第5章以太局域網(wǎng)

1、第第5章章 以太網(wǎng)以太網(wǎng)5.1 概述概述5.2 以太網(wǎng)與以太網(wǎng)與IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)5.3 以太網(wǎng)的以太網(wǎng)的MAC協(xié)議協(xié)議5.4 全雙工以太網(wǎng)全雙工以太網(wǎng)5.5 以太網(wǎng)以太網(wǎng)MAC幀格式幀格式5.6 以太網(wǎng)物理層以太網(wǎng)物理層5.7 小結(jié)與參考資料小結(jié)與參考資料5.1 概述歷史概述歷史 以太網(wǎng)的誕生和發(fā)展以太網(wǎng)的誕生和發(fā)展n以太網(wǎng)的誕生：以太網(wǎng)的誕生：1973年，年，Xerox/PARCnMetcalf命名為命名為Ethernet并于并于1977年獲專利年獲專利n產(chǎn)品的持續(xù)發(fā)展快速推動了以太網(wǎng)的進(jìn)步產(chǎn)品的持續(xù)發(fā)展快速推動了以太網(wǎng)的進(jìn)步n10Mbps：1981年，從粗纜、細(xì)纜，到雙絞線產(chǎn)品

2、年，從粗纜、細(xì)纜，到雙絞線產(chǎn)品n100Mbps：1995年，包括雙絞線、短距離光纖產(chǎn)品年，包括雙絞線、短距離光纖產(chǎn)品n1Gbps：1998年，包括中短距離光纖、雙絞線產(chǎn)品年，包括中短距離光纖、雙絞線產(chǎn)品n10Gbps：2002年，包括局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)光纖產(chǎn)品年，包括局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)光纖產(chǎn)品n以太接入網(wǎng)：以太接入網(wǎng)：2004年，供電信運(yùn)營商采用年，供電信運(yùn)營商采用n以太網(wǎng)從共享網(wǎng)絡(luò)走向交換式網(wǎng)絡(luò)以太網(wǎng)從共享網(wǎng)絡(luò)走向交換式網(wǎng)絡(luò)n采用開放性標(biāo)準(zhǔn)是以太網(wǎng)成為主流的根本原因采用開放性標(biāo)準(zhǔn)是以太網(wǎng)成為主流的根本原因5.1 概述今日概述今日 今日以太網(wǎng)今日以太網(wǎng)n以太網(wǎng)是當(dāng)前局域網(wǎng)的主流技術(shù)以太網(wǎng)是當(dāng)前局域網(wǎng)的

3、主流技術(shù)n在辦公網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域幾乎一統(tǒng)天下在辦公網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域幾乎一統(tǒng)天下n成為局域網(wǎng)鏈路級的主導(dǎo)技術(shù)成為局域網(wǎng)鏈路級的主導(dǎo)技術(shù)n以太網(wǎng)技術(shù)具有廣闊的覆蓋以太網(wǎng)技術(shù)具有廣闊的覆蓋n速率：速率：10M/100M/1G/10G/n網(wǎng)絡(luò)類型：網(wǎng)絡(luò)類型：LAN/WAN/AN，MAN，n正在進(jìn)入家庭和工業(yè)領(lǐng)域正在進(jìn)入家庭和工業(yè)領(lǐng)域5.2 以太網(wǎng)與以太網(wǎng)與802.3標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) 以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展n早期標(biāo)準(zhǔn)早期標(biāo)準(zhǔn)nDEC/Intel/Xerox標(biāo)準(zhǔn)：靈活但不權(quán)威標(biāo)準(zhǔn)：靈活但不權(quán)威nDIX Ethernet： v1.0-1980、v2.0-1982n當(dāng)今標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)今標(biāo)準(zhǔn)nIEEE std 802.3 198

4、5：權(quán)威但不靈活：權(quán)威但不靈活nIEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)草案：標(biāo)準(zhǔn)草案：1982年年12月月nXerox專利轉(zhuǎn)移專利轉(zhuǎn)移IEEE，802.3成為以太網(wǎng)的同義詞成為以太網(wǎng)的同義詞nIEEE std 802.3 2002：權(quán)威、靈活、簡約：權(quán)威、靈活、簡約nIEEE std 802.3 2005：最新標(biāo)準(zhǔn)：最新標(biāo)準(zhǔn)5.2 以太網(wǎng)與以太網(wǎng)與802.3標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) IEEE 802.3 - 現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)系列現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)系列nIEEE 802.3 - 2002nCSMA/CD Access Method and Physical Layer SpecificationsnIEEE 802.3ae - 2002n10

