光纤以太网

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1、光纤以太网 以太网的诞生 u以太网最初是由Xerox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冲突检 测（CSMA/CD）机制，数据传输速率达到10Mbps。 u以太网被设计用来满足非持续性网络数据传输的需要，而 IEEE 802.3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Xerox三家公司联合开发，与IEEE 802.3规范相互 兼容。 以太网发展简史 以太网的特点 u基带网，基带传输技术； u标准：IEEE 802.3； u介质访问控制方法：CSMA/CD；

2、 u共享型网络，网络上的所有主机共享传输介质和带宽； u带宽利用率低，一般为30%40%； u广播式网络，网上传输的数据包在任何主机都可以接收； u拓扑结构：总线型和星型； u传输速率：10M/100M/1G/10G； u传输介质：主要为屏蔽双绞线，同轴电缆，光纤。 u以太网参数指标： 10Base5：粗同轴电缆 10Base2：细同轴电缆 10BaseT：双绞线 10BaseF：MMF光缆 100BaseT：双绞线 100BaseF：MMF/SMF 1000BaseX：屏蔽短双绞线/MMF/SMF 1000BaseT：双绞线 u 10Base5 使用直径为0.4英寸、阻抗为50粗同轴电缆，也

3、称粗 缆以太网，最大网段长度为500m，基带传输方法，拓 扑结构为总线型；10Base5组网主要硬件设备有：粗 同轴电缆、带有AUI插口的以太网卡、中继器 、收发 器、收发器电缆、终结器等。 u 10Base2 使用直径为0.2英寸、阻抗为50细同轴电缆，也称细 缆以太网，最大网段长度为185m，基带传输方法，拓 扑结构为总线型；10Base2组网主要硬件设备有：细 同轴电缆、带有BNC插口的以太网卡、中继器、T型连 接器 、终结器等。 u 10BaseT 使用双绞线电缆，最大网段长度为100m，拓扑结构为星型； 10BaseT组网主要硬件设备有：3类或5类非屏蔽双绞线、带有RJ -45插口的

4、以太网卡、集线器、交换机、RJ-45插头等。 u 1Base5 使用双绞线电缆，最大网段长度为500m，传输速度为1Mbps； u 10Broad36 使用同轴电缆（RG59U CATV），网络的最大跨度为3600m，网 段长度最大为1800m，是一种宽带传输方式； u 10BaseF 使用光纤传输介质，传输速率为10Mbps； uAUI接口 uBNC接口 以太网的帧结构 u以太网的数据单元称为帧，在帧中使用MAC地址 来标记发送方和接收方。发送方在发送数据时， 将接收方的MAC地址和本方的MAC地址封装在帧中 进行发送，接收方收到数据后对帧中的目的MAC 地址进行判断，如果和自己的MAC地址

5、相符，就 接收并处理这个帧；如果和自己的MAC地址不符 ，就丢弃这个帧。 uPreamble field 前导用以发送端和接收端的物理设备达到比特同步。 编码形式为10101010序列。 uStart frame delimiter（SFD）field 帧首定界符，编码形式为“10101011”序列，该字段 功能是指示一帧的开始。 uDA 目的MAC地址，用来指出帧要发往的工作站。 uSA 源MAC地址，指示发送该帧的工作站地址。 u长度/类型指示字段 2字节，用来指示紧随其后的数据字节的长度（如果该字段值 1535）或指定承载的协议类型（如果该字段值1535）。 uDATA 帧要发送的用户数

6、据(由高层提供或接收)。 uPAD 紧接在数据字段之后，用来对数据进行填充，以保证帧长度不少 于64字节（若大于64字节，则无PAD），以适应碰撞检测的需要。 uFCS CRC校验序列，用于校验帧在传送过程中有无差错。 u以太网帧长度：以太网帧长度（从目的mac到fcs ）为641518字节，如果以太网帧为扩展类型， 需要额外增加4个字节，即最长为1522字节。 以太网原理-CSMA/CD uCS：载波侦听 在发送数据之前进行监听，以确保线路空闲，减少冲 突的机会。 uMA：多址访问 每个站点发送的数据，可以同时被多个站点接收。 uCD：冲突检测 边发送边检测，发现冲突就停止发送，然后延迟一个

7、 随机时间之后继续发送。 CSMA/CD工作原理 u以太网采用总线型拓扑结构，任何节点的发送都 是随机的，都必须平等地征用发送时间。如果一 个节点要发送数据，就以“广播”方式把数据通 过总线发送出去，连在总线上的所有节点都能“ 收听”到这个数据信号。 u协议规则： 载波监听 冲突检测 干扰（拥挤）：jamming信号 等待 u以太网数据的发送 先听后发 边听边发 冲突停发 延迟重发 u以太网数据的接收 在接收过程中，以太网中的各节点同样需要监测信道 状态。如果在整个接收过程中没有发生冲突，接收节 点在收到一个完整的数据后即可对数据进行接收处理 。 u冲突检测 发送节点在发送数据的同时，将它发送

8、的信号波形与 从总线上收到的信号波形进行比较。如果总线上同时 出现两个或两个以上节点的发送信号，那么它们叠加 后的信号将不等于任何节点发送的信号波形，表明冲 突已产生。 u整数二进制指数后退算法 碰撞重发之前计算应等待的时间 u可看出：碰撞检测与网络站点距离和最小帧长有 关。 最小帧长越长，允许的网络站点距离越远。 但最小帧长加大将导致短帧填充过多而降低效率。 u时间槽： 即碰撞时隙，碰撞发生在帧开始发送后碰撞时隙时间 长度内，超过此时间长度还没有碰撞的话就一定不会 碰撞。 IEEE 802.3标准中，最小帧长64字节，即512bit，10M 以太网中对于51.2s。 u随机等待规则： 第一次

