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1、HL-003 以太网高级技术 ISSUE 1.1 江西陶瓷工艺美术职业技术学院 n 以太网已经成为网络建设者的新宠 n 以太网以惊人的速度向前发展 n 从速率到结构都已经有了全新变革。 引入 n 掌握各种以太网标准的基本原理 n 掌握各种以太网交换结构的交换原理 n 掌握以太网链路聚合原理和配置 课程目标 学习完本课程，您应该能够： n 第一章 以太网技术的简要回顾 n 第二章 以太网技术标准 n 第三章 以太网交换结构 n 第四章 以太网链路聚合 目录 5 以太网技术的简要回顾 l 在IP网络大家庭中，以太网作为其中的一员工作 在链路层； l 向上提供链路数据传输服务，向下需要物理层作 为传
2、输数据流的基础； l 在以太网链路层，可以进一步划分成如下子层： LLC子层 MAC子层 l 在以太网物理层，可以进一步分成如下子层： PLS PCS PMA 6 以太网发展简史 l 1973年，以太网之父Dr. Robert Metcalfe在Xerox发明了以太网； l 1985年，IEEE正式推出标准以太网802.3 10Base-5的标准； l 1988年，IEEE正式推出标准以太网802.3a 10Base-2的标准； l 1990年，IEEE正式推出标准以太网802.3i 10Base-T的标准； l 1993年，IEEE正式推出标准以太网802.3j 10Base-F的标准； l
3、 1995年，IEEE正式推出快速以太网802.3u 100Base-T的标准； l 1998年，IEEE正式推出千兆以太网802.3z 1000Bas-X的标准； l 1999年，IEEE正式推出千兆以太网802.3ab 1000Base-T的标准； l 2002年，IEEE正式推出万兆以太网802.3ae标准，包含了 10GBase -R，10GBase-W和10GBase-X。 n 第一章 以太网技术的简要回顾 n 第二章 以太网技术标准 n 第三章 以太网交换结构 n 第四章 以太网链路聚合 目录 8 以太网技术标准 l标准以太网 l快速以太网 l千兆以太网 l万兆以太网 9 以太网技
4、术标准 l标准以太网 l快速以太网 l千兆以太网 l万兆以太网 10 标准以太网 l 标准以太网是最早的以太网技术标准，它包 含如下成员： 10Base-5 10Base-2 10Base-T 10Base-F 11 标准以太网的实现模型 l 标准以太网的物理层： 物理信令子层（PLS） 实现MAC子层与PMA子层之间的数据转换和传输 物理介质附属子层（PMA） 实现数据在物理介质上的传输转化，同时完成介质冲 突检测等功能 附属单元接口（AUI） 统一数据输入输出 实现物理介质非相关 介质相关接口（MDI） 提供与传输介质相连的接口 12 标准以太网的物理传输介质和连接器 以太网技 术 传输介
5、质连接器传输距离 10Base-5 粗同轴电缆N型连接器/同轴活栓500M 10Base-2 细同轴电缆BNC T型连接器185M 10Base-T 双绞线RJ45连接器100M 10Base-F 光纤MT-RJ/SC/LC连接器2KM/10KM 13 标准以太网的编码 l 标准以太网采用曼切斯特编码 一个时钟周期传输一个bit，在时钟周期间使用 电平翻转来表示bit信息 高电平到低电平翻转为“0”，低电平到高电平翻 转为“1” 时钟频率为10M 0001111 14 以太网技术标准 l标准以太网 l快速以太网 l千兆以太网 l万兆以太网 15 快速以太网 l 快速以太网在标准以太网的基础上进
6、行了改 进，速率得到大幅提升，并同时兼容了标准 以太网技术： 100Base-T4 100Base-TX 100Base-FX 100Base-T2 16 快速以太网的实现模型 l 快速以太网的物理层 物理编码子层（PCS） 实现数据编解码 物理介质附属子层（PMA） 实现编码组信息和码流信息之间的转换 物理介质相关子层（PMD） 实现码流信息与物理信号之间的转换 自协商子层 实现不同以太网标准之间的协商匹配 介质非相关接口（MII） 实现介质相关于介质非相关的隔离 介质相关接口（MDI） 17 快速以太网的编码 l 快速以太网不同的技术采用了不同的编码算法： 以太网技 术 100Base-
7、T4 100Base- TX 100Base- FX 100Base- T2 编码算法8B6T4B/5B4B/5BPAM5X5 时钟频率25M125M125M25M 线对速率33.3M100M100M50M+50M 线对数量4212 18 MII、MDI与MDI-X l MII是介质非相关接口的简称，是物理层内部接口 l MDI是介质非相关接口的简称，使物理层与传输介质之间 的一种接口 l MII与MDI是一对相对的概念 MII提供与介质无关的服务，不同的介质可以使用相同的MII MDI提供与介质有关的服务，不同的介质具有不同的MDI l MDI-X也是介质非相关接口，也位于物理层和传输介质之
8、 间。 MDI-X实际上是是MDI的一个变种，仅仅在输入输出的引脚上进行 了交换。主要应用于DTE与DTE之间的连接而产生。 19 以太网的自协商 l 以太网自协商的基础：FLP/NLP l 快速链路脉冲（FLP） 快速链路脉冲是一连串的均衡间隔的数据脉冲，每个脉冲 之间间隔为62.57s 每个快速链路脉冲是一个包含17个时钟脉冲和16个数据脉 冲的脉冲串 数据脉冲表示了需要协商的信息参数 . FLP Bursts 20 FLP的基本页信息 l FLP的协商页分为基本页和消息 页 基本页信息 S0-S4表示消息类型：始终为00001 A0-A7表示DTE所支持的技术能力 10BASE-T半双工