5、 Gb/s OperationnIEEE 802.3af 2003，PoEnDTE Power via MDInIEEE P802.3ah 2004，EFMnSubscriber access networksnIEEE 802.3ai - 2003nMaintenance 7nIEEE P802.3ak - 2004n10GBASE-CX45.3 CSMA/CD協(xié)議協(xié)議n5.3.1 共享信道的訪問協(xié)議共享信道的訪問協(xié)議n5.3.2 CSMA協(xié)議族協(xié)議族n5.2.4 802.3中的中的CSMA/CDn5.3.3 CSMA/CD協(xié)議協(xié)議n5.3.4 以太網(wǎng)從共享走向獨(dú)享以太網(wǎng)從共享走向獨(dú)享5.3

6、.1 共享信道的訪問協(xié)議共享信道的訪問協(xié)議n對于使用共享信道的網(wǎng)絡(luò)對于使用共享信道的網(wǎng)絡(luò)n必須使用必須使用MAC協(xié)議，提供介質(zhì)訪問的控制機(jī)制協(xié)議，提供介質(zhì)訪問的控制機(jī)制n典型的典型的MAC機(jī)制：輪轉(zhuǎn)、預(yù)約、爭用機(jī)制：輪轉(zhuǎn)、預(yù)約、爭用n輪轉(zhuǎn)：重載性能好輪轉(zhuǎn)：重載性能好n典型協(xié)議是輪詢和令牌環(huán)典型協(xié)議是輪詢和令牌環(huán)n預(yù)約：適用于長時延信道預(yù)約：適用于長時延信道n典型協(xié)議是預(yù)約典型協(xié)議是預(yù)約ALOHAn爭用：負(fù)載不重時時延短爭用：負(fù)載不重時時延短n典型協(xié)議是典型協(xié)議是CSMA系列系列5.3.1 共享信道的訪問協(xié)議共享信道的訪問協(xié)議n爭用型訪問協(xié)議分為三個基本類型爭用型訪問協(xié)議分為三個基本類型nLAT

7、: Listen After Talkingn說了再聽說了再聽，典型協(xié)議：，典型協(xié)議： ALOHAnLBT: Listen Before Talkingn先聽后說先聽后說，典型協(xié)議，典型協(xié)議/CSMAnLWT: Listen While Talkingn邊說邊聽邊說邊聽，典型協(xié)議：，典型協(xié)議：CSMA/CDn以太網(wǎng)的以太網(wǎng)的MAC層使用層使用CSMA/CD協(xié)議協(xié)議5.3.2 CSMA協(xié)議協(xié)議n5.3.2.1 基本思路基本思路n5.3.2.2 沖突避免策略沖突避免策略n5.3.2.3 沖突避免性能沖突避免性能n5.3.2.4 協(xié)議改進(jìn)思路協(xié)議改進(jìn)思路n5.3.2.5 沖突檢測沖突檢測n5.3.2

8、.6 MAC算法小結(jié)算法小結(jié)5.3.2.1 基本思路基本思路nCSMA：載波偵聽多路訪問：載波偵聽多路訪問ncarrier sense multiple accessn基本思路：先聽后發(fā)基本思路：先聽后發(fā)n站點(diǎn)發(fā)送前對信道進(jìn)行偵聽站點(diǎn)發(fā)送前對信道進(jìn)行偵聽n如果信道空閑：可以發(fā)送如果信道空閑：可以發(fā)送n否則，信道忙：等待否則，信道忙：等待n注意：采用注意：采用CSMA存在沖突存在沖突采用采用CSMA依然存在沖突依然存在沖突n傳播時延可能導(dǎo)致產(chǎn)生沖突傳播時延可能導(dǎo)致產(chǎn)生沖突n假設(shè)假設(shè)A站的信號正在網(wǎng)絡(luò)上傳播站的信號正在網(wǎng)絡(luò)上傳播nA站信號還未到站信號還未到E站，站，E站認(rèn)為信道閑，啟動發(fā)送站認(rèn)為信

9、道閑，啟動發(fā)送n結(jié)果結(jié)果A、E站發(fā)送的信號在網(wǎng)上沖突站發(fā)送的信號在網(wǎng)上沖突E站在時刻站在時刻t檢測信道閑，檢測信道閑，啟動發(fā)送啟動發(fā)送A站站B站站C站站D站站 E站站A站發(fā)送幀在時刻站發(fā)送幀在時刻t傳播到傳播到B站站兩幀在時刻兩幀在時刻t+ t碰撞碰撞5.3.2.2 沖突避免策略沖突避免策略nCSMA協(xié)議避免沖突可采用三種策略協(xié)議避免沖突可采用三種策略n有數(shù)據(jù)待發(fā)，則監(jiān)聽信道有數(shù)據(jù)待發(fā)，則監(jiān)聽信道/介質(zhì)介質(zhì)（1）如果介質(zhì)空閑，）如果介質(zhì)空閑， 發(fā)送發(fā)送（2）如果介質(zhì)忙）如果介質(zhì)忙 ，有三種處理策略：，有三種處理策略：n非堅持（非堅持（0堅持）：堅持）：發(fā)送概率：發(fā)送概率：0 n堅持監(jiān)聽直到介質(zhì)

