第5章：快速以太网分解

1、计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院第五章第五章 介质访问控制子层介质访问控制子层1复习上次课内容复习上次课内容 1、LAN介质访问控制方法有哪些？介质访问控制方法有哪些？ 共享式共享式:CSMA/CD、Token Bus、 Token Ring 交换式交换式:基于硬件、并发连接、同时有多对结点进行基于硬件、并发连接、同时有多对结点进行通信。通信。 2、LAN分类分类 共享介质局域网共享介质局域网 以太网以太网CSMA/CD（ 10Mb/s、100Mb/s、 1Gb/s） 令牌总线令牌总线 令牌环（令牌环（FDDI、FDDI-II） 交换局域网交换局域网 交换以太网交换以太网 ATM局域网

2、局域网虚拟局域网虚拟局域网VLAN计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院第五章第五章 介质访问控制子层介质访问控制子层2复习上次课内容复习上次课内容 3、LAN发展过程中，高速局域网的研究发展过程中，高速局域网的研究方法或者发展方式有哪些？方法或者发展方式有哪些？ 方案一方案一 提高提高Ethernet的数据传输速率：的数据传输速率： 10Mb/s100Mb/s 1Gb/s 10Gb/s ； 方案二方案二 将一个大型局域网划分成多个用网桥或路由器互将一个大型局域网划分成多个用网桥或路由器互连的子网，减少连的子网，减少N节点数，间接提高用户带宽。节点数，间接提高用户带宽。 方案三方案三 将将“

3、共享介质方式共享介质方式”改为改为“交换方式交换方式”计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院第五章第五章 介质访问控制子层介质访问控制子层35.4.3 快速以太网快速以太网(100Base-T) FastEthernetFastEthernet局域网标准由局域网标准由IEEE802.3IEEE802.3工作组于工作组于19951995年年完成，并正式命名为完成，并正式命名为100Base-T100Base-T。 FastEthernetFastEthernet在传统以太网基础上发展起来的在传统以太网基础上发展起来的保持相同的以太网帧格式保持相同的以太网帧格式保留了用于以太网的保留了用于以太网

4、的CSMA/CDCSMA/CD介质访问控制方式介质访问控制方式相同的组网方法相同的组网方法 由于快速以太网的速率比普通以太网提高了由于快速以太网的速率比普通以太网提高了1010倍，所以倍，所以快速以太快速以太网中的桥接器、路由器和交换机都与普通以太网不同网中的桥接器、路由器和交换机都与普通以太网不同，它们具有，它们具有更快的速度和更小的延时。更快的速度和更小的延时。 FastEthernetFastEthernet的传输速率比普通的传输速率比普通EthernetEthernet快快1010倍，数据倍，数据传输速率达到了传输速率达到了100100Mbps,Mbps,每个比特的发送时间由每个比特的

5、发送时间由100100nsns降低到了降低到了1010nsns。 1s=?ns 1s=103ms=106us=109ns=1012ps 计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院第五章第五章 介质访问控制子层介质访问控制子层4100Base-T标准(IEEE802.3u) 快速以太网快速以太网100BaseT标准标准(IEEE802.3u标准标准)的主要内容的主要内容如下：（如下：（ 10BaseT:802.3i ） 速率：速率：100Base-T以以10倍速度使用以太网倍速度使用以太网MAC协议。协议。 物理层：物理层：100Base-T标准现有标准现有三个不三个不 同的同的100Base-T

6、物理层规范物理层规范，其，其中两个物理层规范支持长度为中两个物理层规范支持长度为100M的双绞线的双绞线(100BASE-TX、100BASE-T4)，另一个规范支持单模或多模光缆（，另一个规范支持单模或多模光缆（100BASE-FX）。）。 结构：结构：100BaseT采用中心集线器的星型布线结构。采用中心集线器的星型布线结构。 接口：接口：100BaseT包括包括介质无关接口介质无关接口（MII）规范。）规范。MII 层是层是MAC和物理层之间的接口和物理层之间的接口，将，将MAC子层和物理层分隔开来，并允许外子层和物理层分隔开来，并允许外接收发器。接收发器。100Base-T MAC子层

7、子层 100Base-T的介质访问控制协议为的介质访问控制协议为CSMA/CD，传输速度为，传输速度为100Mbps，每位信息的传输时间为每位信息的传输时间为10ns，两帧间的最小距离为，两帧间的最小距离为0.96ns，时隙间，时隙间隔隔512bit，JAM(检测到冲突时发的信息检测到冲突时发的信息)长度为长度为32bit，最小帧长为，最小帧长为64个字节，最大帧长为个字节，最大帧长为1518个字节，源目的地址长度均为个字节，源目的地址长度均为6字节。字节。计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院第五章第五章 介质访问控制子层介质访问控制子层5 Fast Ethernet的协议结构 计算机科学

8、与工程学院计算机科学与工程学院第五章第五章 介质访问控制子层介质访问控制子层6802.3u：100 BASE-T的的3种物理层标准种物理层标准100 BASE-TX 支持支持2对对5类非屏蔽双绞线类非屏蔽双绞线UTP或或STP 全双工工作，采用全双工工作，采用4B/5B编码编码 以以100Mbps的速率发送与接收数据的速率发送与接收数据 从结点到集线器的距离最多从结点到集线器的距离最多100m100 BASE-T4 100 BASE-T4支持支持4对对3、4、5类非屏蔽双绞线类非屏蔽双绞线UTP 其中其中3对用于数据传输，对用于数据传输，1对用于冲突检测。对用于冲突检测。 非全双工工作，非全双

