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以太网基础基础 安腾网络2005 05 目录 一 LAN技术简介二 10M以太网三 100M以太网四 千兆以太网和万兆以太网五 自动协商六 流量控制七 交换机网络的体系结构 传统局域网定义和拓扑结构 传统局域网的定义 直径不超过几公里总数据传输速率不低于Mbps为一单位所有几乎所有的局域网都是基于广播信道的网络典型的拓扑结构 总线型环形网树型网星型网网状网 主要的局域网技术 以太网技术 CSMA CD 令牌总线 TokenBus 令牌环 TokenRing 分布式光纤队列双总线 FDDI 无线局域网 WLAN 以太网技术因为简单 经济 在LAN技术的竞争中胜出得到了迅速的发展 广播信道的特点 广播信道网络即共享媒质网络广播信道的特点 网络中所有工作站共享网络的传输资源 由于共享媒体的网络存在着竞争 即 多个工作站同时占用网络资源引起的冲突 冲突导致的结果 每个竞争者通信失败 必须重传浪费网络资源 导致网络吞吐率下降 MAC协议 CSMA CD CSAM CD CarrierSenseMultipleAccess CollissionDetection 意为载波侦听多路访问 冲突检测 是802 3解决信道竞争的方法 工作站在发送数据时 首先要监听信道 如果信道忙 直至信道空闲再发送数据 如果多个站点同时发送数据就可能产生冲突 一旦发生冲突就立刻停止发送 并等待冲突平息 再进行CSMA CD 直到数据成功发送为止 1 坚持CSMA 一直侦听信道 发现空闲时就立刻发送数据 一旦发现信道空闲其发送数据的概率为1 非坚持CSMA 侦听到信道忙后 不再继续侦听正在发送的信息何时结束 而是等待一个随机时间 再重复CSMA P 坚持CSMA 侦听到信道空闲时以概率P 1 发送 而以概率q 1 p把发送推迟一个timeslot发送 下一个tiemslot依然空闲的话 按同样的规律进行发送 此过程重复下去 直到该帧要么发出 要么其它站点开始发送 冲突后的时间策略一般用二进制回退算法 以太网的历史 1973年 Xerox公司提出了最初的以太网技术 原型运行速度为2 94Mb s 但是该技术没有成功商用 1979年 Xerox Intel DEC公司 DIX 联合致力于以太网技术的标准化 商品化 1980年发布了10Mb s以太网标准 DIX80 该以太网运行于粗同轴电缆上 在DIX工作的同时 IEEE推出了802计划 其目的是为LAN技术标准化提供广泛的工业框架 这个计划的初衷是将LAN统一到一种技术上 后分为多个工作组进行各种以太网技术的开发 以太网经过20年的发展 先后经历了10Mb s 100Mb s 1Gb s 10Gb s IEEE802组织 IEEE802 3工作组负责有关CSMA CD的LAN标准的研究和制订 即以太网技术的研究工作 因此大家可以看到所有关于以太网技术的标准都是以IEEE802为开头命令的 IETF是另外一个重要的国际标准化组织 负责IP网络的标准制订工作 IEEE802 3的发展 1982年 1990年 10M以太网技术发展成熟 先后采用了粗同轴 细同轴 双绞线作为介质 商用化日益成熟 于1990年发布了10Base T标准 1983年 1997年 LAN交换 桥接技术 DEC公司在80年代初发明了透明网 KALPANA公司1991年开发了以太网交换机 IEEE1997年发布了全双工标准 1992年 1997年 快速以太网技术发展阶段 DIX以太网技术15年后首次提速 1996年千兆以太网提出 IEEE于1998年通过千兆以太网标准 2000年万兆以太网提出 IEEE于2004年通过万兆以太网标准 以太网在LAN技术中胜出 其它LAN技术的失败 如IBM公司的TokenRing技术曾经占领了LAN市场的20 25 但是现在基本看不到在实际中的应用了 以太网技术胜出的原因 简单 没有优先级控制和令牌控制算法 硬件开销不到3000个等价门元件 不需要中央控制站 适应了PC时代 成本低廉 支持厂家众多 DIX没有版权现状 Xerox放权了对以太网技术的专利权 商品化工作非常成熟 解决了设计 安装 维护等许多难题 IEEE802 3标准 以太网技术命名方法 以太网技术命名包含3个部分 N 信号 物理介质N 信号速率 如10 100 1G 10G等信号 Base为基带 Broad为宽带 物理介质 如UTP STP 光纤等10Base5和10Base2是旧的表示方法 分别表示粗缆以太网技术和细缆以太网技术 双工技术的基本概念 半双工 多个站点共享媒质 采用CSMA CD协议进行媒体访问控制 组网时要遵循5 4 3原则 日常生活中半双工的工作方式如对讲机的应用 全双工 两个站点可以通过点对点的专用信道进行同时的双向通信 它必须基本以下条件 物理媒质支持同时双向传输 物理媒质能力 两个站点具备电对点的专用链路 网络能力 两个站点同时具备同时双向传输能力 终端能力 双工工作方式示意图 半双工对传输距离的限制 半双工模式采用CSMA CD信道控制算法 为了保证发送过程中如果发生冲突 所有正在工作的站点都知道冲突 必须保证 最小帧长 最大往返传输时延 附加时延 所以半双工时帧长和最大往返时延有密切关系 必须让发送站结束发送前得知冲突 半双工模式帧长和时延之间关系示意图 全双工的优势 全双工可以增加链路容量 全双工不使用CSMA CD算法 组网不再收到5 4 3原则的限制 全双工的传输距离一般只受媒质的传送能力限制 双绞线 100m多模光纤 2000m单模光纤 10 100KM 以太网端口流控的概念 为了防止设备对接时发送方发送报文的流量超过接受方的报文处理能力 而导致网络阻塞的出现 对以太网端口全双工和半双工模式下流量控制方法 半双工模式下 BackPressure 双工模式下 802 3X目前市场上销售的以太网交换机一般都具备流控功能 流控功能的测试都是借助于测试仪表来进行验证 如Smartbits IXIA等 以太网设备对接时端口工作模式 自动协商模式 对端口工作速率 双工方式 流控方式自动根据对方端口情况进行调整 需要注意的是不同厂家设备端口对接时不一定成功 这是因为不同厂家的产品对协议的理解可能存在偏差 强制工作模式 对端口工作速率 双工方式 流控方式人工进行干预 网络设备的光接口的工作速率不能强制 并且都工作在双工模式下不可调节