高速以太网技术

高速以太网技术自七十年代早期Xerox公司出现以来，以太网已经成为主要的网络协议。截至目前，在所有网络协议中，以太网拥有最多的安装端口，并提供相对于令牌环网、光纤分布式数据接口(FDDI)和ATM桌面连接的最大成本性能。快速以太网将以太网的速度从每秒10MB增加到100MB(Mbps)甚至1000(Mbps)，为主干网和服务器连接提供了一个简单、成本有效的选项。高速以太网技术第2页,共28页，2024年2月25日，星期天

1992年IEEE重新召集了802.3委员会，指示他们制订一个快速的LAN。802.3委员会决定保持802.3原状，只是提高其速率，IEEE在1995年6月正式采纳了其成果802.3u。从技术角度上讲，802.3u并不是一种新的标准，只是对现存802.3标准的追加，习惯上称为快速以太网。

其基本思想很简单：保留所有的旧的分组格式，接口以及程序规则，只是将位时从100ns减少到10ns，并且所有的快速以太网系统均使用集线器，不再使用带有刺入式分接头或BNC连接头的多点电缆。高速以太网技术第3页,共28页，2024年2月25日，星期天100BASE-T快速以太网100BASE-T快速以太网是由10BASE-T以太网标准发展而来的，保留了以太网的观念，网络速度提高了十倍。100BASE-T标准为IEEE802.3u。备注：它仍然采用IEEE802.3CSMA/CD的媒体访问协议层，并且同样采用星型拓扑结构，不需对工作站的以太网卡上执行的软件和上层协议做任何修改，就可使局域网上的10BASE-T和100BASE-T站点间互相通信，不需要任何协议转换。对于原来用5类双绞线连接的网络，只要更换网卡和集线器，就可平滑地由10BASE-T升级到100BASE-T。但100BASE-T网络不支持同轴电缆。第4页,共28页，2024年2月25日，星期天

100BASE-T标准在最大程度上保持了IEEE802.3标准的完整性，而且保留了核心以太网的细节规范。

虽然100BASE-T仍采用常规10Mbps以太网的CSMA/CD媒体访问控制方法，但其性能是10BADE-T的10倍，而价格仅为其一半。

100BASE-T的MAC与10BASE-T的MAC相比，除了帧际间隙缩短到原来的1/10外，两者的帧格式及参数完全相同。100BASE-T的MAC出可以运行于不同的速率，并能与不同的物理层接口。这样，原先10Mbps以太网上运行的软件不加任何修改即可在快速以太网上运行，原先的协议分析和管理工具也可轻易地被继承。1.100BASE-T媒体访问控制方法第5页,共28页，2024年2月25日，星期天1.100BASE-TX

100BASE-TX的通信介质是5类UTP或5类STP双绞线。采用5类UTP线时，RJ-45接口与10BASE-T中的连接方法一样，占用其中的2对绞线（即1-2、3-6两对），RJ-45的插头和插座必须也是5类的，否则达不到传输要求。100BASE-TX采用两对链路，其中一对用于发送，另一对用于接收，每对链路实现单方向的100Mbps数据速率。第6页,共28页，2024年2月25日，星期天提速措施：1.减小传输距离；2.增加结点间的连线；3.采用4B/5B编码。10Base-T升级到100Base-T：1.换hub；2.换网卡；3.换传输媒体。优点：1.与10Base-T网络连接时，不需帧转换；2.不需要协议转换；3.价格便宜。缺点：传输距离有限第7页,共28页，2024年2月25日，星期天3.100BASE-FX100BASE-FX的通信介质采用两芯62.5/125微米的光纤。传输距离远远大于UTP线路，用于连接主干和跨楼宇间的连接。100BASE-TX和100BASE-FX都使用高效4B/5BNRXI编码。NRZI为差分不归零制编码，这种编码与常规的不归零制（NRZ）编码的区别在于每个“1”码开始处都有跳变、每个“0”码开始处没有跳变。在NRZI编码中的，信号通过相邻码元极性的跳变来解码，而不是简单地绝对电平为准，由此可获得更高的抗干扰能力。第8页,共28页，2024年2月25日，星期天交换式局域网

传统的共享LAN都是局限于许多站点共享一个公共通信介质的访问。缺点：分到的带宽少。解决途径：网络区段化，每个网段上只有两个站点时，不存在碰撞和竞争。第9页,共28页，2024年2月25日，星期天全双工交换式局域网在广域网上的连接通常是全双工的，但以前局域网一直工作在半双工方式下。原因：在总线方式下采用CSMA/CD协议，如果两台工作站同时发送就会产生碰撞，所以只能是半双工方式。第10页,共28页，2024年2月25日，星期天所谓全双工FDX（Full-Duplex）是在一个连接上同时进行数据的接收和发送。在10Base-T的局域网中，虽然使用两对双绞线与集线器相连，一对用于发送，另一对用于接收，但根据10Base-T规定，在发送时必须在接收电缆上“监听”碰撞信号，而不能接收数据，所以也作为半双工方式工作。第11页,共28页，2024年2月25日，星期天（a）交换机全双工工作方式（b）共享HUB半双工工作方式，只有采用交换器连接网络时才能使用全双工通信，交换器的每个端口只连接一个站点，不会产生碰撞，也就不用在发送时用接收电缆监听碰撞信号。第12页,共28页，2024年2月25日，星期天随着多媒体技术,网络分布计算,桌面视频会议等应用的不断发展,用户对局域网的带宽提出了更高的要求;同时,100M快速以太网也要求主干网,服务器一级有更高的带宽.另外,由于以太网的简单,易用,廉价及应用的广泛性,人们有迫切要求高网速技术与现有的以太网保持最大的兼容性.千兆以太网技术就是在这种需求背景下开始酝酿的.1996年3月成立的IEEE802.3Z工作组，专门负责千兆以太网的研究，并制定相应标准。