9、 10BASE-T全双工 100BASE-TX半双工 100BASE-T4 全双工流控能力指示 100BASE-TX 全双工 保留 全双工非对称流控指示 远程故障指示 成功收到协商页指示 下一页信息指示 S0S1S2S3S4A0A1A2A3A4A5A6A7RFNPAck D0D1D2D3D4D5D6D7D8D9 D10 D11 D12 D13 D14 D15 Selector FieldTechnology Ability Field 21 FLP的消息页信息 l 消息页信息又分为格式化消息和非格式化消息 格式化消息与非格式化消息采用同样的结构 M0-M10（U0-U10）表示消息类型 T表示
10、同步状态 ACK2表示能够兼容消息页指示能力 MP表示是格式化消息还是非格式化消息 M0 M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 M9 M10 T Ack2MP NPAck D0D1D2D3D4D5D6D7D8D9 D10 D11 D12 D13 D14 D15 Message Code Field U0U1U2U3U4U5U6U7U8U9 U10T Ack2MP NPAck D0D1D2D3D4D5D6D7D8D9 D10 D11 D12 D13 D14 D15 Unformatted Code Field 22 技术能力优先级 l 在以太网自协商中，需要根据技术能力的优先级确定最终
11、选 择哪个技术能力与对方匹配，其技术能力级别如下： 技术能力级别技术能力 1000BASE-T全双工（消息页信息）9 1000BASE-T半双工（消息页信息）8 100BASE-T2全双工（消息页信息）7 100BASE-TX全双工（基本页信息）6 100BASE-T2半双工（消息页信息）5 100BASE-T4 （基本页信息）4 100BASE-TX半双工（基本页信息）3 10BASE-T全双工（基本页信息）2 10BASE-T半双工（基本页信息）1 23 MDI与MDI-X的自协商 l 以太网的标准自协商并不包含MDI和MDI-X的自协 商 l MDI与MDI-X的自协商解决了DTE与DT
12、E之间的连 接线缆交叉问题 l MDI-X相对于MDI进行了引脚的交换，某些DTE可 以支持MDI和MDI-X的自动协商和转换 11 MDIMDI/MDI-X 2 3 6 2 3 6 1 2 3 6 24 以太网技术标准 l标准以太网 l快速以太网 l千兆以太网 l万兆以太网 25 以太网技术标准 l标准以太网 l快速以太网 l千兆以太网 l万兆以太网 26 千兆以太网 l 千兆以太网在快速以太网的基础上进行了进一 步的发展，其具体的千兆以太网技术有： 1000Base-X 1000Base-SX 1000Base-LX 1000Base-CX 1000Base-T 27 千兆以太网的实现模型
13、 l 千兆以太网的物理层： 物理编码子层（PCS） 实现数据编解码 物理介质附属子层（PMA） 实现编码组信息和码流信息之间的转换 物理介质相关子层（PMD） 实现码流信息与物理信号之间的转换 千兆介质非相关接口（GMII） 实现介质相关于介质非相关的隔离 介质相关接口（MDI） 28 千兆以太网的编码 l 千兆以太网中采用了两种不同的编码： 1000Base-X：8B/10B 1000Base-T：4D-PAM5 以太网技术编码算法时钟频率线对速率线对数量 1000Base-X8B/10B1250M1000M1 1000Base-T4D-PAM5 125M250M+250M4 29 以太网技
14、术标准 l标准以太网 l快速以太网 l千兆以太网 l万兆以太网 30 万兆以太网 l 万兆以太网除了在速率上有了进一步提高，同 时还为了兼容广域网的连接而产生了新的技术 应用： 10GBase-R 专用光纤传输，同千兆以太网 10GBase-W 采用SDH/SONET作为传输 10GBase-X 采用WDM技术传输 31 万兆以太网的实现模型 l 万兆以太网的物理层： 物理编码子层（PCS） 实现数据编解码 WAN接口子层（WIS） 实现PCS编码信息在SDH/SONET上传 输封装 物理介质附属子层（PMA） 实现编码组信息和码流信息之间的转换 物理介质相关子层（PMD） 实现码流信息与物理
15、信号之间转换 万兆介质非相关接口（XGMII） 实现介质相关于介质非相关的隔离 介质相关接口（MDI） 32 万兆以太网的XGMII、XGXS和XAUI l 万兆以太网的XGMII 数据传输采用并行传输的方式 32个数据通道和4个控制通道（Channel） 每8个数据通道和1个控制通道组成一个大的通路（LANE） 传输距离小（最大7厘米） l 万兆以太网的XGXS 扩展XGMII的传输距离 将高速率数据转换为低速率数据 l 万兆以太网的XAUI 扩展XGMII的传输距离（最大50厘米） 连接XGXS子层 8B/10B编码传输 33 万兆以太网的PCS和PMA l 10GBase-X的PCS和PMA PCS完成XGMII的并行数据到PMA的并行数据转 换 XGMII传输数据32Bit宽 PMA接收数据10Bit宽 采用8B/10B的编码算法 l 10GBase-R&10GBase-W的PCS和PMA PCS完成XGMII的并行数据到PMA的并行数据转 换 XGMII传输数据32Bit宽 PMA接收数据16Bit宽 采用64B/66B的编码算法 34 64B/66B编码 l 64B/66B编码 将两个32Bit宽的数据块合并构成64Bit数据块 扰码计算，防止长时间高电平或低电平 增加同步标志域2Bit 数据信息块：01 控制信息块：10