9、工工作，8B/6T编码编码100 BASE-FX 支持支持2芯的芯的多模或单模光纤多模或单模光纤 从结点到集线器的距离可以达到从结点到集线器的距离可以达到2km 全双工工作全双工工作 ，采用采用4B/5B编码编码计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院第五章第五章 介质访问控制子层介质访问控制子层7各各100Base-T 的的PHY比较比较1990计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院第五章第五章 介质访问控制子层介质访问控制子层8100BASE-T与与10BASE-T的比较的比较计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院第五章第五章 介质访问控制子层介质访问控制子层9快速以太网的改进快速以太

10、网的改进 用用MII取代取代AUI MII (Medium Independent Interface,介质无关接口），介质无关接口），是指不用考虑媒体是铜轴、光纤、电缆等，这些媒体是指不用考虑媒体是铜轴、光纤、电缆等，这些媒体处理的相关工作都由处理的相关工作都由PHY或者叫做或者叫做MAC的芯片完成。的芯片完成。 减弱了减弱了MAC层对物理层介质的要求层对物理层介质的要求 MII不再采用不再采用AUI的串行接口规范，而的串行接口规范，而提供提供4位并行的位并行的数据通路，即是用数据通路，即是用4 根线来传输数据根线来传输数据。 用用简单不归零码简单不归零码代替代替曼彻斯特编码曼彻斯特编码 定

11、义了新型中继器规范，减少了中继器处理延迟。定义了新型中继器规范，减少了中继器处理延迟。 用用全双工全双工方式取代方式取代半双工半双工，消除了传播延迟限制，消除了传播延迟限制，从而支持更大的网络直径。从而支持更大的网络直径。 可管理性得到增强可管理性得到增强(SNMP)(SNMP)。 计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院第五章第五章 介质访问控制子层介质访问控制子层10快速以太网组网实例快速以太网组网实例 网卡网卡(外置或内置收发器外置或内置收发器)、收发器、收发器(外置外置)与收发器电缆与收发器电缆 集线器（双绞线或光纤接口）集线器（双绞线或光纤接口） 双绞线及光缆双绞线及光缆计算机科学与

12、工程学院计算机科学与工程学院补充：补充：ATM网网 ATM(asynchronous transfer mode，异步传输模式，异步传输模式)，始于，始于20世纪世纪70年代后期。是一种较新型的信元交换年代后期。是一种较新型的信元交换技术，与以太网、令牌环网、技术，与以太网、令牌环网、FDDI网络等使用可变网络等使用可变长度包技术不同，长度包技术不同，ATM使用使用53字节固定长度的信元字节固定长度的信元进行交换进行交换。ATM是一种交换技术，没有共享介质或是一种交换技术，没有共享介质或包传递带来的延时，具有高速数据传输率和支持多种包传递带来的延时，具有高速数据传输率和支持多种类型（类型（如声

13、音、数据、传真、实时视频、如声音、数据、传真、实时视频、CD质量音质量音频和图像频和图像）通信。）通信。 优点：优点：（1）使用相同的数据单元，可实现）使用相同的数据单元，可实现WAN和和LAN的无缝连接。（的无缝连接。（2）支持）支持VLAN（虚拟局域网）（虚拟局域网）功能，可以对网络进行灵活的管理和配置。（功能，可以对网络进行灵活的管理和配置。（3）具）具有不同的速率，分别为有不同的速率，分别为25、51、155、622Mbps，从，从而为不同的应用提供不同的速率。而为不同的应用提供不同的速率。第五章第五章 介质访问控制子层介质访问控制子层11计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院ATM

14、具有电路交换、分组交换的双重性具有电路交换、分组交换的双重性 ATM面向连接面向连接,它需要在通信双方向建立连接它需要在通信双方向建立连接,通信结通信结束后再由信令拆除连接。但它摈弃了电路交换中采用束后再由信令拆除连接。但它摈弃了电路交换中采用的同步时分复用，的同步时分复用，改用异步时分复用，收发双方的时改用异步时分复用，收发双方的时钟可以不同钟可以不同，可以更有效地利用带宽。，可以更有效地利用带宽。 ATM的传送单元是的传送单元是固定长度固定长度53byte的的CELL（信元）（信元），信头部分包含了选择路由用的，信头部分包含了选择路由用的VPI/VCI信息信息，因而，因而它具有交换的特点。

15、它是一种高速分组交换，在协议它具有交换的特点。它是一种高速分组交换，在协议上它将上它将OSI第三层的纠错、流控功能转移到智能终端第三层的纠错、流控功能转移到智能终端上完成，降低了网络时延，提高了交换速度。上完成，降低了网络时延，提高了交换速度。 VPI和和VCI：ATM把一条物理电路划分为几个虚拟的把一条物理电路划分为几个虚拟的逻辑通路，称为逻辑通路，称为VPI（Virtual Path identifier,虚路径标虚路径标识符识符）；然后在每一个；然后在每一个VPI中再划分虚拟的信道，称中再划分虚拟的信道，称为为VCI（Virtual Channel Identifier,虚通道标识符）。

