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1、以太网自协商机制1 1以太网技术根底 1.1以太网的历史最初的以太网模型是 1972年的Alto Aloha Net work，以太网使用的共享媒体技术是从纯 aloha、分时隙aloha 一直演进到csma/cd。最初的以太网是真正共 享媒体的技术，包括10base2和10base5。由于这两种技术存在工 程安装的困难，出现了采用集线器（HUB）互连的以太网10BASET。 这几种以太网的技术都是半双工的，因此网络上都可能存在冲突， 每一个网络都是一个冲突域，因此冲突检测机制是必须的组件。后 来出现了网桥或二层交换机，它是在MAC层互连不同的网络，不同 端口所连接的网络是不同的冲突域，因此在
2、不同的端口之间不需要 CSMA/CD，而且每个网桥端口都支持全双工，理论上，在全双工的方 式下，网桥各端口所互连的网络都不需要冲突检测机制。1.2以太网的帧结构以太网的帧结构分为两种：Etherll格式 和802.3格式。这二者的不同在于以太网帧承载的载荷前面究竟是 长度（802.3格式）还是帧类型（Etherll格式）。所有的Etherll 的类型域的值必须大于1536，而所有的802.3的长度域的值必须小 于或等于1536。以太网的MAC地址分为全球独一无二的地址和试验 性地址（表达在MAC地址的U/L比特），以及每种地址的单播、播 送、组播地址（表达在MAC地址的G/I比特）。MTU是各
3、种网络的 数据帧所承载的载荷长度，例如以太网最大帧长可以为1518或 1522 （在加上VLAN TAG时），而最大MTU始终是1500字节。以太 网的MTU最小是46字节的原因是由于共享媒体的以太网的冲突检测 机制造成的，如果一帧过短，那么共享媒体的另一台机器很有可能 检测不到该帧的发送，故也发送了一帧，结果双方都不能检测到冲 突，所以要有最小帧长。但是该种限制只是在共享媒体（半双工） 的网络上会存在，对于交换式网络（全双工），理论上是不存在 的。1.3以太网的常见媒体在使用铜缆搭建的以太网中最常见的媒 体是双绞线，双绞线内有4对线，遵循TIA/EIA-568-A标准。线序 为橙白、橙、绿白
4、、蓝、蓝白、绿、棕白、棕。双绞线采用的接口 标准经常是RJ45。在使用光纤搭建的以太网中常见的几种物理媒体是单模或多模光 纤，常见的光纤接口包括SC, LC，FC，MTRJ，光模块类型包括 SFP，GBIC。光模块或光接口的常见标准是100BASE-FX或1000BASE-SX/LX，其 中100BASE-FX使用多模光纤，而1000BASE-SX使用多模光纤， 1000BASE-LX即可以使用多模光纤也可以使用单模光纤。1.4自协商机制自协商机制有两种，一种称为：Auto neg otiation，另一种称为：Aut osensing/Speed Detection Autonegotiat
5、ion包含以下要点：标准的协商速度的握手机制，自 动配置到最可能的连接（也就是100M全双工之类），能够和旧的或 不支持自协商的设备互连。Aut osensing/Speed De tec ti on包含以 下要点：仅仅自动配置到10M或100M，而不作双工设置。10BASE-T的以太网接口（它只支持10M，不支持自协商）在链路UP 之前会发送Link Test Pulse （LTP），该脉冲用以检测链路是否应 该UP；而100BASE-T以太网接口（它只支持100M，不支持自协商） 在链路UP之前会发送FAST ETHERNET IDLE流，用以检测链路是否 应该UP。支持自协商（Auton
6、egotiation）的以太网接口那么在链路UP之前 发送FLP，FLP实际上是一组LTP和数据脉冲的组合，它们说明一种含义：例如我支持100M全双工。较旧的设备例如10BASE-T仍然将 这些FLP识别为LTP，而自协商设备那么能够识别FLP的含义并通 过交互这种握手信息来使链路成为最优配置。如果自协商设备看到 有一般的LTP （不是有特定含义的FLP）输入，它就将本端设置为 10M半双工。如果自协商设备看到有FAST ETHERNET IDLE输入，它 就将本端设置为100M半双工。以上所述的自协商机制只对10/100 兆铜缆接口或千兆光/电口有效，100BASE-FX不支持自协商。下面举
