以太网简要教程.doc

以太网简要教程一、概述通常我们所说的以太网主要是指以下三种不同的局域网技术：以太网/IEEE 802.3采用同轴电缆作为网络媒体，传输速率达到10Mbps； 100Mbps以太网又称为快速以太网，采用双绞线作为网络媒体，传输速率达到100Mbps；1000Mbps以太网又称为千兆以太网，采用光缆或双绞线作为网络媒体，传输速率达到1000Mbps（1Gbps）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。虽然其它网络技术也曾经被认为可以取代以太网的地位，但是绝大多数的网络管理人员仍然把将以太网作为首选的网络解决方案。为了使以太网更加完善，解决所面临的各种问题和局限，一些业界主导厂商和标准制定组织不断的对以太网规范做出修订和改进。也许，有的人会认为以太网的扩展性能相对较差，但是以太网所采用的传输机制仍然是目前网络数据传输的重要基础。二、以太网工作原理以太网是由Xeros公司开发的一种基带局域网技术，使用同轴电缆作为网络媒体，采用载波多路访问和碰撞检测（CSMA/CD）机制，数据传输速率达到10Mbps。虽然以太网是由Xeros公司早在70年代最先研制成功，但是如今以太网一词更多的被用来指各种采用CSMA/CD技术的局域网。以太网被设计用来满足非持续性网络数据传输的需要，而IEEE802.3规范则是基于最初的以太网技术于1980年制定。以太网版本2.0由Digital Equipment Corporation、Intel、和Xeros三家公司联合开发，与IEEE 802.3规范相互兼容。太网结构示意图如下：以太网/IEEE 802.3通常使用专门的网络接口卡或通过系统主电路板上的电路实现。以太网使用收发器与网络媒体进行连接。收发器可以完成多种物理层功能，其中包括对网络碰撞进行检测。收发器可以作为独立的设备通过电缆与终端站连接，也可以直接被集成到终端站的网卡当中。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。通过查看包含在帧中的目标地址，确定是否进行接收或放弃。如果证明数据确实是发给自己的，工作站将会接收数据并传递给高层协议进行处理。以太网采用CSMA/CD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投放到网络当中。否则，工作站只能等待网络下一次出现空闲的时候再进行数据的发送。作为一种基于竞争机制的网络环境，以太网允许任何一台网络设备在网络空闲时发送信息。因为没有任何集中式的管理措施，所以非常有可能出现多台工作站同时检测到网络处于空闲状态，进而同时向网络发送数据的情况。这时，发出的信息会相互碰撞而导致损坏。工作站必须等待一段时间之后，重新发送数据。补偿算法用来决定发生碰撞后，工作站应当在何时重新发送数据帧。三、以太网与IEEE 802.3的区别虽然以太网和IEEE 802.3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区别。以太网所提供的服务主要对应于OSI参考模型的第一和第二层，即物理层和逻辑链路层；而IEEE 802.3则主要是对物理层和逻辑链路层的通道访问部分进行了规定。此外，IEEE 802.3没有定义任何逻辑链路控制协议，但是指定了多种不同的物理层，而以太网只提供了一种物理层协议。 以太网和IEEE 802.3与OSI参照模型的对应关系如下：每一种IEEE 802.3物理层规范的名称都是由三部分组成，概括了协议的主要特性，分别代表局域网的速度，信号方法，和物理媒体类型。具体协议命名机制如下图所示：我们在下表中对以太网和IEEE 802.3之间的区别以及不同IEEE 802.3物理层协议之间的区别进行了总结和对比，提供给大家参考。四、以太网/IEEE 802.3帧的结构下图所示为以太网/IEEE 802.3帧的基本组成。如图所示，以太网和IEEE 802.3帧的基本结构如下：前导码：由0、1间隔代码组成，可以通知目标站作好接收准备。IEEE 802.3帧的前导码占用7个字节，紧随其后的是长度为1个字节的帧首定界符（SOF）。以太网帧把SOF包含在了前导码当中，因此，前导码的长度扩大为8个字节。帧首定界符（SOF）：IEEE 802.3帧中的定界字节，以两个连续的代码1结尾，表示一帧实际开始。目标和源地址：表示发送和接收帧的工作站的地址，各占据6个字节。其中，目标地址可以是单址，也可以是多点传送或广播地址。类型（以太网）：占用2个字节，指定接收数据的高层协议。长度（IEEE 802.3）：表示紧随其后的以字节为单位的数据段的长度。数据（以太网）：在经过物理层和逻辑链路层的处理之后，包含在帧中的数据将被传递给在类型段中指定的高层协议。虽然以太网版本2中并没有明确作出补齐规定，但是以太网帧中数据段的长度最小应当不低于46个字节。数据（IEEE 802.3）：IEEE 802.3帧在数据段中对接收数据的上层协议进行规定。如果数据段长度过小，使帧的总长度无法达到64个字节的最小值，那么相应软件将会自动填充数据段，以确保整个帧的长度不低于64个字节。帧校验序列（FSC）：该序列包含长度为4个字节的循环冗余校验值（CRC），由发送设备计算产生，在接收方被重新计算以确定帧在传送过程中是否被损坏。从10M、100M、千兆到万兆以太网，以太网技术的发展，在速率呈数量级增长的同时，其应用领域也在不断拓宽。而不同应用领域各自的应用需求，又促进了在这些领域内以太网技术的个性化发展。与此同时，以太网的网络处理器芯片技术和测试手段也在发展和成熟之中。