16、虚通道标识符）。第五章第五章 介质访问控制子层介质访问控制子层12计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院ATM 信元信元 ATM 采用定长分组作为传输和交换的单位。这种定采用定长分组作为传输和交换的单位。这种定长分组叫做信元长分组叫做信元 ( cell )。当用户的当用户的 ATM 信元需要传送时信元需要传送时，就可，就可“异步异步”插入到插入到 SDH 的一个帧中。的一个帧中。 每个每个 ATM 信元信元 53 个字节。可传输话音、数据、图个字节。可传输话音、数据、图像和视频业务。像和视频业务。ATM 传输可以提供传输可以提供 256K 到到 622M 之间之间的高速数据传输通道。的高速数

17、据传输通道。ATM 异步异步(统计统计)时分复用时分复用计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院补充：补充：100VG-AnyLAN IEEE802.12标准：是基于标准：是基于ATT、HP公司开发的公司开发的100-Mbps 高速以太网和令牌环技术，能够顺利地从以太网高速以太网和令牌环技术，能够顺利地从以太网向令牌环迁移。向令牌环迁移。 100VG(Voice Grade)-AnyLAN 不用不用CSMA/CD，采用，采用DPA，即需求优先访问协议来控制网络访问，可提供优，即需求优先访问协议来控制网络访问，可提供优先级控制和带宽保证，以支持多媒体通信。先级控制和带宽保证，以支持多媒体通信。

18、DPADPA：是一种集中式介质访问控制协议：是一种集中式介质访问控制协议。任何节点需要。任何节点需要传送数据时，首先向传送数据时，首先向HUBHUB发出传输请求，只有在发出传输请求，只有在HUBHUB认可认可请求并指示传送时，节点才能开始传送数据。请求并指示传送时，节点才能开始传送数据。 DPADPA定义两种传输请求：定义两种传输请求：正常优先权请求正常优先权请求NPR(NormalNPR(Normal Priority Request) Priority Request)高优先级请求高优先级请求HPR(HighHPR(High Priority Request) Priority Reque

19、st)第五章第五章 介质访问控制子层介质访问控制子层14计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院100VG-AnyLAN连网示例连网示例 100VG-AnyLAN 网络是一种网络是一种以以中央中央HUB为中心星型结构为中心星型结构。中央。中央HUB称为称为根根HUB。每。每个个HUB都有都有一个上行链路一个上行链路和和多个多个连接下一级连接下一级HUB的的下行下行链路端口链路端口组成。组成。 使用使用4对对3、4、5类类UTP，最最大距离为大距离为200m，使用光线时，使用光线时最长为最长为2km 。支持。支持2500m的的级联星状拓扑，并可以有级联星状拓扑，并可以有3级以上的级联。级以上的级

20、联。第五章第五章 介质访问控制子层介质访问控制子层15。 1 23n1-11-31-n2-n2-22-1U P计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院第五章第五章 介质访问控制子层介质访问控制子层165.4.4 千兆位以太网千兆位以太网(Gigabit Ethernet，吉比特以太网，吉比特以太网)制定标准制定标准 1996年年7月，月，IEEE 802.3委员会成立了委员会成立了IEEE 802.3z工作组，专门制定工作组，专门制定基于光纤和同轴电缆的千兆以基于光纤和同轴电缆的千兆以太网标准太网标准。 1998年年 6月，月，IEEE 802.3发布了发布了IEEE 802.3z千兆位以太千

21、兆位以太网网 标准。标准。 1997年年3月成立月成立IEEE 802.3ab工作组，专门制定工作组，专门制定 基基于于5 类类UTP的千兆位以太网标准。的千兆位以太网标准。 1999年年6月，月，IEEE 802.3ab 发布了发布了IEEE 802.3ab千兆以千兆以太网标准。这样，就可以实现太网标准。这样，就可以实现5类非屏蔽双绞线类非屏蔽双绞线在在100米米有效距离内达到有效距离内达到 1000Mbps的以太网传输速率。的以太网传输速率。计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院第五章第五章 介质访问控制子层介质访问控制子层17IEEE 802.3z工作组 IEEE 802.3z工作组负

22、责制定工作组负责制定光纤光纤(单模或多单模或多模模,长波和短波长波和短波)和和同轴电缆同轴电缆的全双工链路标的全双工链路标准，产生准，产生IEEE 802.3z标准及其协议。标准及其协议。 IEEE 802.3z定义了基于光纤和短距离电缆定义了基于光纤和短距离电缆的的1000Base-X，采用，采用8B/10B编码技术，信道编码技术，信道传输速度为传输速度为1.25Gbit/s，去耦后实现，去耦后实现1000Mbit/s传输速度。传输速度。 1000Base-X主要分为：主要分为： 1000Base-CX (电缆电缆) 1000Base-LX (长波光纤长波光纤) 1000Base-SX (短

23、波光纤短波光纤)计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院第五章第五章 介质访问控制子层介质访问控制子层18IEEE 802.3ab工作组 IEEE 802.3ab工作组负责制定工作组负责制定基于基于UTP的半双的半双工链路的千兆位以太网标准工链路的千兆位以太网标准，产生，产生IEEE 802.3ab标准及其协议。标准及其协议。 IEEE 802.3ab定义基于定义基于5类类UTP的的1000Base-T规范，其目标是在规范，其目标是在5类类UTP上以上以1000Mbit/s速率传输速率传输100m。 使用使用PAM5编码解码编码解码 PAM-5 (Pulse Amplitude Modulat