10、空，隨機(jī)后退，返回（堅持監(jiān)聽直到介質(zhì)空，隨機(jī)后退，返回（1）n1堅持：堅持：發(fā)送概率：發(fā)送概率：1 n堅持監(jiān)聽直到介質(zhì)空，立即發(fā)送。堅持監(jiān)聽直到介質(zhì)空，立即發(fā)送。 n p堅持堅持 ：發(fā)送概率：發(fā)送概率：P（0P10，j=10，i最大為最大為16）n第第16次重試仍碰撞，放棄本次發(fā)送，宣告失敗次重試仍碰撞，放棄本次發(fā)送，宣告失敗可見：共享可見：共享Ethernet很難保證時延業(yè)務(wù)的質(zhì)量很難保證時延業(yè)務(wù)的質(zhì)量2的進(jìn)一步理解的進(jìn)一步理解n2 是共享是共享Ethernet最遠(yuǎn)最遠(yuǎn)2個站點(diǎn)間傳播時間的個站點(diǎn)間傳播時間的2倍倍 n2是最小幀長的發(fā)送時間是最小幀長的發(fā)送時間nEthernet 的最小幀長為的

11、最小幀長為64字節(jié)（字節(jié)（512位）位）n10Mbps ： 2=51.2 sn100Mbps ：2= 5.12 sn2是是CSMA/CD協(xié)議要求各站的沖突檢測時間協(xié)議要求各站的沖突檢測時間可見：可見：2 的大小決定了共享的大小決定了共享Ethernet的網(wǎng)絡(luò)直徑的網(wǎng)絡(luò)直徑 這是早期共享這是早期共享Ethernet范圍小的根本原因范圍小的根本原因5.3.3 802.3中的中的MAC協(xié)議要點(diǎn)小結(jié)協(xié)議要點(diǎn)小結(jié)n1堅持堅持CSMA/CD算法算法n1堅持：及時利用信道空閑傳送，減小時延堅持：及時利用信道空閑傳送，減小時延n注意：網(wǎng)絡(luò)重負(fù)載時，注意：網(wǎng)絡(luò)重負(fù)載時，1堅持算法沖突嚴(yán)重堅持算法沖突嚴(yán)重nCD：

12、及時檢測到?jīng)_突而停止發(fā)送，減少沖突可能性：及時檢測到?jīng)_突而停止發(fā)送，減少沖突可能性n發(fā)送沖突強(qiáng)化信號發(fā)送沖突強(qiáng)化信號n檢測到?jīng)_突立即發(fā)送一定長度的沖突強(qiáng)化信號檢測到?jīng)_突立即發(fā)送一定長度的沖突強(qiáng)化信號n讓網(wǎng)絡(luò)上其它站可靠檢測沖突讓網(wǎng)絡(luò)上其它站可靠檢測沖突n采用指數(shù)隨機(jī)后退法采用指數(shù)隨機(jī)后退法n二進(jìn)制指數(shù)后退：每次沖突、后退時間均值加倍二進(jìn)制指數(shù)后退：每次沖突、后退時間均值加倍n減少沖突再次發(fā)生，在信道高負(fù)荷時也不易堵塞減少沖突再次發(fā)生，在信道高負(fù)荷時也不易堵塞n但有失公平性（可能先爭用后發(fā)出去）但有失公平性（可能先爭用后發(fā)出去）5.3.4 以太網(wǎng)從共享走向獨(dú)享以太網(wǎng)從共享走向獨(dú)享nCSMA/CD

13、的應(yīng)用背景的應(yīng)用背景n共享信道、半雙工傳送共享信道、半雙工傳送n以太網(wǎng)正在從共享走向獨(dú)享以太網(wǎng)正在從共享走向獨(dú)享n以太網(wǎng)中，正在廣泛使用交換機(jī)以太網(wǎng)中，正在廣泛使用交換機(jī)n交換機(jī)中繼的干線基本都是獨(dú)享鏈路交換機(jī)中繼的干線基本都是獨(dú)享鏈路nCSMA/CD正在失去作用空間正在失去作用空間n今日，以太網(wǎng)的核心價值不再是今日，以太網(wǎng)的核心價值不再是CSMA/CD算法算法n而是而是MAC幀和幀和MAC原語兼容，是原語兼容，是以太網(wǎng)的概念以太網(wǎng)的概念！5.4 全雙工以太網(wǎng)全雙工以太網(wǎng)n5.5.1 半雙工以太網(wǎng)半雙工以太網(wǎng)n5.5.2 全雙工以太網(wǎng)全雙工以太網(wǎng)n5.5.3 全雙工以太網(wǎng)中的流控全雙工以太網(wǎng)中

