兆以太网l万兆以太网除了在速率上有了进一步提高，同时还为了兼容广域网的连接而产生了新的技术应用：10GBase-R 专用光纤传输，同千兆以太网10GBase-W 采用SDH/SONET作为传输10GBase-X 采用WDM技术传输30万兆以太网的实现模型万兆以太网的实现模型l万兆以太网的物理层：物理编码子层（PCS） 实现数据编解码WAN接口子层（WIS） 实现PCS编码信息在SDH/SONET上传输封装物

14、理介质附属子层（PMA） 实现编码组信息和码流信息之间的转换物理介质相关子层（PMD） 实现码流信息与物理信号之间的转换万兆介质非相关接口（XGMII） 实现介质相关于介质非相关的隔离介质相关接口（MDI）31万兆以太网的万兆以太网的XGMII、XGXS和和XAUIl万兆以太网的XGMII数据传输采用并行传输的方式 32个数据通道和4个控制通道（Channel） 每8个数据通道和1个控制通道组成一个大的通路（LANE）传输距离小（最大7厘米）l万兆以太网的XGXS扩展XGMII的传输距离将高速率数据转换为低速率数据l万兆以太网的XAUI扩展XGMII的传输距离（最大50厘米）连接XGXS子层8

15、B/10B编码传输32万兆以太网的万兆以太网的PCS和和PMAl10GBase-X的PCS和PMAPCS完成XGMII的并行数据到PMA的并行数据转换 XGMII传输数据32Bit宽 PMA接收数据10Bit宽 采用8B/10B的编码算法l10GBase-R&10GBase-W的PCS和PMAPCS完成XGMII的并行数据到PMA的并行数据转换 XGMII传输数据32Bit宽 PMA接收数据16Bit宽 采用64B/66B的编码算法3364B/66B编码编码l64B/66B编码将两个32Bit宽的数据块合并构成64Bit数据块扰码计算，防止长时间高电平或低电平增加同步标志域2Bit 数

16、据信息块：01 控制信息块：10速率匹配16Bit宽数据流34万兆以太网的万兆以太网的WIS和和PMDl万兆以太网的WIS专门完成PCS编码产生的码元信息在SONET/SDH传输通道中的传输封装 WIS采用SONET的VC4-64c 通道传输数据VC4-64c 的传输速率为：9.95328Gbps SONET的段开销和通道开销降低了净负荷WIS的传输速率为：9.58464Gbps l万兆以太网的PMD10GBase-R PMD：64B/66B编码组10GBase-W PMD ： 64B/66B编码组10Gbase-LX4 PMD ：8B/10B编码组35课程内容课程内容第一章第一章 以太网技术

17、的简要回顾以太网技术的简要回顾第二章第二章 以太网发展简史以太网发展简史第三章第三章 以太网技术标准以太网技术标准第四章第四章 以太网交换结构以太网交换结构36以太网交换结构以太网交换结构l以太网交换结构的发展：总线 无交换，共处同一冲突域总线交换 不同的冲突域共享一个总线资源进行数据交换共享内存交换 不同的冲突域共享内存资源采用读写操作完成数据交换CrossBar交换 不同冲突域两两之间独享资源进行数据交换37总线交换总线交换l总线交换是最原始的交换结构所有冲突域共享同一总线资源完成数据交换总线资源有限交换能力受限于总线资源最大交换容量：小于10G38共享内存交换共享内存交换l共享内存交换实际上也是总线交换的一种共享资源为内存采取读写操作完成交换高速内存的发展提高了交换容量：小于100G读写操作的延迟限制了交换能力的提升。39CrossBar交换交换lCrossBar交换是目前最为先进的交换结构。通过矩阵结构实现两两之间任意连接两两之间独立交换，不受任何其它端口影响快速的矩阵开关控制实现高速交换速率高达T