24、ion，脉冲振幅调制，脉冲振幅调制) 是一种用是一种用+E、+0.5E、0、-0.5E和和-E五种电位来表示符号五种电位来表示符号的编码方式的编码方式 。 IEEE 802.3ab标准的意义：标准的意义： 保护用户在保护用户在5类类UTP布线系统上的投资。布线系统上的投资。 1000Base-T是是100Base-t自然扩展，与自然扩展，与10Base-T、100Base-T完全兼容。完全兼容。计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院第五章第五章 介质访问控制子层介质访问控制子层19千兆位以太网模型 IEEE802.3z千兆以太网模型如下图，与以太网和快速千兆以太网模型如下图，与以太网和快速以

25、太网一样，千兆以太网只定义了以太网一样，千兆以太网只定义了物理层和介质访问物理层和介质访问控制子层。控制子层。 GMII：千兆位介质无关（独立）接口：千兆位介质无关（独立）接口 MDI： 介质相关接口介质相关接口 计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院第五章第五章 介质访问控制子层介质访问控制子层20千兆位以太网协议结构计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院第五章第五章 介质访问控制子层介质访问控制子层21千兆以太网的物理层 物理层是千兆以太网的关键组成，具有以下主物理层是千兆以太网的关键组成，具有以下主要功能：要功能： 数据的编码与解码；数据的编码与解码； 数据比特流的传输与故障指示；数

26、据比特流的传输与故障指示； 建立链路所需的机械、电气、功能和规程特性建立链路所需的机械、电气、功能和规程特性等。等。 IEEE802.3z中定义了中定义了3种传输介质：种传输介质：多模光纤、多模光纤、单模光纤、电缆单模光纤、电缆 IEEE802.3ab则定义了则定义了非屏蔽非屏蔽UTP介质介质 1000Base-LH、 1000Base-ZX ：厂商自定义的：厂商自定义的标准，它也是一种光纤标准，传输距离最长可标准，它也是一种光纤标准，传输距离最长可达到达到120km。计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院第五章第五章 介质访问控制子层介质访问控制子层22千兆以太网物理层标准千兆以太网物理层

27、标准 1. 1000Base-SX标准标准 1000Base-sx采用直径为采用直径为62.5 m和和50 m的多模光纤，的多模光纤，工作波长为工作波长为850nm，传输距离为，传输距离为260m550m。数据编。数据编码方法为码方法为8B/10B，适用于作为大楼网络系统的主干。，适用于作为大楼网络系统的主干。 2. 1000Base-LX标准标准 多模光纤多模光纤 1000Base-LX可采用直径为可采用直径为50 m和和62.5 m的多模光纤，工的多模光纤，工作波长为作波长为850nm，传输距离为，传输距离为550m，数据编码方法为，数据编码方法为8B/10B，适用于作为大楼网络系统的主干

28、。，适用于作为大楼网络系统的主干。 单模光纤单模光纤 1000Base-LX可采用直径为可采用直径为9 m 的单模光纤，工作波长为的单模光纤，工作波长为1300nm或或1550nm，数据编码方法采用，数据编码方法采用8B/10B，适用于校园，适用于校园或城域主干网。或城域主干网。 采用采用1300nm波长传输距离可达波长传输距离可达35km。采。采用用1550nm波长传输距离可达波长传输距离可达40km。计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院第五章第五章 介质访问控制子层介质访问控制子层23千兆以太网物理层标准千兆以太网物理层标准(续续) 3. 1000Base-CX标准标准 1000Bas

29、e-CX标准采用标准采用150 特殊特殊平衡屏蔽电缆平衡屏蔽电缆(a special balanced 150 ohm shielded cable) ，不是不是UTP、STP，使，使用的是用的是DB9连接器。连接器。传输距离为传输距离为25m，传输速率为，传输速率为1.25Gbps，数据编码方法采用，数据编码方法采用8B/10B，适用于集群网络，适用于集群网络设备的互连，例如机房内连接网络服务器。设备的互连，例如机房内连接网络服务器。 4. 1000Base-T标准标准 1000Base-T采用采用4对对5类类UTP双绞线，传输距离为双绞线，传输距离为100m，传输速率为传输速率为1GbpS

30、，适用于已铺设，适用于已铺设5类类UTP电缆的大楼主电缆的大楼主干网应用。编码解码为干网应用。编码解码为PAM5。 5. 1000Base-LH、 1000Base-ZX标准标准 由厂商自定义的标准，单模光纤，由厂商自定义的标准，单模光纤，1550nm波长波长,可支持可支持40120Km。计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院第五章第五章 介质访问控制子层介质访问控制子层24千兆以太网编码千兆以太网编码-8B/10B编码编码PMD（物理介质相关）子层（物理介质相关）子层PMA（物理介质接入）子层（物理介质接入）子层 PCS（物理编码）子层（物理编码）子层 计算机科学与工程学院计算机科学与工程