7、例说明10/100M自协商的过程：1. 两台支持自协商的设备互连 设备A和设备B都向外发送 FLP，每台设备收到对端的FLP后在自己的FLP中将确认BIT置位， 然后每台设备将自己的速率和双工设置为双方都支持的最优模式， 并开始发送FAST ETHERNET IDLE，然后链路就UP 了。2. 一台自协商设备和10BASE-T设备 设备A向外发送FLP， 而设备B发送普通LTP。设备A “平行检测”到对端的LTP后，将本 端置为10M半双工。这种情况有个危险情况，就是当B是10M全双 工时，A协商的结果也是10M半双工。3. 一台自协商设备和100BASE-T设备 设备A向外发送FLP, 而设
8、备B发送FAST ETHERNET IDLE。设备A “平行检测”到对端的 IDLE后，将本端置为100M半双工，并开始发送FAST ETHERNET IDLE。这种情况有个危险情况，就是当B是100M全双工时，A协商 的结果也是100M半双工。4. 自协商引起的双工不匹配案例 设备A是自协商状态，设备 B虽然支持自协商，但却被设置为100M全双工，并且关闭自协商功 能。故设备A发送FLP，而设备B发送FAST ETHERNET IDLE。设备 A收到B的IDLE后就将本端设置为100M半双工，而设备B是强制 的100M全双工，所以会出现以下问题：如果设备A和设备同时发送 一帧，设备A会认为发
9、送了冲突并破坏自己发送的帧并丢弃设备B 的帧，然后试图重发自己的帧。而设备B那么不会重发帧，并将设 备A的帧看作是corrupted帧。所以设备A这一侧会纪录很多Late Collisions，而设备B那么会纪录很多CRC ERROR帧。5. 错误配置引起的连接不UP案例 设备A被配置为100M全双 工并使能自协商，设备B被配置为100M半双工（或仅仅是半双工） 并使能自协商。每台设备都收到对端的FLP但由于双工不匹配又无 法更改本地的状态，所以链路不会UP。6. 自协商设备和Autosensing设备的互操作问题Autosensing 设备不使用 FLP，且将 FLP 识别为 LTP。Aut
10、osensing 设备初始时总是发送FAST ETHERNET IDLE，但是当收到了 LTP或 FAST ETHERNET IDLE后，本端会改变发送的脉冲，即收到了 LTP， 本端就发送LTP，收到了 FAST ETHERNET IDLE，本端继续发送FAST ETHERNET IDLE。这就有写列情况：设备A是自协商设备，设备B是 Autosensing设备。初始设备A发送FLP，设备B发送FAST ETHERNET IDLE，设备A收到FAST ETHERNET IDLE后将本端设置为 100M半双工，并开始发送FAST ETHERNET IDLE；设备B肯定先收到 A的FLP并将其识
11、别为LTP，同时将本端设置为10M半双工，同时发 送LTP。链路UP （设备A以后发送的FAST ETHERNET IDLE都被B认 为是垃圾数据，A也可能不理会B的LTP）。这就 出现了一端 10M，另一端100M的情况。或者初始设备A发送FLP，设备B发送FAST ETHERNET IDLE，设备 B先收到A的FLP并将其识别为LTP，同时将本端设置为10M半双 工，并发送LTP；设备A收到B的LTP后并将本端设置为10M半双 工，链路UP。下面说明1000M自协商的过程：千兆自协商和10/100兆自协商使用同样的机制，1000BASE-LX和 1000BASE-SX使用自协商机制来协商双工和流控 1000BASE-T设备 的自协商还会包含附加域（例如是MASTER还是SLAVE）的协商。千 兆设备几乎没有半双工的情况（虽然可以协商），所以很多双工的 问题都不存在了。1. 1000BASE-LX和1000BASE-SX自协商和非自协商的互通 设 备A使能自协商，设备B关闭自协商，这种结果是一端UP, 端 DOWN或两端都不UP。2. 1000BASE-T自协商和非自协商的互通 设备A使能自协商，设备B关闭自协商，这种结果是一端UP, 端DOWN或两端都 不UP。但我司设备这种情况可以UP。
