《工業(yè)通信與網絡技術》第7章

哈工大網絡與電氣智能化研究所

工業(yè)通信與網絡技術

1第7章以太網

以太網，即Ethernet，美國Xerox公司1975年為小型機研制的一個總線式局域網。1980年Xerox公司與DEC和Intel公司共同提出了第1個以太網規(guī)范。為了緊跟商用局域網不斷變化的要求，近年來，在發(fā)展過程中引入了很多新的策略。其中最重要的有：快速以太網和千兆位以太網將10Mbps的CSMA/CD升級，保留對現有系統(tǒng)的投資。光纖通道花費低且易于升級，可獲得非常高的數據率。高速無線局域網近年來終于浮出水面。哈工大網絡與電氣智能化研究所2第7章以太網哈工大網絡與電氣智能化研究所31傳統(tǒng)以太網由IEEE

802.3標準委員會開發(fā)。1.1

IEEE

802.3媒體訪問控制（MAC）第7章以太網哈工大網絡與電氣智能化研究所45圖CSMA/CD工作原理1.1

IEEE

802.3媒體訪問控制（MAC）

IEEE

802.3使用一種稱為二進制指數退避的１堅持算法：當站點連續(xù)多次遇到沖突時，它仍然不斷地試圖進行重發(fā)。在前10次重傳過程中，每次重傳的隨機時延平均值會加倍。然后再做6次嘗試，此時的平均時延值保持不變。在16次不成功的嘗試后，站點放棄傳輸并報告有差錯發(fā)生。

優(yōu)點：在擁塞程度不斷嚴重的情況下，逐漸增大退避量就可以減小沖突發(fā)生的概率。

缺點：后進先出。第7章以太網哈工大網絡與電氣智能化研究所6

總線結構：沖突將產生一個比正常傳輸電壓更高的擺動。IEEE規(guī)定：如果傳輸方在分接頭檢測到信號值超過單獨傳輸所能產生的最大值，就認為發(fā)生了沖突。

問題來了：如果兩個站點離得很遠，接收方收到的信號衰減很多，合成信號強度可能無法超過門限值。

辦法：IEEE限制電纜長度。10BASE5同軸電纜不超過500

m10BASE2同軸電纜不超過200

m

星形結構：沖突檢測基于邏輯而不是基于電壓。對于任何集線器，如果在超過一個的輸入線路上檢測到有功率信號，就認為發(fā)生了沖突。并把“沖突出現”信號發(fā)到所有輸入線上去，告知眾節(jié)點。

交換機：類推。第7章以太網哈工大網絡與電氣智能化研究所7IEEE802.3MAC幀格式基礎幀Q標志幀包裝幀第7章以太網哈工大網絡與電氣智能化研究所8

IEEE

802.3定義的三種MAC幀類型：基礎幀：最原始的幀格式Q標志幀：支持802.1Q

VLAN功能包裝幀：允許在數據字段添加額外的前綴和后綴，以滿足高層封裝協議的需求。它們的區(qū)別在于MAC客戶數據字段內容的不同。1.2

IEEE802.310Mbps規(guī)約表示記法：<數據率(以Mbps計)>發(fā)送方式最大網段長度<(以百米計)>10BASE510BASE210BASE-T10BASE-F第7章以太網哈工大網絡與電氣智能化研究所9注意：10BASE-T和10BASE-F并不完全滿足標準記法。“T”代表雙絞線，而“F”代表光纖。第7章以太網哈工大網絡與電氣智能化研究所102高速以太網2.1

IEEE

802.3

100Mbps規(guī)約（快速以太網）被籠統(tǒng)地稱為100BASE-T。X：在結點間使用兩條物理鏈路，一條傳輸，一條接收。4：在結點間使用4對雙絞線，每次在一個方向上用3對線。第7章以太網哈工大網絡與電氣智能化研究所11全雙工操作傳統(tǒng)以太網是半雙工的。要想全雙工，必須：站點具有全雙工適配卡星形結構的中點不能是一個簡單的多端口轉發(fā)器，必須是一臺具有交換功能的集線器。

仍然采用802.3

MAC幀格式，執(zhí)行CSMA/CD算法，即便從來也不會檢測到沖突?；旌吓渲每焖僖蕴W方式的一個強項在于它隨時可以支持現存的10Mbps局域網和新出現的100Mbps局域網的混合配置。第7章以太網哈工大網絡與電氣智能化研究所122.2千兆位以太網第7章以太網哈工大網絡與電氣智能化研究所13媒體接入層（MAC）對共享媒體集線器進行了兩大改進：載波擴充在短MAC幀的末尾附加了一組特殊符號，使每個數據塊長度從10Mbps及100Mbps的最小512個比特時間提高到至少4096個比特時間。從而使傳輸相應幀長度所需的時間超過1Gbps下的傳播時延。幀突發(fā)允許連續(xù)傳輸多個短幀，直至達到最大限度，而無須在幀之間放棄對CSMA/CD的控制。幀突發(fā)能夠避免當某個站有多個小幀要傳輸時，載波擴充所產生的額外開銷。