31、学院第五章第五章 介质访问控制子层介质访问控制子层25以太网层次结构汇总图以太网层次结构汇总图计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院第五章第五章 介质访问控制子层介质访问控制子层261000Base-LH、ZX商家产品商家产品CISCO 1000BASE-LH： 62.5 um ，MMF， 最长最长 550 m 1000BASE-LH： 50 um ，MMF， 最长最长 550 m 1000BASE-LH： 9/10 um ，SMF， 最长最长 10 km 1000BASE-ZX： 9/10 um ，SMF， 最长最长 70 km 1000BASE-ZX：色散位移光纤，最长：色散位移光纤，最

32、长 100 km 神州数码神州数码 1000Base-LH ：1550nm， SMF，70km 1000Base-LH ：1550nm， SMF，120km 锐捷网络锐捷网络 1000BASE-LH：1310nm，SMF，40Km 1000BASE-ZX：1550nm，SMF，50Km和和80Km3COM 1000Base-LH ：1550nm， SMF，70km计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院第五章第五章 介质访问控制子层介质访问控制子层27千兆位以太网MAC子层 1. MAC子层的功能子层的功能 千兆位以太网千兆位以太网MAC子层的主要功能有：子层的主要功能有： 信息帧的封装与拆除

33、；信息帧的封装与拆除； 信息帧的寻址与识别；信息帧的寻址与识别； 接收和发送信息帧；接收和发送信息帧； 链路管理、差错控制和维护。链路管理、差错控制和维护。 2. 帧结构帧结构 千兆位以太网采用与以太网相同的帧结构，最千兆位以太网采用与以太网相同的帧结构，最小帧为小帧为64个字节，最大帧为个字节，最大帧为1518个字节。个字节。 加上载波扩展加上载波扩展,最大帧可达最大帧可达1966个字节个字节.计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院第五章第五章 介质访问控制子层介质访问控制子层28千兆位以太网MAC子层(续) 3. 通信方式通信方式 千兆位以太网采用两种访问方式：千兆位以太网采用两种访问方

34、式： 全双工和半双工全双工和半双工方式。方式。 全双工方式适用于交换机与交换机或交换机与站全双工方式适用于交换机与交换机或交换机与站点之间的点到点连接。点之间的点到点连接。 由于两点之间可由于两点之间可同时发送和接收信息帧同时发送和接收信息帧，因此不存在，因此不存在冲突和竞争问题。冲突和竞争问题。 千兆位以太网工作于千兆位以太网工作于全双工方式全双工方式时，采用时，采用IEEE 802.3X全双工全双工/流量控制协议，避免出现拥塞和过载。流量控制协议，避免出现拥塞和过载。 千兆位以太网工作于半双工方式时，采用千兆位以太网工作于半双工方式时，采用CSMA/CD协议，适用于协议，适用于共享介质连接

35、方式共享介质连接方式。HUB使用使用计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院第五章第五章 介质访问控制子层介质访问控制子层29千兆位以太网MAC子层(续) 4. 如何解决网络直径问题？如何解决网络直径问题？ 网络直径（即覆盖范围）是千兆以太网最核网络直径（即覆盖范围）是千兆以太网最核心的技术问题之一。心的技术问题之一。 因为千兆以太网比快速以太网快因为千兆以太网比快速以太网快10倍，所以，千倍，所以，千兆以太网的网络直径将会发生变化。兆以太网的网络直径将会发生变化。 如果保持帧长不变，则网络直径将会大大缩小；如果保持帧长不变，则网络直径将会大大缩小； 如果保持原有的传输距离不变，则必须采用新的

36、技术如果保持原有的传输距离不变，则必须采用新的技术解决这个问题。解决这个问题。 千兆位以太网采用了以下两种技术：千兆位以太网采用了以下两种技术： 载波扩展（载波扩展（Carrier Extension）技术）技术 分组突发（分组突发（Packet Bursting）技术）技术计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院第五章第五章 介质访问控制子层介质访问控制子层30千兆以太网千兆以太网MAC技术特点技术特点 半双工方式下使用半双工方式下使用CSMA/CD 载波扩展载波扩展 组播组播 全双工方式下不再使用全双工方式下不再使用CSMA/CD计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院第五章第五章 介质访

37、问控制子层介质访问控制子层31千兆以太网帧的载波扩展千兆以太网帧的载波扩展计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院第五章第五章 介质访问控制子层介质访问控制子层32为什么要载波扩展？为什么要载波扩展？ 半双工方式下存在冲突半双工方式下存在冲突 冲突检测要求帧的发送时间不小于帧的冲突检测要求帧的发送时间不小于帧的传输时间。传输时间。 因此需要增加帧的长度。因此需要增加帧的长度。计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院第五章第五章 介质访问控制子层介质访问控制子层33为什么需要组播？为什么需要组播？ 若短帧若短帧(512B)都要扩展的话，造成大量都要扩展的话，造成大量的带宽浪费的带宽浪费 为直接发

38、送短帧，而又保证兼容性，提为直接发送短帧，而又保证兼容性，提出了组播出了组播 含义：在发送一个帧的同时，启动定时含义：在发送一个帧的同时，启动定时器，定时时间内发送的一组帧不再扩展。器，定时时间内发送的一组帧不再扩展。计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院第五章第五章 介质访问控制子层介质访问控制子层34千兆以太网的主要改进千兆以太网的主要改进 GMII取代取代MII使使MAC数据通道拓宽到数据通道拓宽到8位位，获获得了更理想的时钟频率和数据通道转换率。得了更理想的时钟频率和数据通道转换率。 采用采用光纤通道标准（光纤通道标准（ANSI X3.230）的）的8B/10B编码技术，获得了更高带

