ccna技術主要講解千兆以太網攻城獅

第一部第一部 千兆以太網基第1千兆以太網并不是憑空產生的，而是從一些計算機網絡基礎技術上發(fā)展起來的。它吸取了以太網20多年來的發(fā)展經驗，利用了在此期間開發(fā)的許多先進技術。本章首先回顧以太網的發(fā)展歷史，分析以太網能夠成為主流局域網技術的原因，并千兆以太網得以發(fā)展的基礎技術。第一部分的后續(xù)章節(jié)將詳細介紹這些基礎技術。1973-82：以太網的產生與1973年，位于加利福尼亞PaloAlto的Xerox公司提出并實現了最初的以太網。RobertMetcalfe博士被公認為以太網之父，他研制的原型系統(tǒng)運行速度是2.94兆字節(jié)每秒(3Mb/s)。這個實驗性以太網(在XeroxX-Wire”)用在了Xerox公司早期的一些[1]—XeroxAlto。Xerox沒能成功地將Alto或3Mb/sXerox公司內部，沒有向外部[2]。1979年，Xerox與DE公司(DigitalEquipmentCorporation)，致力于以太網技術的標準化和商品化，并進該項技術在網產品中的用。這是一個很理想的合：Xerox擁有專利和技術，而DEC是當時最大的網絡計算機供應商[3]。為了能確保容易地將商品化以太網集成到廉價中，在Xerox的要求下，In 公司也加入了這個，負責提供這方面的指導。由它們組成的DEC-In -erox(DIX)， 年月開發(fā)并發(fā)布了Mb/s版的以太網標準[DIX80]。這標所持唯一理質粗軸纜。1982年，發(fā)布了該標準的第2版。這版以網對令做略微改，增加網管理功能[DIX82]。與DIXIEEE成立了如今聞名的802計劃，其目標是為LAN技術標準化提供廣泛的工業(yè)框架。的第一次會議于年月在利福尼亞的舊金山召開。當802意識到無法將所有LAN統(tǒng)一到一個標準上時(而這恰恰是802的初衷)，該被分成了幾個工作組(WG)，每個工作組從事不同的LAN技術研究。IEEE802.3研究基于以太網技術的標準，Alto工作站因促進 Macintosh的產生而聞名Alto工作站確實曾走出了。在·執(zhí)政期間，XeroxAlto使用3Mb/s以太網，在白宮當然以總收益做衡量，IBM是計算機的主導制造廠商。不過DEC是小型算機因此DEC的市場擁有IBM的網絡體系結構SNA是面向連接的，不像以太網那樣提供無連接、盡力傳遞的服務，在當時可應用面較窄。 第一部分IEEE802.4和802.5工作組分別研究令牌總線與令牌環(huán)技術(關于IEEE802組織的詳細情況請參1982-1990：10Mb/s1983年6月，IEEE個802.3標準。這個標準與DIX以太網標準相比，除了在一些不太重要的方面有所差別外，基本上使用的是相同的技術。實際上，兩項標準文80年代隨后的幾年中，隨著以太網市場的擴大，在這項基本標準中又增加了一系列中繼器規(guī)范并可支持多種物理介質：適用于廉價桌面設備的細同軸電纜以及用于建筑物之間連接的光纖等。隨著非雙絞線結構化布線系統(tǒng)(參見第2章)的廣泛使用，大多數以太網系統(tǒng)的基礎結構發(fā)生了變化。在20世紀80年代期間，多數以太網都采用物理總線拓撲結構，使用粗或細的同軸SynOpticsCommunications公10Mb/s以太網信號的技術。該公司的一些發(fā)起人來自于最初開發(fā)以太網的XeroxPaloAlto。他們的產品LattisNet在商業(yè)上獲得了成功，使這項技術了標準化。