以太网详细介绍.ppt

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1、高速网络技术,网络性能的扩展趋势,迎合带宽与服务的需求！,Switch/Router,1997,Hubs/Router,1995,1999,Gigabit Multilayer Switching,EthernetFDDI,Fast Ethernet/OC-3 ATM,Gigabit Ethernet/OC-12,48 ATM,10 x,100 x,1000 x,10 Gigabit Ethernet/OC-192 ATM/PoS,2001,Enterprise Gigabit Networking,10,000 x,Network ServicesRouting line rateQoS l

2、ine rateMulticast line rateSecurity line rateIncreased availabilityPolicy ControlApplications enabledData/Video/Voice,网络服务,Syllabus,100M以太网1000M以太网10G以太网不同以太网的接口规范,快速以太网,快速以太网通过在物理层减少每一位的传输时间来提高网络的带宽。为保持兼容性，快速以太网保留了 802.3 的分组格式、接口以及算法和规则，只是减少位时。由于双绞线（光纤）星型拓扑结构的优点，所有的快速以太网均采用双绞线（或是光纤）星型拓扑结构。根据不同的传输介质

3、，可分为以下三类。,100Mbps 快速以太网,与10Mbps网络的比较：拓扑结构和媒体布线方法几乎完全一样；传输率快10倍；帧结构和介质访问控制方式沿用IEEE802.3。,3种不同的物理层标准：,MAC子层,100BaseFX,100BaseTX,2对5类 UTP,光纤,4对3类 UTP,100BaseT4,快速以太网,100BASE-T快速以太网标准是直接由10BASE-T以太网标准发展而来的，是10BASE-T以太网标准的扩展它保留了众所周知的以太网的观念，同时开发了新的传输技术，使网络速度提高了十倍 它与10BASE-T一样采用了IEEE802.3 CSMA/CD的MAC协议层，并具

4、有同样的星型拓扑结构,100BASE-T特点,采用所有一般以太网做媒体，从而保护了现有网络投资，无需网线的改变 采用现在流行的简单网络管理协议SNMP的网管软件和以太网管理信息库（以太MIB），所以完全兼容于现有的网管产品 由于采用CSMA/CD协议，可与10BASE-T并行工作，避免了协议转换造成的系统开销，因此效率更高 标准化已经形成，而代价却比较低廉,FDDI系统,FDDI规定了利用光纤媒体，以100Mbps的速率传输的基于令牌的双环局域网技术 FDDI最重要的特性在于它采用光纤作为传输媒体。FDDI可利用两种类型的光纤：单模和多模。FDDI的逻辑拓扑是一个逻辑环。物理拓扑有星型或是环型

5、。FDDI规范定义了两种节点的入网方式。单端口连接点（SAS）连接到双环的一个环上，而双端口连接点（DAS）,数据编码和时钟偏移,在一般的环型网络中，只有一个主时钟，但是由于在绕环运行时，时钟信号会有一点点的偏移，虽然偏移量不是很大，但每个节点产生的偏移累积起来还是相当可观的。100Mbps光纤环中，由于速率的大幅提高，因此，时钟偏移的现象更为严重。因此，FDDI标准规定使用分布式的时钟偏移解决方法。每个节点有独立的时钟和弹性缓冲器。进入节点缓冲器的数据，其时钟是按照输入信号的时钟确定的，但是，从缓冲器中输出的信号的时钟是根据节点的时钟确定的。,FDDI帧格式(1),PA：前导位。用以和节点的

6、时钟同步，对于每个节点预 示着一个帧的到来 SD：开始定界符。一个字节，表明了一个帧的开始，它 包括与其他帧不同的信号模式 FC：帧控制。格式为“CLFFZZZZ”，C标识是同步帧还是 异步帧，L标识使用16位还是48位地址，FF标识是 LLC帧还是MAC控制帧，最后几位标识控制帧的类型 DA：目的地址。包含单路、多路或广播的地址，6字节,FDDI帧格式(2),SA：源地址。标识发送帧的那个节点地址。和目的地址一 样，也包括6个字节多路或广播的地址INFO：数据。包含上层传送过来的数据或控制信息FCS：帧校验序列。长度为4个字节。由源节点根据帧的内 容，填入循环冗余校验的值。目的节点重新计算该