千兆位（Gigabit）以太网第13页,共28页，2024年2月25日，星期天千兆位（Gigabit）以太网千兆以太网使用原有以太网的帧结构、帧长及CSMA/CD协议，只是在低层将数据速率提高到了1Gbps。因此，它与标准以太网（10Mbps）及快速以太网（100Mbps）兼容。用户能在保留原有操作系统、协议结构、应用程序及网络管理平台与工具的同时、通过简单的修改，使现有的网络工作站廉价地升级到千兆位速率。第14页,共28页，2024年2月25日，星期天

GigabitEthernet(千兆位以太网或吉比特以太网)构筑于以太网协议之上。该协议在1998年6月实现标准化，有可能成为高速局域网主干和服务器连接领域的一种主要协议。由于千兆位以太网明显借助于以太网，因此客户能够利用他们现有的知识基础来管理和维护千兆位网络千兆位（Gigabit）以太网第15页,共28页，2024年2月25日，星期天千兆位（Gigabit）以太网该技术采用IEEE802.3帧格式，CSMA/CD访问控制技术，通信介质采用100MSTP屏蔽双绞线（1000BASECX），传输距离25m；5类UTP（1000BASE-T）距离100m；5类UTP（1000BASESX）距离500m；多模光纤（1000BASELX）可达3km。单模光纤以适应日益增多的用户业务对带宽的需求，在局域网组网技术上形成与ATM竞争的格局。第16页,共28页，2024年2月25日，星期天提速措施：将比特发送时间从100ns减到1ns；ns毫微秒(时间单位等于1秒的10亿分之一)2.传输媒体采用光纤或短距离双绞线；3.改变编码技术。第17页,共28页，2024年2月25日，星期天

千兆以太网的链路层协议、最大和最小的帧长度和帧格式与传统的以太网相类似。千兆以太网还利用CSMA/CD。在协议上增加一些新的特性，以解决在高速环境里与标准的以太网帧结构相一致的物理特性问题，第18页,共28页，2024年2月25日，星期天

千兆以太网有全双工和半双工两种工作方式。半双工千兆以太网转发器所起的作用与传统的共享媒体连接方式相似，它采用CSMA/CD在用户之间执行存取判优。全双工千兆以太网由所有的交换机和一些转发器提供支持。第19页,共28页，2024年2月25日，星期天实现千兆以太网最通用的办法是采用三层设计。最下面的一层由10Mbps以太网交换机加100Mbps上行链路组成，第二层由100Mbps以太网交换机加千兆以太网上行链路组成，最高层由千兆交换机或ATM交换机组成.第20页,共28页，2024年2月25日，星期天一方面为了保持从标准以太网、快速以太网到千兆以太网的平滑过渡，另一方面又要兼顾新的应用核心的数据类型，在千兆以太网的研究过程中注意以下特点：

⑴.简易性：千兆以太网保持了经典以太网的技术原理、安装实施和管理维护的简易性，这是千兆以太网成功的基础之一。

⑵.技术过渡的平滑性：千兆以太网保持了经典以太网的主要技术特征，采用CSMA/CD媒体管理协议，采用相同的帧格式及帧的大小，支持全双工、半双工工作方式，以确保平滑过渡。千兆以太网的特点第21页,共28页，2024年2月25日，星期天⑶.网络可靠性:采用中央集线器和交换机的星形结构和结构化布线方法，以确保千兆以太网的可靠性。

⑷.可管理性和可维护性：采用简易网络管理协议(SNMP),即经典以太网的故障查找和排除工具，以确保千兆以太网的可管理性和可维护性。

⑸.网络成本包括设备成本、通信成本、管理成本、维护成本及故障排除成本。由于继承了经典以太网的技术，使千兆以太网的整体成本下降。

⑹.支持新应用与新数据类型千兆以太网的特点第22页,共28页，2024年2月25日，星期天

千兆以太网最初的应用将是在路由器、交换机、集线器、中继器和服务器之间需要高带宽的校园或建筑物。下面举出几种升级方式的例子。升级到千兆以太网第23页,共28页，2024年2月25日，星期天升级到千兆以太网（1）(1)升级交换机到交换机的连接

这是很直接的升级方案，将快速以太网交换机或中继器之间的100Mbps连接升级或100/1000交换机之间的1000Mbps连接，从而可支持更多的交换和共享快速以太网段。第24页,共28页，2024年2月25日，星期天升级到千兆以太网（2）(2)升级交换机到服务器的连接

最简单的升级方案，将快速以太网交换机升级成千兆以太网交换机，与安装了千兆以太网卡的高性能服务器组与1000Mbps的高速率相连，提供对应用和文件服务的高速访问能力。图a为升级前，图b为升级后。第25页,共28页，2024年2月25日，星