IEEE于1990年9月通過了使用雙絞線介質的以太網(10BASE-T)標準，該標準很快成為辦公自動化應用中首選的以太網技術。1983-1997：LAN網橋接與交換DEC在80年代初開發(fā)了第一個透明LAN網橋，并于1984年發(fā)布了商品化產品。雖然開始時網橋的性能不高、價格較貴，但它非常容易安裝和使用，與當時其他產品(如網絡互連路由器)相比，具有較好的性能價格比。網橋成為多個以太網互連的主流設備(參見第3章)。在80年代中期，許多新老制造商提供了各種各樣的網橋產品。1987年，國際上開始研究把不同供應商的LAN1990年出現的IEEE802.1D標準。1991年，Kalpana公司成立，它致力于開發(fā)一種新型的以太網網橋。這種網橋可以連接大量的設備，所有端口可同時以全容量工作。這些作為“LAN交換機”的設備，不僅很快在傳統(tǒng)的LAN互連中流行，而且還用于連接高性能計算機。之后，又有許多其他公司加入了交換機市場，導致交換機的價格迅速下降。使用交換機后，計算機可以LAN的帶寬，而不再是多個設備共份帶寬。這省去了控制機制，并且實現了“全雙工以太網”(參見第4章)。1995年，IEEE802.3開始研究全雙工操作的標準，并在1997年通過了一項標準[IEEE97]。1992-1997計算機性能和應用需求的增長，要求網絡容量也同時增長。交換式LAN給每個桌面機帶來了更大的帶寬，它們不必再與其他用戶共個信道。當然，大多數網絡使用服務器，這些服務器仍然由許多用戶共享。由于每個用戶擁有帶寬，因此對服務器的帶寬需求變得1991~192，andJunction網絡公司認識到要使桌面交換機真正達到實用，它們與共享資源(如服務器和主干網連接)之間就需要有一種更高速的連接。因此，該公司開發(fā)了一種高以網這網本征如格軟接、制法，往太相第1章千兆網之前的以太 同，但是運行速度達到100Mb/s。這是一個巨大的成功，并且孕育了另一項工業(yè)標準。隨后快速以太網標準[IEEE95]促使一批高容量以太網產品的誕生。注意，這是從最初DIX規(guī)1996在快速以太網的標準提出后不到一年，對千兆以太網的研究工作也開始了，這種網的速率可達到1000Mb/s15年來人們對網絡容量不斷膨脹的需要，它以驚LAN中得到廣泛的部署。然而交換技術與快速以太網的結合無疑對網絡服務器和園區(qū)主干網施加了更大的壓力。千兆以太網正是為滿足這種需要而發(fā)展起來的。許多公司開發(fā)并了的1000Mb/s以太網產品。1996年IEEE8023成立了一個標準開發(fā)任務組，1998年完成并通過了標準[IEEE98]。研究工作又向支持桌面應用的雙絞線千兆以太網技術方面拓展。圖1-1說明了在過圖1-1以太網數據率增長趨現世上用以接已過1億(寫本時，數運于10Mb/s)。它們連接著個人計算機、服務器、網絡互連設備、、測試設備、 交換機、有線電視機頂盒等設備，數量龐大并且日益增長。許多產品并沒有將設備接入“傳統(tǒng)”計算機網絡的打算；以太網只是一個價格低廉、高速、通用的接口。以太網已經成為“90年代的RS-232，這正與其設計者當初的想法相吻合[SEIF83]。為什么會這樣？以太網如此流行原因是什么？在20世紀80年代中期，當以太網系統(tǒng)逐漸得以廣泛實現并發(fā)售時，IBM研制并向市場推出了它的令牌環(huán)技術，作為一個競爭性LAN替代系統(tǒng)。