交換集線器：不需要載波擴充和幀突發(fā)，因為站點的數據傳輸和接收可以同時進行，無須干預，也沒有對共享媒體的爭用。第7章以太網哈工大網絡與電氣智能化研究所14千兆位以太網媒體選項（對數刻度）第7章以太網哈工大網絡與電氣智能化研究所152.3

10Gbps以太網對10Gbps以太網的要求越來越迫切：連接的網絡數量在增加每個端站的連接速率在增加帶寬密集型應用的使用在增加，如高質量視頻Web托管和應用托管的業(yè)務量在增加10Gbps以太網前景遠超ATM：不需對以太網分組和ATM信元進行轉換IP結合以太網可提供服務質量和通信量管制能力已定義了多種的標準光端接口（波長和鏈路距離），用來優(yōu)化它的操作，并降低局域網、城域網和廣域網應用的成本第7章以太網哈工大網絡與電氣智能化研究所1610Gbps以太網配置舉例第7章以太網哈工大網絡與電氣智能化研究所1710Gbps以太網距離選項（對數刻度）第7章以太網哈工大網絡與電氣智能化研究所182.4

100Gbps以太網以太網的優(yōu)勢：最受歡迎的有線局域網絡技術將無線技術橋接進本地網絡的首選載體價格合理、可靠且兼容性好100Gbps以太網的市場推動力：數據中心／因特網媒體提供者城域網-視頻／服務提供者企業(yè)局域網因特網交換／ISP核心路由的選擇第7章以太網哈工大網絡與電氣智能化研究所19海量刀片式服務器機房的100Gbps以太網配置舉例第7章以太網哈工大網絡與電氣智能化研究所20

2007年，IEEE

802.3授權成立IEEE

802.3ba40Gbps和100Gbps以太網特別任務組，IEEE

802.3ba標準于2010年完成。它使用多通道分發(fā)技術獲取需要的速度。多通道分發(fā)為了容納40Gbps和100Gbps這樣的高數據率，端站與以太網交換機之間的物理鏈路或兩臺交換機之間的物理鏈路要以多條并行通道來實現。比如：節(jié)點之間的四條并行雙絞線鏈路光纖鏈路上的波分復用虛通道在物理媒體附件(PMA)子層上定義虛通道；虛通道與實際通道數不一致時，由物理媒體相關(PMD)子層分發(fā)。第7章以太網哈工大網絡與電氣智能化研究所21100Gbps以太網的多通道分發(fā)第7章以太網哈工大網絡與電氣智能化研究所22用戶數據流使用64B/66B編碼，利用簡單輪詢機制，以66比特為一個字，將用戶數據一次一個字地分發(fā)到各個虛通道中。每個虛通道會被定期地插入一個獨特的66比特對齊塊。這個對齊塊用來對虛通道進行標識和重新排序，從而重新構造數據流。物理通道使用比特級復用技術發(fā)送虛通道中的通信量。虛通道數量必須是物理通道數的整數倍。對齊塊，由8個單字節(jié)字段再加上前綴的兩比特同步字段（值為10）組成。Frm字段包含了固定的組幀模式，這個模式對所有虛通道都是一樣的，它被接收器用來定位這個對齊塊。VL#字段包含的模式對虛通道而言是唯一的：其中一個字段是另一個字段的二進制取反。第7章以太網哈工大網絡與電氣智能化研究所23媒體選擇縮略語：銅：K=背板；C

=電纜組件光纖：S=短距離(100m);L=長距離(10km);E=加長距離(40

km)編碼機制：R

=

64B/66B塊編碼末尾數字：通道數量（銅纜數或光纖波長）第7章以太網哈工大網絡與電氣智能化研究所24IEEE

802.1Q

VLAN標準

VLAN：即虛擬局域網，是一個從管理上配置的廣播域，由連接到局域網上的終端的一個子集構成。VLAN并不局限于一臺交換機支持的交換機之間通信須指明VLAN成員關系802.1Q規(guī)定通過插入攜帶VID（VLAN標識符）的TCI標簽實現

TCI：即標簽控制信息，通過802.3

MAC幀長度/類型字段設置為0x8100指明。TCI兩字節(jié)，含三部分：用戶優(yōu)先級（3比特）這個幀的優(yōu)先級別。規(guī)范格式指示（