千兆以太网简要教程一、概述千兆以太网是对IEEE 802.3以太网标准的扩展，在基于以太网协议的基础之上，将快速以太网的传输速率（100Mbps）提高了10倍，达到了1 Gbps。因为千兆以太网是以太网技术的改进和提高，所以在以太网和千兆以太网之间可以实现平滑升级。对于网络管理人员来说，也不需要再接受新的培训，凭借可以已经掌握的以太网的网络知识，完全可以对千兆以太网进行管理和维护。从这一意义上来说，千兆以太网技术可以大大节省网络升级所需要的各种开销。二、千兆以太网协议架构为了能够把网络速度从原先的100Mbps提升到1Gbps，需要对物理接口进行一些改动。为了确保与以太网技术的向后兼容性，千兆以太网遵循了以太网对数据链路层以上部分的规定。在数据链路层以下，千兆以太网融合了IEEE 802.3/以太网和ANSI X3T11光纤通道两种不同的网络技术，实现了速度上飞跃。下图所示为三者之间的构成关系。这样，千兆以太网不但能够充分利用光纤通道所提供的高速物理接口技术，而且保留了IEEE 802.3/以太网帧的格式，在技术上可以相互兼容性，同时还能够支持全双工或半双工模式（通过CSMA/CD）。电气和电子工程师协会（IEEE）将千兆以太网技术作为IEEE 802.3z标准公布，其架构模型如下：三、物理层千兆以太网物理层包括编码/译码，收发器和网络介质三个主要模块，其中不同的收发器对应于不同的网络介质类型，包括长模或多模光纤（也被称为1000BaseLX），短波多模光纤（也被称为1000BaseSX），1000BaseCX（一种高质量的平衡双绞线对的屏蔽铜缆），以及5类非屏蔽双绞线（也被称为1000BaseT）。IEEE 802.3z标准提供了两种不同的编码/译码机制。其中，8B/10B主要适用于光纤介质和特殊屏蔽铜缆，而5类UTP则使用自己专门的编码/译码方案。四、1000BaseLX1000BaseLX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1270-1355nm（一般为1300nm）的激光传输器，既可以驱动多模光纤，也可以驱动单模光纤。1000BaseLX所使用的光纤规格如下：62.5微米多模光纤50微米多模光纤9微米单模光纤其中，使用多模光纤时，在全双工模式下，最长传输距离可以达到550米；使用单模光纤时，全双工模式下的最长有效距离为5米。连接光纤所使用的SC型光纤连接器与快速以太网100BASEFX所使用的连接器的型号相同。六、1000BaseSX1000BaseSX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770-860nm（一般为800nm）的激光传输器不支持单模光纤，只能驱动多模光纤。具体包括以下两种：62.5微米多模光纤50微米多模光纤使用62.5微米多模光纤全双工模式下的最长传输距离为275米；使用50微米多模光纤，全双工模式下最长有效距离为550米。1000BaseSX所使用的光纤连接器与1000BaseLX一样也是SC型连接器。七、1000BaseCX1000BaseCX是使用铜缆作为网络介质的两种千兆以太网技术之一，另外一种就是我们将要在后面介绍的1000BaseT。1000BaseT使用的一种特殊规格的高质量平衡双绞线对的屏蔽铜缆，最长有效距离为25米，使用9芯D型连接器连接电缆。1000BaseCX适用于交换机之间的短距离连接，尤其适合千兆主干交换机和主服务器之间的短距离连接。以上连接往往可以在机房配线架上以跨线方式实现，不需要再使用长距离的铜缆或光缆。 八、1000BaseT1000BaseT是一种使用5类UTP作为网络传输介质的千兆以太网技术，最长有效距离与100BASETX一样可以达到100米。用户可以采用这种技术在原有的快速以太网系统中实现从100Mbps到1000Mbps的平滑升级。与我们在前面所介绍的其它三种网络介质不同，1000BaseT不支持8B/10B编码/译码方案，需要采用专门的更加先进的编码/译码机制。 九、流量控制千兆以太网允许在两台工作站之间基于点对点链路建立流量控制机制。当一端接收信息的工作站出现网络拥塞时，可以向位于另一端的信息发送方发出一个被称为暂停帧的特殊控制帧，指示发送方在指定的时间段内暂停发送数据。当网络恢复正常之后，接收方会向发送方发出重新传递数据的指令。流量控制机制的示意图如下：流量控制机制可以有效的在信息发送方和接收方之间实现数据收发速度上的匹配。例如，一台服务器可以在每秒钟内向客户端传送3000个数据包。但是位于客户端的工作站可能由于系统本身或网络的负载过大而无法以相同的速率接收服务器发出的信息。这时，客户端工作站可以发出暂停指令帧要求服务器等待一段时间之后再重新进行数据的传送。 “以太网技术大全”是以太网相关技术集大成者，包括如下内容：光纤以太网、无线局域网、端到端的以太网、多层交换与负载均衡、网络处理器、运营商级宽带技术、以太网安全、以太网测试以及基于以太网的IP存储等等。 技术的发展总是与某一历史时段特定的应用需求密切相关，以太网技术的发展亦如此。而且，以太网技术的发展向来超前，从未滞后。 以太网安全 以太网的安全技术一般可以分为访问控制、认证、加密，对交换机管理的安全保护和一些附加的功能。访问控制 VLAN这是最传统的以太网安全技术，它通过分割多个广播域，在2层VLAN之间无法互访，VLAN之间的访问需通过三层，可以用更为多样的手段进行过滤和控制，避免一些潜在的安全隐患。 端口隔离很多厂商的交换机上都支持这一功能，实际上可以理解为VLAN技术的一种扩展，很多交换机把每个端口设为一个VLAN，端口之间在2层不能进行互访。 MAC地址过滤很多交换机提供了对MAC地址