許多工業(yè)分析家預測，令牌環(huán)的市場 第一部分上述優(yōu)點加上世界上最大的計算機公司的支持和已經通過的國際標準，還有一長串的設備供應商愿意也有能力供應令牌環(huán)產品，所有這些似乎表明那些分析家的將成為現實。但是事情并沒有發(fā)生。沒有人能夠給出合理的理由。令牌環(huán)作為一種技術和產品是不成功的，它從沒有達到以太網這樣的廣泛使用度和市場份額。令牌環(huán)在新產品中的銷售曲線從來沒有超過以太網，以太網一直占據優(yōu)勢[1]。令牌環(huán)在其全盛時期占領了20%~25%的LAN市場份額。最近幾年，這個份額在逐年下降，幾乎到了可以忽略不計的地步。令牌環(huán)技術為許多用戶的商務通信問題提供了實際的解決方案。在其擁有20%市場占有率的時期，使許多設備供應商賺足了錢，但是它從來沒有成為像以太網那樣成功的產品。導致這種結果的原因之一是，雖然許多計算機公司到目前仍然生產令牌環(huán)的接口卡、集IBM是唯一家積極推行基于令牌環(huán)機制的計算機系統(tǒng)制造商。建立網絡的最終目的是把支持用戶應用的計算機連接起來。網絡設備供應商提供這些計算機互連的產品，但是網絡是一種而不是最終目的。以太網從一開始就得到了許多計算機制造商的支持，不僅包括最初的DIX，還包括其他許多計算機廠商，如SUN，Hewlett-Packard等。價格是。當一個問題有多種可選的解決方案時，價格最低的方案通常能夠勝出。最終用戶很少關心數據在網絡上傳輸用的是環(huán)還是采用了一種分布式競爭仲裁方法，他們所需要的是把電纜插入到計算機中完成他們的任務。只要網絡能夠支持運行在接入計算機上的應用，那么很大程度上用戶并不關心網絡操作的內部細節(jié)。從更次上看，用戶需要的是能支持其應用并且價格最低的網絡技術。除非高價格的產品真正物有所值，用戶沒有理由花費的錢。高價位產品理應具有低價位產品所不具有的特性，并可運行在低價格產品上無法運行的應用。以太網就是一種比令牌環(huán)價格低的網絡。許多人相信，如果令牌環(huán)能有以太網那么大的市場份額，它也會有以太網這樣低的價格。也就是說，以太網之所以便宜就是因為它的市場占有率高。實際上并非如此。以太網比令牌環(huán)價格低有其根本原因，理解了這一點你就能真正了解網絡產品成功的奧秘。千兆以太網與其替代技術，特別是異步傳輸模式TM(參見16章)之間也存在著同樣的道理。以太別簡單。它的確缺乏許多的特性和選項，而這對它沒有任何損害，相反這還是一個優(yōu)點，因為構造以太網使用的電路較少，由此可以降低成本。例如：優(yōu)先權控制是復雜的。以太網沒有優(yōu)先權控制意味控制算法可以很簡單。它不需要管理網絡上當前的優(yōu)先權級(而令牌環(huán)和令牌總線系統(tǒng)都存在這個問題)。這還有一個好處，沒有優(yōu)先權的網絡是公平的，任何站點網絡的可能性都與其他站相1995年，在參觀位于北卡羅的ResearchTrianglePark的IBM網絡產品開發(fā)時，我注意到一個祝第1000萬個IBM令牌環(huán)接口的誕生的標語。IBM是世界上主導令牌環(huán)接口的廠家，這是10年以來的重要里程碑。而當時作為整個網絡接口的主導制造商的3Com公司，每個月就要生產100萬個以太網接口1997年這個數字翻了一番，每個月接近200萬個，而3Com只占領了40%的以太網接口市場。第1章千兆網之前的以太 同，沒有哪個站可以阻礙其他站的工作[1]以太網不需要控制站。令牌環(huán)采用了“動態(tài)”的思想，需要有一個站負責管理令牌環(huán)的算法比以太網更復雜。