39、宽。编码技术，获得了更高带宽。 采用载波扩展技术保证了千兆以太网的采用载波扩展技术保证了千兆以太网的向下兼向下兼容性容性；采用帧组播技术提高了载波扩展技术的；采用帧组播技术提高了载波扩展技术的效率效率。 为更加适用光纤，而对自动协商做了优化。为更加适用光纤，而对自动协商做了优化。 计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院第五章第五章 介质访问控制子层介质访问控制子层35以太网主要技术参数比较以太网主要技术参数比较 以太网以太网快速以太网快速以太网千兆以太网千兆以太网编码方式编码方式曼彻斯特编码曼彻斯特编码4B/5B、8B/6T8B/10B工作频率工作频率20MHz125MHz25MHz125M

40、Hz双工方式双工方式半双工半双工/全双工全双工半双工半双工/全双工全双工半双工半双工/全双工（半全双工（半双工常用）双工常用）时间槽时间槽512位时间位时间512位时间位时间512字节时间字节时间帧间间隔帧间间隔9.6s0.96s0.096s最大帧最大帧长度长度1518字节字节1518字节字节1966字节字节最小帧最小帧长度长度64字节字节64字节字节512字节字节重发上限重发上限16次次16次次16次次后退上限后退上限10次次10次次10次次阻塞序列阻塞序列32位位JAM32位位JAM32位位JAM计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院第五章第五章 介质访问控制子层介质访问控制子层36以太

41、网最大网段距离比较以太网最大网段距离比较 传输介质传输介质以太网以太网（10BASE-T）快速以太网快速以太网（100BASE-T）千兆位以太网千兆位以太网（1000BASE-T）最最大大网网段段距距离离5类类UTP100米米100米米100米米STP/同轴线同轴线缆缆500米米100米米25米米多模光纤多模光纤2千米千米412米米(半双工半双工)220米米(半双工半双工)2千米千米(全双工全双工)单模光纤单模光纤25千米千米20千米千米5千米千米计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院第五章第五章 介质访问控制子层介质访问控制子层37以太网标准化进程以太网标准化进程( (截止截止2006)2

42、006) MAC标准标准物理层标准物理层标准802.310BASE5802.3a 10BASE2802.3i 10BASE-T802.3j 10BASE-F时间时间1983年年1989年年1990年年1993年年 MAC标准标准物理层标准物理层标准802.3u 100BASE-FX802.3u 100BASE-TX802.3u 100BASE-T4802.3x&y 100BASE-T2时间时间1995年年1995年年1995年年1997年年 MAC标准标准物理层标准物理层标准802.3z 1000BASE-X802.3ab 1000BASE-T802.3ae 10GBASE-LR/LW

43、802.3ae 10GASE-ER/EW时间时间1998年年1999年年 2002年年2002年年802.3ak 10GBASE-CX4 2004年年802.3an 10GBase-T 2006年年计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院第五章第五章 介质访问控制子层介质访问控制子层38用用Ethernet组建企业网的全面解决方案组建企业网的全面解决方案 桌面采用传输速率为桌面采用传输速率为10Mbps的的Ethernet； 部门级网络采用传输速率为部门级网络采用传输速率为100Mbps的的Fast Ethernet； 企业级网络采用传输速率为企业级网络采用传输速率为1000Mbps的的Gig

44、abit Ethernet。 计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院第五章第五章 介质访问控制子层介质访问控制子层39Cisco Catalyst 2960系列交换机系列交换机2960系列智能以太网交换机是一个全新的、固定配置的独立设备系列智能以太网交换机是一个全新的、固定配置的独立设备系列，提供桌面快速以太网和系列，提供桌面快速以太网和10/100/1000千兆以太网连接，可为千兆以太网连接，可为入门级企业、中型市场和分支机构网络提供增强入门级企业、中型市场和分支机构网络提供增强LAN服务，服务，端口端口均是均是POE供电供电。Catalyst 2960系列具有集成安全特性，包括网络准入控

45、制系列具有集成安全特性，包括网络准入控制(NAC)、高级服务质量高级服务质量(QoS)和永续性，可为网络边缘提供智能服务。和永续性，可为网络边缘提供智能服务。WS-C2960-24TT-L - 24个个10/100 + 2个个 10/100/1000端口，端口，LAN基基本镜像本镜像WS-C2960-24TC-L - 24个个10/100 + 2个个 双介质（双介质（1个铜缆、个铜缆、1个个SFP光口，一次只能激活光口，一次只能激活1个）个）千兆以太网上行链路端口，千兆以太网上行链路端口，LAN基基本镜像本镜像WS-C2960-48TT-L - 48个个10/100 + 2个个 10/100/