14、的流控5.5.1 半雙工以太網(wǎng)半雙工以太網(wǎng)n半雙工以太網(wǎng)半雙工以太網(wǎng)n共享式以太網(wǎng)都采用半雙工通信方式共享式以太網(wǎng)都采用半雙工通信方式n共享信道上只允許有一個發(fā)送，否則沖突共享信道上只允許有一個發(fā)送，否則沖突n一個站點(diǎn)在發(fā)送時不能接收一個站點(diǎn)在發(fā)送時不能接收n有時稱之為有時稱之為n傳統(tǒng)以太網(wǎng)或傳統(tǒng)以太網(wǎng)或CSMA/CD網(wǎng)網(wǎng)n半雙工以太網(wǎng)的特點(diǎn)半雙工以太網(wǎng)的特點(diǎn)n即是共享式以太網(wǎng)的特點(diǎn)即是共享式以太網(wǎng)的特點(diǎn)5.5.2 全雙工以太網(wǎng)全雙工以太網(wǎng)n交換式以太網(wǎng)的干線交換式以太網(wǎng)的干線n交換機(jī)之間鏈路采用獨(dú)享交換機(jī)之間鏈路采用獨(dú)享信道信道n點(diǎn)對點(diǎn)鏈路，全雙工物理點(diǎn)對點(diǎn)鏈路，全雙工物理介質(zhì)介質(zhì)n雙絞線、

15、光纖雙絞線、光纖n采用兼容的采用兼容的MAC幀格式幀格式n與傳統(tǒng)的以太網(wǎng)比較與傳統(tǒng)的以太網(wǎng)比較n大大提高網(wǎng)絡(luò)容量大大提高網(wǎng)絡(luò)容量交換機(jī)交換機(jī)HHHH5.5.3 全雙工以太網(wǎng)中的流控全雙工以太網(wǎng)中的流控n全雙工以太網(wǎng)的潛在的問題全雙工以太網(wǎng)的潛在的問題n大大提高容量，同時也存在丟幀的可能性大大提高容量，同時也存在丟幀的可能性n例如：當(dāng)多數(shù)據(jù)源高速發(fā)送時例如：當(dāng)多數(shù)據(jù)源高速發(fā)送時n交換機(jī)只能分別向服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)各站數(shù)據(jù)交換機(jī)只能分別向服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)各站數(shù)據(jù)n內(nèi)存空間受限，可能溢出內(nèi)存空間受限，可能溢出n服務(wù)器也可能服務(wù)器也可能n處理能力、內(nèi)存空間受限處理能力、內(nèi)存空間受限n流量控制機(jī)制是避免流量控制機(jī)制是

16、避免 丟棄的最佳辦法丟棄的最佳辦法5.5.3 全雙工以太網(wǎng)中的流控全雙工以太網(wǎng)中的流控n基本思想基本思想n反壓機(jī)制：反壓機(jī)制：backpressuren接收端向快的發(fā)送端發(fā)接收端向快的發(fā)送端發(fā)PAUSE幀通知發(fā)送端暫停發(fā)送幀通知發(fā)送端暫停發(fā)送n最初發(fā)布在最初發(fā)布在802.3-1997，目前是標(biāo)準(zhǔn)的選項，目前是標(biāo)準(zhǔn)的選項n協(xié)議結(jié)構(gòu)協(xié)議結(jié)構(gòu)n在在MAC與與LLC之間增加之間增加MAC控制子層控制子層nMAC控制子層控制控制子層控制PAUSE幀的收發(fā)幀的收發(fā)LLC子層子層MAC控制子層（可選）控制子層（可選）MAC介質(zhì)訪問控制介質(zhì)訪問控制物理層物理層5.5.3 全雙工以太網(wǎng)中的流控全雙工以太網(wǎng)中的流

17、控n用用PAUSE幀實現(xiàn)流量控制幀實現(xiàn)流量控制n使用使用PAUSE幀前需要通信雙方的協(xié)商認(rèn)可幀前需要通信雙方的協(xié)商認(rèn)可nPAUSE幀用于交換機(jī)幀用于交換機(jī)/工作站相互控制流量工作站相互控制流量n交換機(jī)側(cè)的實現(xiàn)交換機(jī)側(cè)的實現(xiàn)n設(shè)置緩存極限值并可在端口間動態(tài)調(diào)配設(shè)置緩存極限值并可在端口間動態(tài)調(diào)配n一個端口的緩存快滿時則向外發(fā)一個端口的緩存快滿時則向外發(fā)PAUSEn工作站的實現(xiàn)工作站的實現(xiàn)n工作站的網(wǎng)絡(luò)接口緩存快滿時向交換機(jī)發(fā)工作站的網(wǎng)絡(luò)接口緩存快滿時向交換機(jī)發(fā)PAUSE 通常采用互控方式通常采用互控方式5.5 以太網(wǎng)以太網(wǎng)MAC幀格式幀格式n5.5.1 802.3幀格式的演進(jìn)幀格式的演進(jìn)n5.5