簡單地說，令牌環(huán)LAN比以太網有可能的“狀態(tài)(操作條件)。異常情況的數目(令牌丟失、線路連接中斷、站點加入或離開等等)數量很大，上述因素導致，在完成相同的任務條件下，令牌環(huán)控制器比以太網控制器需要的電路。使用不到3000個等價門元件的硬編碼邏輯(有限狀態(tài)機)就可以實現以太網基本控制機制(CSMA/CD，詳細信息參見第十章)。令牌環(huán)控制算法非常復雜，以致于通常在接口實現中要使用嵌入的微控制器(即在接口卡控制中的內部計算機)，在工作時微控制器需要從主機中加載軟件。用簡單的狀態(tài)機構造這么復雜的網絡控制器是不可行的。復雜性增加意味著電路增加。的電路等于更高的價格，高價格等于較少的銷售量，就是這么簡單。很明顯，與產業(yè)中的現象一樣，大銷售量有助于降低價格。但是底層的復雜性問題是無法回避的。到1997年，用不到20就可以到10Mb/s以太網的個人計算機接口。而一個DIX貢獻出他們唯一的LAN，以太網1980年，DEC、In和Xerox制定了10Mb/s以太網規(guī)范，該規(guī)范成為IEEE802.3標準的基DIX[2]。它們的想法是讓其他人能盡量方便地得到以太網技術，進而制造以太網產品。這似乎與其最初的競爭利益不太一致。但從長遠看，這種不把技術當作秘方的策略將使市場能更快發(fā)展。擁有巨大餡餅的一小片比只擁有屬于自己的一塊小蛋糕要好。Xerox[3][METC77,BOGG78]。使用以太網技術不需要付證費用[4]，Xerox甚至放棄了它對以太網名稱的商標，允許自由地把它作為CSMA/CDLAN的通用名稱。所有這些舉動都使以太網易于融入新產品中。令牌環(huán)LAN(IEEE802.5)使用優(yōu)先權，使得某些站點可以根據需要優(yōu)先網絡。令牌總線LAN(IEE8024)使用不同的優(yōu)先算法。它在一個站點之內實行優(yōu)先權。這種模型意味著的復雜性和開銷，因為這種算法是站點中有多個發(fā)送隊和接收隊。結果是出現復雜的內存接口，并且很可能需要額外的內存。更有趣的是，令牌環(huán)支持8個優(yōu)先級別，而應用程序很少使用這種性能。實際上令牌環(huán)上傳輸的每一個幀都是以最高用戶數據優(yōu)先級發(fā)送的。()每個站點都使用高優(yōu)先級，結果是除了代價增加以外與沒有優(yōu)先控制是一樣的。這僅指最初的DIX“藍皮書”。[DIX80，DIX82]以該標準為基礎的IEEE802.3 在IEEE802.3的開發(fā)和標準化之前，以太網的地址塊(見第5章)由Xerox公司分配。對于塊地址分配，Xerox$1000，作為的、全世界范圍內，非專有的免版稅的證，擁有該證可以使用[METC77]和[BOGG78]中的專利。當地址分配權利轉移到IEEE，Xerox甚至放棄了這種一般的證做法。(但是IEEE仍然$1000，大概是支付用并且確保每個不會申請自己的地址塊！在IEEE802標準的十慶典上，以太網的最早發(fā)明人RobertMetcalfe博士，在談及以太網與IEEE8023之間是否有所不同時說：“我發(fā)明了以太網，我說明了以太網的含義。而我要說以太網就是 第一部分1979Apple、modore64、早期的8088“盒”式機或其他類似的機器。它們今天除了用作古董外，已經沒有實用的價值。沒有人會認真地考慮在現代通用PC中使用其技術(如8080處理器)。