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1、Page 1,2019/1/31,1以太网产生与IEEE802.3 以太网（Ethernet）是由美国Xerox公司和Stanford大学联合开发并于1975年提出的，目的是为了把办公室工作站与昂贵的计算机资源连接起来，以便能从工作站上分享计算机资源和其他硬件设备。 70年代中期由Xerox Palo Alto Research Center (Bob Metcalfe) 提出，数据率为2.94M，称为Ethernet（以太网）。 经DEC, Intel and Xerox公司改进为10M标准(DIX 标准) 。,第四章 以太网及其交换技术 一、传统以太网,Page 2,2019/1/31,1
2、983年IEEE802委员会公布的802.3局域网络协议（CSMA/CD），基本上和Ethernet技术规范一致，于是，Ethernet技术规范成为世界上第一个局域网的工业标准。 1985年定名为IEEE 802.3，数据率从1M到10M (现已发展到1000M)，支持多种传输媒体。 Ethernet是指基带总线LAN。 Ethernet和IEEE 802.3的帧格式不同。,Page 3,2019/1/31,2、Ethernet的主要技术规范,拓扑结构：总线型。 介质访问控制方式：CSMA/CD。 传输速率：10Mbps。 传输介质：同轴电缆（50）或双绞线。 最大工作站数：1024个。 最大
3、传输距离：2.5km（采用中继器）。 报文长度：641518 Byte（不计报文前的同步序列）。,Page 4,2019/1/31,3、IEEE 802.3 规范,传统以太网 IEEE802.3 同轴电缆Ethernet IEEE802.3a 细缆Ethernet IEEE802.3i 双绞线 IEEE802.3j 光纤 快速以太网FE IEEE802.3u 双绞线，光纤 千兆以太网GE IEEE802.3z 屏蔽短双绞线、光纤 IEEE802.3ab 双绞线,Page 5,2019/1/31,4、IEEE802.3布线介质标准,10Base5 粗同轴 10Base2 细同轴 10BaseT
4、双绞线 10BaseF 光纤MMF 100BaseT 双绞线 100BaseF 光纤MMF/SMF 1000BaseX 屏蔽短双绞线/MMF/SMF 1000BaseT 双绞线,Page 6,2019/1/31,粗同轴电缆，可靠性好，抗干扰能力强 收发器 : 发送/接收, 冲突检测, 电气隔离 AUI : 连接件单元接口 总线型拓扑 用于网络骨干连接,1)、10Base5,Page 7,2019/1/31,1)、10Base5,最大段长度 500米 每段最多站点数 100,两站点间最小距离 2.5米,网络最大跨度 2.5公里,连接处通常采用插入式分接头（ vampire tap ），将其触针小
5、心地插入到同轴电缆的内芯。,vampire tap,Page 8,2019/1/31,细同轴电缆， 可靠性稍差 BNC T型接头连接 总线型拓扑 用于办公室LAN,2)、10Base2,Page 9,2019/1/31,2)、10Base2,细缆,BNC 接头,NIC,每段最大长度 185m 每段最多站点数 30,两站点间最短距离 0.5 m,网络最大跨度 925 m,网络最多5个段,接头处采用工业标准的BNC连接器组成T型插座，,Page 10,2019/1/31,10BASE-2以太网连接,Page 11,2019/1/31,3)、10BaseT,双绞线介质（UTP） 以Hub （集线器）
6、为中心节点。 Hub多端口转发器。 拓扑结构为星形， 逻辑上仍然是总线形。 转发器/中继器的作用：将信号 放大并整形后再转发，消除信号传输的失真和衰减。 转发器/中继器/HUB物理层设备(工作在物理层)。 用于小型LAN。,NIC,HUB,段最大长度 100m,Page 12,2019/1/31,10BASE-T以太网连接,返回本节,Page 13,2019/1/31,4)、10BaseF,使用光纤进行长距离连接， 例如建筑物间连接。 星形拓扑结构 最常见的布线标准： 10BaseFL - 异步点到点链路，链路最长2 km,6、10Broad36,使用75电缆连接，拓扑结构为树形 用于宽带LA
7、N,Page 14,2019/1/31,5、IEEE 802.3的体系结构与功能实现,物理层,电缆,连接器,收发器,AUI电缆,网卡,站接口,数据封装/解封（MAC 帧）,链路管理（CSMA/CD协议）,曼彻斯特编码/译码,发送/接收,MAC,LLC,Page 15,2019/1/31,6、传统局域网的缺点,传统的局域网技术是建立在“共享介质”的基础上，典型的介质访问控制方法是CSMS/CD、Token Ring、Token Bus； 介质访问控制方法用来保证每个结点都能够“公平”地使用公共传输介质； 例如，Ethernet的数据传输速率为10Mbps，那么它的带宽是10Mbps。如果局域网中