18、2 802.3-1985幀格式幀格式n5.5.3 802.3-2002幀格式幀格式n5.5.4 802.3的幀間間隔的幀間間隔n5.5.5 802.3 MAC參數(shù)表參數(shù)表5.5.1 802.3幀格式的演進(jìn)幀格式的演進(jìn)nMAC幀結(jié)構(gòu)是以太網(wǎng)的核心幀結(jié)構(gòu)是以太網(wǎng)的核心n是是802.3標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)的重要內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)的重要內(nèi)容nIEEE 802.3-1985n必須配合必須配合LLC使用，遠(yuǎn)不如使用，遠(yuǎn)不如Ethernet實用實用nIEEE 802.3-2002n采用采用Ethernet的思路的思路n靈活、實用、簡約靈活、實用、簡約n802.1q-1998、802.3ac - 1998n幀格式擴(kuò)展：加標(biāo)幀幀

19、格式擴(kuò)展：加標(biāo)幀( Tagged frame )5.5.2 802.3-1985 幀格式幀格式數(shù)據(jù)長度：數(shù)據(jù)長度：461500 八位組八位組6264DA SAFCSPRSFD17幀長：幀長：641518八位組八位組CRC校驗范圍校驗范圍LenLLC Data填充填充n 必須配合必須配合LLC使用使用n MAC只能封裝只能封裝 LLC Data5.5.2 802.3-1985 幀格式幀格式nPR/SFD：前導(dǎo)符：前導(dǎo)符/幀起始定界符幀起始定界符n幀前位同步與幀同步：幀前位同步與幀同步：7*10101010+ 10101011n由物理層完成由物理層完成nDA/SA：宿：宿/源地址，源地址，2* 6

20、個八位組個八位組n宿地址：目的方地址，單播宿地址：目的方地址，單播/組播組播/廣播地址廣播地址n源地址：數(shù)據(jù)源地址，只能是單播地址源地址：數(shù)據(jù)源地址，只能是單播地址nLen：長度，：長度，2個八位組個八位組n本段之后、本段之后、FCS段之前所有數(shù)據(jù)之長度和段之前所有數(shù)據(jù)之長度和nLLCdata：461500個八位組，只能是個八位組，只能是LLC PDUnFCS： 幀校驗序列，幀校驗序列， CRC-32校驗碼，校驗碼，4個八位組個八位組n校驗幀定位符之后、校驗幀定位符之后、FCS之前的所有數(shù)據(jù)之前的所有數(shù)據(jù)nIEEE 802.3-2002定義了兩種幀格式定義了兩種幀格式n基本基本MAC幀格式幀格

21、式n擴(kuò)展擴(kuò)展MAC幀格式（在幀格式（在VLAN中講）中講）n用于加標(biāo)幀，即含用于加標(biāo)幀，即含QTag前綴的幀前綴的幀n基本基本MAC幀格式幀格式5.5.3 802.3-2002 幀格式幀格式Len/typMAC Client Data填充填充6264DASA校驗校驗PR SFD17幀長度幀長度：641518八位組八位組校驗范圍校驗范圍數(shù)據(jù)長度：數(shù)據(jù)長度：461500八位組八位組5.5.3 802.3-2002 幀格式幀格式n基本基本MAC幀格式幀格式n802.3-2002有重要改動有重要改動n長度段長度段 長度長度/類型段類型段nLLC數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) MAC客戶數(shù)據(jù)客戶數(shù)據(jù)n幀格式改變的重要意義幀格

22、式改變的重要意義n802.3的的MAC幀中，可以封裝各種數(shù)據(jù)幀中，可以封裝各種數(shù)據(jù)n只要在只要在Type字段說明即可字段說明即可nMAC可以無需可以無需LLC，直接為網(wǎng)絡(luò)層提供服務(wù)！，直接為網(wǎng)絡(luò)層提供服務(wù)！nIP over Ethernet，IP over 802.3-20025.5.3 802.3-2002 幀格式幀格式n已經(jīng)定義的已經(jīng)定義的TYPE：n0 x05DCLengthn0 x0800IPv4n0 x0806ARPn0 x8035RARPn0 x814CSNMPn0 x86DDIPv6n0 x880BPPPn0 x8E88EAPOL5.5.4 802.3的幀間間隔的幀間間隔nMAC

23、幀的幀間間隔是傳輸幀的最小間隔幀的幀間間隔是傳輸幀的最小間隔n保證可靠同步定位隨機(jī)發(fā)出的幀保證可靠同步定位隨機(jī)發(fā)出的幀nIEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定幀間間隔為標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定幀間間隔為96bit，即，即n9.6s10Mbps, 0.96 s100Mbps, 幀間隙幀間隙前導(dǎo)與幀定位前導(dǎo)與幀定位MAC 幀長幀長參數(shù)參數(shù)10Mb/s 100Mb/s 1000Mb/s 10Gb/s時隙（時隙（2）512位位51.2 s512位位5.12 s4096位位5.096 s幀間隙幀間隙( s)9.60.960.0960.0096嘗試限制（次）嘗試限制（次）101010后退限制（次）后退限制（次）161616沖突加強(qiáng)