7、值，以判断该帧在传输过程中是否出现差错。ED：结束定界符。包含一些非数据信息用以标识帧的结束。FS：帧状态。一个字节。使源节点可以判定是否该帧出现 了差错和该帧是否被接收节点确认和复制。,100M以太网传输技术,4B/5B 编码将4位数据一起编码，每4位数据被编成一个5位的码组，编码效率为80%。NRZI差分非归零码 1在位的开头有跳变，0在位的开头无跳变。在位的其余地方也无跳变。8B6T 编码采用三信号方案（+、0、-），将8位数据作为一个块来处理。每8位数据的块映射成一个6位的三信号码组。Round-Robin 传输在4对线中2对用于双向传输，另2对各自用于单向传输和冲突检测。,Sylla

8、bus,100M以太网1000M以太网10G以太网不同以太网的接口规范,GBN功能单元的设计要求,IEEE 802.3z 目标802.3 帧格式半/全双工CSMA/CD优化流量控制传输介质是向前兼容MAC PHY标准简单利用现有技术,1000BaseSX(780850 nm)MMF220500m,1000BaseLX(1300 nm)MMF 550mSMF 3 km,1000BaseCXCopperBalanced Shielded Cable25m,1000 Mbps MAC(Media Access Control)802.3z CSMA/CD Ethernet,IEEE 802.3z,1

9、000BaseTCopper Category 5 UTP100m,IEEE 802.3ab,GBN支持的传输供介质,Gigabit Interface Cards(GBICs),RJ45,802.3z and 802.3ab 传输介质,千兆网的技术规范,GBN技术特点,千兆位以太网标准IEEE802.3z 1000Mbps通信速率802.3以太网帧格式载波侦听多路访问和冲突检测(CSMA/CD)技术在一个冲突域中支持一个中继器(Repeater)10BASE-T和100BASE-T向下兼容技术多模光纤连接的最大距离为550米单模光纤连接的最大距离为3000米铜基连接距离最大为25米，基于5类

10、无屏蔽双绞线的连接距离增至100 米的技术可选的千兆位介质无关接口(GMII)基于光纤的全双工和半双工操作,GBN的优点,千兆以太网采用和以太网、快速以太网一样的可变长的（641514byte）IEEE802.3帧格式千兆以太网在不改变现有的网络结构的前提下得到更高的带宽。千兆网和以前的以太网以及快速以太网几乎一样，都支持相同的IEEE 802.3帧格式、全双工和流控制模式。根据IEEE802.3x的定义，当两个节点以全双工通讯时，线路上能同时发送和接收数据包。千兆以太网在全双工模式下遵循该标准进行通讯，也遵循标准以太网的流控制模式来避免冲突和拥挤简单、直接的转移低成本；支持新应用程序能力强；

11、弹性化的网络设计简单、直接的转移到高性能平台,千兆以太网帧结构,IEEE802.3千兆以太网帧结构,从图中可以看出，GE MAC帧增加了扩展字段，使帧的最大长度由1518字节增加到1966字节。此处要明确指出，GE最小帧长度仍是64字节，即当扩展字段为空，数据/填充字段是46字节时。,Syllabus,100M以太网1000M以太网10G以太网不同以太网的接口规范,10G的技术特点,IEEE 802.3ae,2002被接纳为国际标准万兆以太网技术采用IEEE 802.3以太网媒体访问控制（MAC）协议、帧格式和帧长度全双工差异主要表现在：物理层实现方式、帧格式和MAC的工作速率及适配策略方面适

12、用于局域网和广域网,10G的特点采用IEEE 802.3以太网媒体访问控制（MAC）协议、帧格式和帧长度，支持全双工的。优点是减少网络的复杂性，兼容现有的局域网技术，并将其扩展到广域网，同时有望降低25%的系统费用。10G以太网多模光纤上支持65到300米的距离，在单模光纤上支持10到40千米的距离。低代价、高带宽，可以无缝连接：网管员能够使用10G以太网作为端到端、第二层传输方式的LAN、MAN以及WAN的网络体系基础。,10G以太网（IEEE 802.3ae）,1.易于向更高性能发展网络管理者所面对的最重要的问题之一，即在不破坏现有网络的前提下获得更高的带宽。2.网络费用较低网络费用是决定