9、冲突：随机决定立即发送或等待一个时隙 第二次冲突：随机选择等待03个时隙（0 22） 第三次冲突：随机选择等待07个时隙（0 23） 直到第十次冲突：随机选择等待0 1023个时隙 随机等待为时隙的整数倍 时隙：发送最小帧需要的时间 时隙数范围为0 1023 最大尝试次数16次 共享式以太网弱点 u全网共享带宽，时延不确定。 u用户数增加时网络性能急剧下降。 网络 性能 用户数 标准以太网的实现模型 粗同轴电缆AUI连接器 细同轴电缆BNC连接器 双绞线RJ-45连接器 10M光纤以太网结构与工作原理 uP371 交换式以太网 u碰撞域：因信道竞争而发生碰撞的一组站点。 u共享式以太网碰撞域是

10、整个网络，网上所有站点 共享系统带宽。适用于小型网络。 u交换式以太网以以太网交换机为核心连接站点或 者网段。 交换机的端口是碰撞域终点。 系统带宽是端口速率的n倍。 交换机内部存有地址映射表，它反映各个端口与所有 站点地址之间的对应关系。 泛洪（flooding） 交换式以太网工作方式 u直通式（cut-through） u存储转发式（store-and-forward） u自适应方式（self-adaption） u直通式 边收边发：交换机端口接收到数据帧帧头（前14字节 ），马上查询地址映射表，根据结果立即进行转发。 优点：转发延迟小，交换速度快， 缺点：无法检测到冲突帧和出错帧。 u存

11、储转发式 先将数据帧完整地接收下来，交换机的控制器先缓存 输入到端口的数据包，然后进行CRC校验，滤掉不正 确的帧，确认包正确后，取出目的地址，通过内部的 地址表确定相应的输出端口，然后把数据包转发到输 出端口，在根据目的地址转发到指定接口。 u自适应方式 交换机根据网络状况自动更换数据交换方式。 单位时间内帧差错率小于某个阈值时，采用直通方 式。 单位时间内帧差错率大于某个阈值时，采用存储转 发方式。 介于直通式与存储转发式之间的一种解决方案，综合 了两者的优点，数据处理速度介于两者之间。 交换式以太网优点 u相对于共享式以太网，优点如下： 不需要改变网络其他硬件，只需用交换机替换共享式 H

12、UB。 同时提供多个通道，允许多对用户同时通信。 能提供更高带宽和速度。 全双工交换式局域网 u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。 u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。 u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。 u只有采用交换机连接网络时才能

13、使用全双工通信 ，交换机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。 高速光纤以太网 u快速以太网 u千兆以太网协议结构与标准 u千兆以太网技术特征 快速以太网 u速率达到或超过100Mb/s的以太网称为高速以太 网。 u在双绞线上传送100Mb/s基带信号的星型拓扑以 太网，仍使用IEEE 802.3的CSMA/CD协议。 100BASE-T以太网又称为快速以太网（Fast Ethernet）。 100BASE-T概述 u10Mbps100Mbps u媒体访问控制协议CSMA/CD u相同的帧结构，最小帧长为512比特，网络覆盖 范围最多200米 u星

14、型拓扑结构，通过集线器等连接 u媒体速率自动协商 u多种传输媒体 100BASE-T 以太网的特点 u可在全双工方式下工作而无冲突发生。因此，不 使用 CSMA/CD 协议。 uMAC 帧格式仍然是 802.3 标准规定的。 u保持最短帧长不变，但将一个网段的最大电缆长 度减小到 100 m。 u帧间时间间隔从原来的 9.6 s 改为的 0.96 s。 快速以太网物理层规范 双绞线分类 u 一类线：主要用于传输语音（一类标准主要用于八十年代初之前的电 话线缆），不同于数据传输。 u 二类线：传输频率为1MHZ，用于语音传输和最高传输速率4Mbps的 数据传输，常见于使用4MBPS规范令牌传递协

15、议的旧的令牌网。 u 三类线：指目前在ANSI和EIA/TIA568标准中指定的电缆，该电缆的 传输频率16MHz，用于语音传输及最高传输速率为10Mbps的数据传 输主要用于10BASE-T。 u 四类线：该类电缆的传输频率为20MHz，用于语音传输和最高传输速 率16Mbps的数据传输主要用于基于令牌的局域网和 10BASE- T/100BASE-T。 u 五类线：该类电缆增加了绕线密度，外套一种高质量的绝缘材料，传 输率为100MHz，用于语音传输和最高传输速率为10Mbps的数据传 输，主要用于100BASE-T和10BASE-T网络。这是最常用的以太网电 缆。 u 超五类线：超5类具

16、有衰减小，串扰少，并且具有更高的衰减与串扰 的比值(ACR)和信噪比(Structural Return Loss)、更小的时延误差 ，性能得到很大提高。超5类线主要用于千兆位以太网（1000Mbps ）。 u 六类线：该类电缆的传输频率为1MHz250MHz，六类布线系统在 200MHz时综合衰减串扰比（PS-ACR）应该有较大的余量，它提供2 倍于超五类的带宽。六类布线的传输性能远远高于超五类标准，最适 用于传输速率高于1Gbps的应用。六类与超五类的一个重要的不同点 在于：改善了在串扰以及回波损耗方面的性能，对于新一代全双工的 高速网络应用而言，优良的回波损耗性能是极重要的。六类标准中取 消了基本链路模型，布线标准采用星形的拓扑结构，要求的布线距离 为：永久链路的长