24、（位）沖突加強(qiáng)（位）323232最大幀長最大幀長(八位組八位組)1518151815181518最小幀長最小幀長(八位組八位組)64646464陣發(fā)限制陣發(fā)限制(八位組八位組) 80005.5.5 802.3 MAC參數(shù)表參數(shù)表5.6 802.3的物理層的物理層n5.6.1 概述概述n5.6.2 10Mbps以太網(wǎng)以太網(wǎng)n5.6.3 100Mbps以太網(wǎng)以太網(wǎng)n5.6.4 1Gbps以太網(wǎng)以太網(wǎng)n5.6.5 10Gbps以太網(wǎng)以太網(wǎng)n5.6.6 幾個附加議題幾個附加議題5.6.1 物理層概述物理層概述n802.3標(biāo)準(zhǔn)在物理配置上很活躍標(biāo)準(zhǔn)在物理配置上很活躍n有利于技術(shù)革新、有力推動以太網(wǎng)發(fā)展有

25、利于技術(shù)革新、有力推動以太網(wǎng)發(fā)展n理解較為吃力理解較為吃力n802.3物理層的一些特點(diǎn)物理層的一些特點(diǎn)n傳輸速率傳輸速率( bps )急劇提高急劇提高n10M10Gbps：E、FE、GbE、10GbEn物理介質(zhì)日益豐富物理介質(zhì)日益豐富n同軸電纜、雙絞線、光纖、對稱屏蔽纜、市話電纜同軸電纜、雙絞線、光纖、對稱屏蔽纜、市話電纜n現(xiàn)在使用：雙絞線、光纖、對稱屏蔽纜、現(xiàn)在使用：雙絞線、光纖、對稱屏蔽纜、市話電纜（以太接入市話電纜（以太接入網(wǎng)中使用）網(wǎng)中使用）n編碼、糾錯日益復(fù)雜編碼、糾錯日益復(fù)雜n物理層框架也很復(fù)雜物理層框架也很復(fù)雜5.6.1 物理層概述物理層概述n802.3標(biāo)準(zhǔn)的物理層框架結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)的

26、物理層框架結(jié)構(gòu) MACRECENCILIATION PCS介質(zhì)介質(zhì) PMA PMDPHYGMIIMDI1000Mb/s PCS介質(zhì)介質(zhì) PMA PMDMIIMDI100Mb/s PLS介質(zhì)介質(zhì) PMAMIIMDI10Mb/sAUIRECENCILIATIONRECENCILIATIONMII 介質(zhì)無關(guān)接口介質(zhì)無關(guān)接口GMII、XGMIIMDI 介質(zhì)相關(guān)接口介質(zhì)相關(guān)接口PMD 物理介質(zhì)相關(guān)子層物理介質(zhì)相關(guān)子層PCS Physical coding sublayerPMA Physical medium attachmentPHY Physical layer devicePLS Physical

27、 layer signalingAUI Attachment unit interface5.6.2 10Mbps以太網(wǎng)以太網(wǎng)n10Mbps/MDI標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)nManchester編碼編碼 ( 1B2B ), 10Mbps/20Mbaudn10BASE5 802.3 -1985（粗同軸纜）（粗同軸纜）n10BASE2802.3a -1988（細(xì)同軸纜）（細(xì)同軸纜）n10BASE-F 802.3j -1993（光纖）（光纖）n10BASE-FL為主，為主，10BASE-FB/FP并未流行并未流行n10BASE-T 802.3i -1990（雙絞線）（雙絞線）n10BROAD36802.3b -19

28、85n10BASE- FOIRL 802.3d -1987n1BASE5802.3e -1987n目前只使用：目前只使用：10BASE-T5.6.2 10Mbps以太網(wǎng)以太網(wǎng) 10Mbps以太網(wǎng)的特點(diǎn)以太網(wǎng)的特點(diǎn)n目前只使用目前只使用10BASE-T接口接口n目前常與目前常與100BASE-T/1000BASE-T聯(lián)合使用聯(lián)合使用n雙絞線、集線器的引入是以太網(wǎng)發(fā)展史上的重大事件雙絞線、集線器的引入是以太網(wǎng)發(fā)展史上的重大事件n光纖通信技術(shù)的初步引入光纖通信技術(shù)的初步引入n光纖以太網(wǎng)引入較后，編碼調(diào)制技術(shù)也較為簡單光纖以太網(wǎng)引入較后，編碼調(diào)制技術(shù)也較為簡單n編碼技術(shù)：曼徹斯特編碼編碼技術(shù)：曼徹斯特