13、一种网络技术发展速度的重要因素。网络费用不仅包括购买设备的费用，还包括培训、维修以及处理故障的费用。3.支持新应用和新数据类型企业内部互联网（intranet）的出现预示着向包括视频和音频在内的新数据类型的发展。在过去认为视频需要一种专门为多媒体设计的的网络技术。但是现在，通过10GLAN交换RSVP将成为解决视频和多媒体业务传输的一种极具吸引力的方案4.网络互连和设计灵活10G以太网不仅可使用LAN交换机和路由器，也可使用全双工转发器（它每端口的价格比较低）。,10G以太网的几个关键指标,10G以太网与其它网络技术比较,10G在LAN中的应用,10G在MAN中的应用,10G在WAN中的应用,

14、10G以太网物理帧,10G以太网帧结构如图所示。,10G 物理帧与10M以太网物理帧在结构上存在以下不同：在10G以太网帧头部添加了长度字段和HEC(Header Error Correction)字段。长度字段占2字节，用于指示MAC帧的长度。HEC字段占2字节，位于SFD字段之后，它是长度、前导和SFD字段的CRC-16校验。此时，前导字段由原来的7字节减到5字节。,Syllabus,100M以太网1000M以太网10G以太网不同以太网的接口规范,协调子层RS,RS(Reconciliation Sublayer)的作用是在MAC层与介质无关接口MII之间进行数据的串并转换：发送时，RS把

15、MAC层的串行比特流以4位(当是FE时)或8位(当是GE和10GE时)并行比特为单位交给MII；接收时，把MII的并行比特流转换成串行数据交给MAC层。,介质无关接口MII,MII(Medium Independent Interface)使上层与网络介质类型无关，因此可以连接到不同的介质上。在FE中，MII是个18针信号接口，信号引脚包括发送、接收、时钟、数据有效、报错、载波(网络)活动、冲突检测和管理信号。数据经过MII的速率是每个时钟周期4比特。时钟频率是2.5MHz(支持10M bit/s数据率)或25MHz(支持100Mbit/s数据率)。在GE中，GMII不是外露的接口，GMII采

16、用芯片级的互联(FE的MII可采用芯片级、板级、设备级互联)。GMII的数据通道宽度为8比特，经过GMII的数据率是每时钟周期8位。时钟频率是125MHz。为了与10M以太网和FE兼容，GE也支持相应的时钟频率。GMII接口如图所示。,GMII接口信号,（表示从0到7共8比特）,物理编码子层PCS,PCS(Physical Coding Sublayer)的主要功能是把MII交下的并行数据进行编码，或者把从PMA收到数据进行解码，然后交给MII。,FE PCS的编码方案,4B/5B编码：当传输介质是2对5类UTP和光纤时使用该编码。4B/5B编码将4比特并行二进制数据转换成5比特二进制并行数据

17、。然后交给PMA子层。4B/5B的编码发送原理如图所示。,4B/5B编码发送原理：扰码用于降低125MHz高频的干扰,8B/6T编码,当传输介质是4对3类UTP时使用该编码。8B/6T编码将2组4比特并行二进制数据转换成6位并行的三进制数据。然后交给PMA子层。最终在3对双绞线通道的一对上发送。第4对线用于冲突检测。,PAM55脉冲振幅调制 二维坐标编码,当传输介质是2对3类UTP时使用该编码。PAM55编码把4位并行二进制数先进行扰码，再映射到一对5进制数据。最终由2对双绞线发送。,说明,GE PCS和10GE PCS使用的编码方案是8B/10B。在编码的发送过程中，PCS还要进行包定界、载

18、波扩展、错误指示和链路配置等工作。除了发送功能，PCS还具备接收、同步、载波侦听和自动协商功能。,物理介质连接子层PMA,PMA(Physical Medium Attachment)是PCS和物理介质相关PMD子层间的接口，完成PCS编码的并行输出数据的串行转换，然后将串行数据交给PMD发送。当PMA收到PMD的串行数据后，将它转换成并行数据交给PCS去解码。在GE中，PMA采用ANSI光纤通道10比特接口(TBI)技术实现。,物理介质相关子层PMD,PMD(Physical Medium Dependent)是实际进行物理层比特流发送和接收的功能实体，对应的硬件模块称为收发器(10ME的收