8、有N个结点，那么每个结点平均能分配到的带宽为10Mbps/N； 随着局域网规模不断扩大，结点数的不断增加，每个结点平均能分配到的带宽将越来越少。因此，当网络结点数增大、网络通信负荷加重时，冲突和重发现象将大量发生，网络效率将会急剧下降，网络传输延迟将会增长，网络服务质量将会下降。,Page 16,2019/1/31,高速局域网的解决方法,第一种方案是：提高Ethernet的数据传输速率： 10Mbps100Mbps1Gbps ； 第二种方案是：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，这就导致了局域网互连技术的发展； 第三种方案是：将“共享介质方式”改为“交换方式”，这就导致了“交换
9、式局域网”技术的发展； 高速 = 高性能 ？,Page 17,2019/1/31,二、 高速局域网,1、100Mbps 快速以太网简述,又称快速以太网(Fast Ethernet，FE)，包括100Base-TX和100Base-FX。 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,Page 18,2019/1/31,快速以太网组成实例,网卡(外置或内置收发器)、收发器(
10、外置)与收发器电缆 集线器（双绞线或光纤接口） 双绞线及光缆,外置光纤收发器,光纤,100Base FX集线器,100Base TX集线器,100Base TX集线器,光纤,插有光纤接口网卡,UTP5,UTP5,UTP5,UTP5,光纤,UTP5,Page 19,2019/1/31,100BASE-TX组网方法,两级交换机快速以太网组网图,Page 20,2019/1/31,100BASE-T与10BASE-TMbps的 比较,Page 21,2019/1/31,2.交换式以太网,以网络交换机为主干的以太网 拓扑仍为星形结构（总线/HUBLAN_SWITCH） 为何要使用网络交换机？ 以太网共
11、享介质网络 共享介质网络中站点数的增加将导致LAN的性能降低，相当于多个子信道分享通信线路。 解决：网络分段(减少站点数)网络交换 总线网络或基于集线器的网络： 网络总带宽=10Mbps，n个站点共享， 每站点平均带宽10/n Mbps； 基于网络交换机的网络：允许多个信道同时传输信息，不受CSMA/CD的限制， 网络总带宽=（n/2n）*10Mbps，每个连接的带宽为10Mbps ；,Page 22,2019/1/31,使用交换机后，可建立多个并发的通信。例如： 8个端口可建立4个并发通信， 总带宽 = (8/2)*10Mbps = 40 Mbps 在访问服务器的流量非常大的网络中，可在交换
12、机上设置1-2个高速端口(100Mbps/1Gbps)，把服务器与该高速端口相连，便可大大提高服务器访问的速度。这种连接服务器的方法又称为Big-Pipe。,10Mbps 网络交换机,Page 23,2019/1/31,交换机的两种用法(以10Mbps网络交换机为例)： (1) 端口下接站点：站点独占10Mbps带宽 (2) 端口下接网段：网段中所有站点共享10Mbps带宽,共享10M,独享10M,共享10M,独享10M,网络交换机Switch,HUB,HUB,Page 24,2019/1/31,交换式局域网示例,并发连接； S = N * 10Mbps,Page 25,2019/1/31,3
13、、千兆以太网(Gigabit Ethernet，GE),1)千兆以太网的简介 两种标准：802.3z和802.3ab 802.3z 1000BaseX 屏蔽短双绞线/MMF/SMF 802.3ab 1000BaseT 无屏蔽双绞线(5类，6类) 连接距离较短： 1000BaseX:双绞线 - 25米；MMF - 550米；SMF - 3km 1000BaseT: 5类双绞线 100米 拓扑结构和媒体布线方法同10/100BaseT相同； 传输速率比100BaseT快10倍； 帧结构和介质访问控制方式仍沿用IEEE802.3。 允许网络平滑升级到千兆主干，具有较好的兼容性。,Page 26,2019/1/31,2)以太网向千兆位以太网的升级方法,（1）交换机到交换机链路的升级 （2）交换机到服务器链路的升级 （3）快速以太网骨干网的升级 （4）共享式FDDI骨干网的升级 （5）高性能工作站的升级,Page 27,2019/1/31,3）、IEEE802.3Z 千兆以太网的结构模型,Page 28,2019/1/31,4）、千兆位以太网的应用,千兆位以太网与多个交换机的连接原理,