29、編碼n物理介質(zhì)的可用帶寬很寬，不必追求編碼效率物理介質(zhì)的可用帶寬很寬，不必追求編碼效率n傳輸符號率為傳輸符號率為20Mbaud（波特）（波特）nUTP 3的帶寬為的帶寬為16MHzn 注意概念：注意概念：bps, baud, Hz( 帶寬帶寬 )5.6.3 100Mbps以太網(wǎng)以太網(wǎng)n100Mbps/MDI標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)n100BASE-TX/T4/FX802.3u -1995n100BASE-TX： 2*UTP-5、MLT-3n100BASE-T4：4*UTP-3/HD、8B6T-NRZn100BASE-FX：n1300nmMMF/2km、4B5B-NRZIn標(biāo)準(zhǔn)：標(biāo)準(zhǔn)：ANSI X3T12、IS

30、O/IEC 9314n100BASE-T2802.3y -1997n2*UTP3/FD、PAM5*5n100Mbps以太網(wǎng)也稱為快速以太網(wǎng)以太網(wǎng)也稱為快速以太網(wǎng)FE5.6.3 100Mbps以太網(wǎng)以太網(wǎng)nFE物理層標(biāo)準(zhǔn)評價物理層標(biāo)準(zhǔn)評價n100BASE-T4/100BASE-T2 ：UTP-3n隨著隨著UTP-5布線系統(tǒng)的迅速流行而失去市場布線系統(tǒng)的迅速流行而失去市場nT2技術(shù)十分復(fù)雜、其產(chǎn)品從未流行技術(shù)十分復(fù)雜、其產(chǎn)品從未流行n100BASE-TX： 2對對UTP-5(5E)n十分成功，當(dāng)前的主流桌面技術(shù)，技術(shù)思路影響大十分成功，當(dāng)前的主流桌面技術(shù)，技術(shù)思路影響大n當(dāng)前的表現(xiàn)形式：當(dāng)前的表現(xiàn)

31、形式：10/100BASE-T、10/100/1000BASE-Tn100BASE-FX：1310nmMMF/2kmn借用借用FDDI物理層標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)維護(hù)困難物理層標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)維護(hù)困難n效率不高（如效率不高（如1300nmMMF）n單模長距離無標(biāo)準(zhǔn)，各廠商產(chǎn)品很難互連單模長距離無標(biāo)準(zhǔn)，各廠商產(chǎn)品很難互連5.6.4 1Gbps以太網(wǎng)以太網(wǎng)-概述概述n1GbpsMDI的歷史標(biāo)準(zhǔn)的歷史標(biāo)準(zhǔn)n802.3z -19981000BASE-X n802.3ab-19991000BASE-TnANSI/TIA 8541000BASE-TX(并無產(chǎn)品并無產(chǎn)品)n標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)n保持以太網(wǎng)的傳統(tǒng)幀格式，可選保持以

32、太網(wǎng)的傳統(tǒng)幀格式，可選jumbo幀幀n通常使用全雙工，但還保留了半雙工通常使用全雙工，但還保留了半雙工5.6.4 1Gbps以太網(wǎng)以太網(wǎng)-MDIn1000BASE-LX802.3z-1998n長波長激光長波長激光/1310nm8B/10Bn1000BASE-SX 802.3z-1998n短波長激光短波長激光/850nm8B/10Bn1000BASE-CX 802.3z-1998n對稱屏蔽電纜對稱屏蔽電纜0.1 to 25 m8B/10B，n1000BASE-T 802.3ab-1999n超五類雙絞線（超五類雙絞線（UTP5e）4D-PAM55.6.5 10Gbps以太網(wǎng)以太網(wǎng)-MDIn10Gb

33、ps/MDI標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)nIEEE 802.3ae 2002n10GBASE - LX4：運(yùn)行在多模光纖上：運(yùn)行在多模光纖上n10GBASE - SR/LR/ER：園區(qū)網(wǎng)：園區(qū)網(wǎng)n10GBASE - SW/LW/EW：廣域網(wǎng)：廣域網(wǎng)nIEEE P802.3ak-2004n10GBASE - CX4n10GbE體系：只支持全雙工鏈路！體系：只支持全雙工鏈路！5.6.5 10Gbps以太網(wǎng)以太網(wǎng)體系圖體系圖Logical Link Control (LLC)“Ethernet” Upper LayersMedia Access Control (MAC)Serial WAN PHY(64B/66B +

34、 WIS)SerialPMD850 nmWWDMLAN PHY(8B/10B)Serial LAN PHY(64B/66B)SerialPMD1310 nmSerialPMD1550 nmWWDMPMD1310 nmLX4SRLRERSWLWEWSerialPMD850 nmSerialPMD1310 nmSerialPMD1550 nm5.6.5 10Gbps以太網(wǎng)以太網(wǎng)n10GbE接口命名規(guī)則：三前綴接口命名規(guī)則：三前綴n介質(zhì)類型介質(zhì)類型nS：短波長、：短波長、850nmnL：長波長、：長波長、1310nmnE：超長波長、：超長波長、1550nmn編碼方法編碼方法nX：8B/10B編碼，編