46、1000端口，端口，LAN 基基本镜像本镜像WS-C2960-48TC-L - 48个个10/100 + 2个双介质千兆以太网上行链个双介质千兆以太网上行链路端口，路端口，LAN基本镜像基本镜像WS-C2960G-24TC-L - 20个个10/100/1000 + 4个双介质千兆以太网个双介质千兆以太网上行链路端口，上行链路端口，LAN基本镜像基本镜像计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院第五章第五章 介质访问控制子层介质访问控制子层405.4.5 万万兆位以太网 (10GbE) 功不可没的万兆以太网联盟功不可没的万兆以太网联盟:10GEA 万兆以太网标准的制定过程中，不可忽视的是万兆以太

47、网标准的制定过程中，不可忽视的是10GEA； 10GEA是由网络产业中的领导者是由网络产业中的领导者3Com、Cisco、Extreme、Intel、Nortel、Sun和和World Wide Packets等创立的；等创立的； 10GEA的使命是促进和加速网络市场中万兆以太的使命是促进和加速网络市场中万兆以太网的引入；网的引入； 此外，此外， 10GEA还支持还支持IEEE 802.3ae工作组的活动，工作组的活动，促进促进802.3ae标准的发展，并推动万兆以太网产品标准的发展，并推动万兆以太网产品之间的协同工作。之间的协同工作。 计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院第五章第五章 介

48、质访问控制子层介质访问控制子层415.4.5 10GbE (续) 万兆位以太网标准万兆位以太网标准 2002 年年6 月月，IEEE 批准了万兆位以太网标准批准了万兆位以太网标准802.3ae。 以太网发展到现在第以太网发展到现在第4个阶段个阶段 即即以太网、快速以太网、千兆以太网和以太网、快速以太网、千兆以太网和10G以太以太网网(10GE)阶段阶段。 是以太网发展的里程碑是以太网发展的里程碑 10G以太网以太网作为传统以太网技术的一次较大的作为传统以太网技术的一次较大的升升级级，在原有的千兆以太网的基础上将传输速率提，在原有的千兆以太网的基础上将传输速率提高了高了10倍，传输距离也大大增加

49、。倍，传输距离也大大增加。 摆脱了传统以太网只能应用于局域网范围的限制，摆脱了传统以太网只能应用于局域网范围的限制，使以太网使以太网延伸到了城域网和广域网。延伸到了城域网和广域网。计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院第五章第五章 介质访问控制子层介质访问控制子层425.4.5 10GbE(续) 10G以太网的优点以太网的优点 保留了保留了IEEE 802.3以太网媒体访问控制以太网媒体访问控制(MAC)协议协议 保持以太网的帧格式不变。保持以太网的帧格式不变。 10G以太网主要特点：以太网主要特点： 只工作在全双工模式只工作在全双工模式 增加了广域网接口子层增加了广域网接口子层(WIS)，

50、可实现与可实现与SDH的无缝连接的无缝连接。 10G以太网技术适用于各种网络结构，可以降低网络的复以太网技术适用于各种网络结构，可以降低网络的复杂性，能够简单、经济地构建各种速率的网络，杂性，能够简单、经济地构建各种速率的网络，满足骨干满足骨干网大容量传输的需求网大容量传输的需求。 解决了解决了城域网传输的城域网传输的“瓶颈瓶颈”问题问题。 10G以太网是未来以太网是未来端到端光以太网端到端光以太网的基础的基础 因因局域网、城域网、广域网采用同一种核心技术，避免了局域网、城域网、广域网采用同一种核心技术，避免了协议转换，实现了无缝连接协议转换，实现了无缝连接，因此，因此10G以太网是实现未来以

51、太网是实现未来端到端光以太网的基础。端到端光以太网的基础。计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院第五章第五章 介质访问控制子层介质访问控制子层4310GbE(10GBase-X)规范的基本术语 PHY：物理层：物理层 802.3ae规范定义了两种物理层规范定义了两种物理层: LAN PHY、MAN PHY WAN PHY XAUI：万兆位以太网接口：万兆位以太网接口(读作读作Zowie) AUI：Ethernet Attachment Unit Interface。 XGMII：与介质无关的万兆位接口，是：与介质无关的万兆位接口，是XAUI的扩展的扩展接口。接口。 PCS： 物理编码子层物理

52、编码子层 PCS由编码器和一个并由编码器和一个并/串转换器组成串转换器组成 PMA： 物理介质访问物理介质访问 PMD： 物理介质相关物理介质相关 光纤收发器属于光纤收发器属于PMD MDI：介质相关接口：介质相关接口 WIS:广域网接口子层广域网接口子层计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院第五章第五章 介质访问控制子层介质访问控制子层4410GbE层次结构计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院第五章第五章 介质访问控制子层介质访问控制子层4510GbE物理层结构物理层结构 PMA(物理介质访问物理介质访问)子层子层 PMA子层提供了子层提供了PCS和和PMD层之间的串行化服务接口。层之

53、间的串行化服务接口。它与它与PCS子层的连接称为子层的连接称为PMA服务接口。另外服务接口。另外PMA子层子层还从接收位流中分离出用于对接收到的数据进行正确的还从接收位流中分离出用于对接收到的数据进行正确的符号对齐（定界）的符号定时时钟。符号对齐（定界）的符号定时时钟。 PMD(物理介质相关物理介质相关)子层子层 PMD子层的功能是支持在子层的功能是支持在PMA子层和介质之间交换串行子层和介质之间交换串行化的符号代码位。化的符号代码位。PMD子层将这些电信号转换成适合于子层将这些电信号转换成适合于在某种特定介质上传输的形式。在某种特定介质上传输的形式。PMD是物理层的最低子是物理层的最低子层，