19、发器在MAU中)。发送时，PMD把PMA的串行比特数据转换成介质使用的脉冲信号发送给介质。接收时，把介质上的信号转换成串行比特数据交给PMA。PMD是物理层的最低子层。,介质相关接口MDI,MDI(Medium Dependent Interface)负责将PMD与介质进行连接。MDI对应的硬件是连接器。如铜介质的RJ45、BNC、T型头和光纤的ST/SC连接器。,自动协商AutoNeg,在FE中，设备通过发送“快速链路组发脉冲”来表明自己的存在。其他设备通过接收该信号识别链路伙伴，并选择与其兼容的工作模式，例如数据率、双工方式、最低电缆要求等。在GE中自动协商包括在PCS中实现。其基本作法与

20、FE一致。自动协商使得处在不同工作模式的设备能够共处一网。,说明,由于10GE支持局域网和广域网，因此，10GE还有一个广域网接口子层(WAN Interface Sublayer，WIS)。WIS介于PMA和PCS之间，负责将MAC的8B/10B编码与ANSI SONET STS-192C传输格式或ITU SDH VC-4-64C格式(统称为OC-192帧)进行映射。由于OC-192的数据率是9.953280Gbit/s，而不是10G以太网的10G bit/s，因此，要把MAC帧的物理编码插入OC-192帧，就必须降低MAC帧发送速率。具体的办法是：WIS在MAC帧编码之间插入一些额外的间隔

21、，间隔的字节数与前一帧的长度成正比。在WIS子层进行64B/66B编码时，再将这些间隔剔除。这样经过WIS的处理，其输出SONET/SDH帧的速率就符合OC-192的要求了。WIS和PMA之间的接口是16比特接口(XSBI)，它是SONET/SDH帧生成器与高速的SERDES逻辑之间的电信号接口。,10GE使用的编码方案,(1)局域网PCS使用8B/10B(对应物理层标准中的字母X)、64B/66B(对应字母R)。(2)广域网WIS使用64B/66B(对应字母W)。,10GE物理层标准,10GE以太网只支持光纤介质。10GE物理层标准表示为：10GBASE-介质类型编码方案波长数，通式为：10

22、GBASE-E/L/SR/W/X1/4。,以太网主要技术参数,以太网距离参数,万兆以太网,万兆以太网是一种只采用全双工与光纤的技术，其物理层（PHY）和OSI模型的第一层（物理层）一致，它负责建立传输介质（光纤或铜线）和MAC层的连接，MAC层相当于OSI模型的第二层（数据链路层）。在网络的结构模型中，把PHY进一步划分为物理介质关联层（PMD）和物理代码子层（PCS）。光学转换器属于PMD层。PCS层由信息的编码方式、串行或多路复用等功能组成。,万兆以太网的物理层特点,802.3ae标准定义了2种类型的PHY，即局域网PHY和广域网PHY。这2种PHY的区别在于广域网的接口子层(WIS)包含

23、一个简化的Sonet(同步光纤网)/SDH(同步数字系列)帧。为降低广域网PHY的操作成本，IEEE802.3ae工作组综合了Sonet/SDH等各有关标准，使得万兆以太网可以利用Sonet/SDH平稳地通过广域骨干网。,万兆以太网的应用前景,万兆以太网的希望在于其性能价格比优于目前运营商和大型企业使用的SONET技术。OC-192(9.9Gbps)SONET每端口价格在25万30万美元之间，而万兆以太网的预期价格只是其几分之一，同时它还像普通以太网一样易于管理和维护。在今后几年中，企业将采用万兆以太网作为一种交换机到交换机的互连技术。企业采用万兆以太网解决方案可以带来以下好处：消除企业网络骨干的瓶颈现象;创建高速虚拟网;支持较长距离的高带宽以太网连接;提高语音、视频和数据的应用水平;拓展宽带应用;即使在高峰阶段也可以保持网络的高性能；经济地将企业局域网与城域网、广域网相连；降低布线及网络总投资成本。,Thanks!,R&Q?,