35、碼，LAN/PHYnR：64B/66B編碼，編碼，LAN/PHYnW：64B/66B+簡化簡化SDH封裝，封裝，WAN/PHYn波長數(shù)波長數(shù)nN：波長數(shù)，對：波長數(shù)，對WWDM為為4，單波可以省略，單波可以省略“1”n10GBASE- LX4 = Long wavelength, 8B/10B coding (LAN PHY), 4 wavelengthsn10GBASE-EW = Extra long wavelength, WAN PHY, 1 wavelength (serial）5.6.5 10Gbps以太網(wǎng)以太網(wǎng)n10G以太網(wǎng)具有兩個不同的物理層以太網(wǎng)具有兩個不同的物理層n局域網(wǎng)物理

36、層局域網(wǎng)物理層n速率速率10Gb/sn支持密集波分支持密集波分WWDMn提供提供850nm、1310nm和和1550nm接口接口n廣域網(wǎng)物理層廣域網(wǎng)物理層n速率速率9.58464Gb/s（需要進(jìn)行速率適配）（需要進(jìn)行速率適配）n提供提供OC-192接口（接口（SONET/SDH)n傳送傳送SONET/SDH幀（幀（SDH幀封裝幀封裝Ethernet MAC幀）幀）5.6.5 10Gbps以太網(wǎng)以太網(wǎng)n10GbE光接口：標(biāo)準(zhǔn)傳輸距離光接口：標(biāo)準(zhǔn)傳輸距離n注注1：LX4 支持支持 MMF (0-300m)和和SMF (0-10km)n注注2：距離取決于：距離取決于MMF 類型類型( OM3/0M2

37、/OM1 )10GBase-ER10GBase-LW10GBase-LR10GBase-LX410GBase-SW10GBase-SR10GBase-EW65m300m10Km40Km850nm LAN Serial MMF850nm WAN Serial MMF1300nm LAN WWDM MMF11310nm LAN Serial SMF1310nm WAN Serial SMF1550nm LAN Serial SMF1550nm WAN Serial SMF1310nm LAN WWDM SMF15.6.6 附加議題附加議題-以太接入網(wǎng)以太接入網(wǎng)n以太接入網(wǎng)以太接入網(wǎng)nIEEE 80

38、2.3ah-2004n又稱第一公里以太網(wǎng)：又稱第一公里以太網(wǎng)：EFMn目的目的n充分利用現(xiàn)有的電信網(wǎng)絡(luò)接入基礎(chǔ)設(shè)施充分利用現(xiàn)有的電信網(wǎng)絡(luò)接入基礎(chǔ)設(shè)施n運(yùn)行在運(yùn)營商的：接入光纖、電話電纜、小區(qū)用戶線運(yùn)行在運(yùn)營商的：接入光纖、電話電纜、小區(qū)用戶線n基本參數(shù)基本參數(shù)n光纖：光纖：100/1000Mbps，單，單/雙芯，雙芯， 1020公里公里n銅纜：銅纜：2Mbps/3公里，公里，10Mbps/300米米5.6.6 附加議題附加議題-速率協(xié)商速率協(xié)商n接口速率自動協(xié)商接口速率自動協(xié)商nAuto-Negotiationn使用雙絞線連接時，自動選用最佳接口使用雙絞線連接時，自動選用最佳接口n接口提供形式

39、接口提供形式n10/100BASE-TXn10/100/1000BASE-Tn協(xié)商優(yōu)先級協(xié)商優(yōu)先級na) 1000BASE-T 全雙工全雙工/半雙工半雙工 nb) 100BASE-TX全雙工全雙工/半雙工半雙工 nc) 10BASE-T全雙工全雙工/半雙工半雙工 5.6.6 附加議題附加議題-PoEnPoE ：IEEE 802.3af-2003n通過以太網(wǎng)端口通過以太網(wǎng)端口(MDI)對連網(wǎng)設(shè)備對連網(wǎng)設(shè)備(DTE)供電供電n要點(diǎn)要點(diǎn)n饋電設(shè)備饋電設(shè)備( PSE )和受電設(shè)備和受電設(shè)備( PD )nPower Sourcing Equipment : Powered Devicen輸出：輸出： 48V，15.4W/7.0W/5.0Wn應(yīng)用應(yīng)用n網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備：網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備：IP電話機(jī)、網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)電話機(jī)、網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)n網(wǎng)絡(luò)前端設(shè)備：網(wǎng)絡(luò)前端設(shè)備：AP、簡易接入交換機(jī)、簡易接入交換機(jī)5.6.7 物理層小結(jié)物理層小結(jié)n以太網(wǎng)：以太網(wǎng)：MDI全系列全系列10Mbps100Mbps2Mbps10Gbps100m500m750m2000m2700m5000m10km20km1000BASE-PX20最高速率最高速率1Gbps1000BASEB/L/PX10100BASE-FX(MMF)1000BASE-LX (SMF)ExistingIEEE 802.3standardsEFMIEEE 802.3a