54、层，标准中规定物理层负责从介质上发送和接收信号。标准中规定物理层负责从介质上发送和接收信号。计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院第五章第五章 介质访问控制子层介质访问控制子层4610GbE物理层结构物理层结构(续续) WIS(广域网接口广域网接口)子层子层 WIS子层是可选的物理子层，可用在子层是可选的物理子层，可用在PMA与与PCS之间，之间，产生适配产生适配ANSI定义的定义的SONET STS-192c传输格式传输格式，或，或ITU定义定义SDH VC464c容器容器（容器的主要作用就（容器的主要作用就是进行速率调整）是进行速率调整）速率的以太网数据流。该速率数据速率的以太网数据流。

55、该速率数据流可以直接映射到传输层而不需要高层处理。流可以直接映射到传输层而不需要高层处理。 PCS(物理编码物理编码)子层子层 PCS子层位于协调子层子层位于协调子层RS（通过（通过XGMII）和物理介）和物理介质接入（质接入（PMA）子层之间。）子层之间。PCS子层完成将经过完善子层完成将经过完善定义的以太网定义的以太网MAC功能映射到现存的编码和物理层功能映射到现存的编码和物理层信号系统的功能上去。信号系统的功能上去。PCS子层和上层子层和上层RS/MAC的接的接口由口由XGMII提供，与下层提供，与下层PMA接口使用接口使用PMA服务接服务接口。口。计算机科学与工程学院计算机科学与工程学

56、院第五章第五章 介质访问控制子层介质访问控制子层4710GbE物理层结构物理层结构(续续) RS(协调子层协调子层) 协调子层的功能是将协调子层的功能是将XGMII的通路数据和相关控制信号的通路数据和相关控制信号映射到原始映射到原始PLS(物理信令传输子层物理信令传输子层)服务接口定义服务接口定义（MAC/PLS）接口上。）接口上。 XGMII(10Gbps介质无关接口，也称介质无关接口，也称10Gbps串行物串行物理介质层理介质层 ) XGMII接口提供了接口提供了10Gbit/s的的MAC和物理层间的逻辑接和物理层间的逻辑接口。口。 XGMII和和RS使使MAC可以连接到不同类型的物理介质

57、上。可以连接到不同类型的物理介质上。 包括包括10GBase-R、10GBase-W、 10GBase-X等。等。 MDI(物理介质相关接口物理介质相关接口) 用于将用于将PMD子层和物理层的光缆相连接。子层和物理层的光缆相连接。 计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院第五章第五章 介质访问控制子层介质访问控制子层4810GbE物理层规范 万兆以太网物理层规范万兆以太网物理层规范 (PHY) 支持光模块，光模块定义为一种物理介质相关子层支持光模块，光模块定义为一种物理介质相关子层(PMD)。 下图显示了下图显示了PMD、PHY和和MAC在交换路由器板卡上的逻辑设计。万在交换路由器板卡上的逻辑

58、设计。万兆以太网兆以太网MAC在服务接口在服务接口(向向PHY)以以10Gb/s的速率运行。的速率运行。 计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院第五章第五章 介质访问控制子层介质访问控制子层4910GbE物理层规范物理层规范 （续）（续） Serial LAN PHY (连续或串联连续或串联LAN PHY ) 连续物理层由连续物理层由64B/66B多媒体数字信号编解码器多媒体数字信号编解码器配置和配置和serializer/deserializer (SerDes)组成组成。 64B/66B多媒体数字信号编解码器配置是的块状编码配置。多媒体数字信号编解码器配置是的块状编码配置。 SerDes

59、为连续光模块或为连续光模块或PMD，在传送器上将，在传送器上将16-bit并行数据路径并行数据路径(每个每个644 Mb/s)排序到一个排序到一个10.3Gb/s的连续数据流，并将一个的连续数据流，并将一个10.3Gb/s的连续数据流去序列化到的连续数据流去序列化到16-bit并行数据路径并行数据路径(每个每个644Mb/s)。 局域网物理层使用简单的编码机制，能够在暗光纤局域网物理层使用简单的编码机制，能够在暗光纤(Dark fiber)和暗波长和暗波长(Dark wave length)上传送数据。上传送数据。 暗光纤暗光纤指的是已经铺设但是没有投入使用的光缆。很多时候通信指的是已经铺设但

60、是没有投入使用的光缆。很多时候通信公司会铺设多余其需求的光纤数量，以适应将来的需要而避免反公司会铺设多余其需求的光纤数量，以适应将来的需要而避免反复的光纤铺设带来的高额成本复的光纤铺设带来的高额成本 。 暗光纤暗光纤指的是光纤通信中的未使用的光纤容量。指的是光纤通信中的未使用的光纤容量。 计算机科学与工程学院计算机科学与工程学院第五章第五章 介质访问控制子层介质访问控制子层5010GbE物理层规范物理层规范 （续）（续） Serial WAN PHY (连续或串联连续或串联WAN PHY ) 连续连续WAN PHY由由WAN接口子层接口子层(WIS)、64b/66b多媒体多媒体数据信号编解码器配置和数