類似地，那個年代的磁盤技術—低密度的8英寸軟盤和有洗衣機大小的硬盤驅動器也已經，取而代之的是改進后的高密度、小體積、低價格的產品。計算機相關技術的發(fā)展非常迅速，常常在當前產品被淘汰時，我們甚至還沒有付清錢！[BARR96]1MZ6502(AppleII)的機器上運行今天的應用程序。但是共享式10Mb/s以太網在很多組織中仍工作良好。從運行的角度看，這是一種從1980年起就未改變的技術。當古老的計算機技術只能用來在博物館展覽時，古老的網絡技術如何能夠很好地為我們服務？計算技術與通信技術長時間來有一種穩(wěn)定的變化關系。這兩種技術的發(fā)展并不同步。在某個時期內，計算性能可能超過當時的通信技術，而另一個時期內，通信技術又可能超過當時的計算性能。系統(tǒng)性能要么受到了通信系統(tǒng)的限制，要么受到了使用這些通信信道的計算1-2計算能力出通訊能 通信能力出計算能圖1-2計算與通20世紀70年代，隨著微處理器到高端超級小型機和大型計算機的發(fā)展，計算技術有LAN或計算機通信技術上卻沒有同樣的發(fā)展。甚至到了20世紀70年代后期，大多數計算機間的通信用的是RS-232串行連接，速率為19.2Kb/s。當時已有商業(yè)化的低速(1-2.5Mb/s)LAN(的et和Corvus公司的OmniNet)，但是它們都是專用的，并且使用范圍不廣。以太網把鐘擺擺得很遠，它穿過墻進入了另一個房間，10Mb/s的網絡遠遠超出了那個時代計算機的需求和性能。在1983年，即使VAX超級微型計算機也不能充分利用10Mb/s(也就是說，它不能以LAN的全數據速率發(fā)送和接收數據，參見第15章)。大多數觀察家和用戶認為以太網的設計太野心勃勃了。世界不需要10Mb/s1Mb/s網絡，從最初引入10Mb/s以太網，到普通桌面微機能以全網絡速度進行持續(xù)的數據傳輸，用第1章千兆網之前的以太 了十年的時間[1]。在那段時期，以太網缺少升級的驅動力是毫不奇怪的，10Mb/sLAN實際上到20世紀90年代，鐘擺已經從另一個房間擺回，并開始擺過中點。一般的桌面計算機都能夠輕易地占滿10Mb/s的LAN，而支持多用戶的服務器則需要更大的通信容量。因此快速以太網(以及交換機，第3章中討論)發(fā)展起來，并且迅速流行?？焖僖蕴W市場的發(fā)展甚至比其18100Mb/s接口迅速成為一種低價產(并且也不能利用)快速以太網，但是100Mb/s接口，這與早些年人們使用10Mb/s以太網的原因相同：它們并不昂貴，并且能支持隨時間增長的性能需要。當然，隨著桌面網絡性能的提高，對服務器與主干網絡的需求也增加了，并且是在一個10Mb/s100Mb/s主干網及服務器連接是合適的。隨著桌面從10Mb/s遷移到100Mb/s，主干網與服務器的需求也有類似的增長。千兆以太網使得鐘擺在另一個方向上不會擺得太遠，也就是說，使得計算性能過通信網絡太多。當以太網首次廣泛地應用于商業(yè)時，它只支持單一數據率(10Mb/s)以及一種物理介質(粗同軸電纜)。因此術語“以太網”毫無爭議地專指這種系統(tǒng)。然而這種簡明特點沒有保持很長時間?；诨ㄙM小、易安裝、易，以及能在惡劣環(huán)境中使用等方面的考慮，以太網被不斷修改，并在其中逐漸增加了一系列物理介質。一般地說，商業(yè)產品市場，隨之而來的是制定在這些新介質的操作標準。稍后，數據率也可能發(fā)生變化，這又導致出現的物理為避免使用這樣累贅的稱呼，如“使用兩對第三類雙絞線的10Mb/s以太網”或“使用長波激光光纖的千兆以太網”，IEEE802.3定義了一種縮寫符號來表示以太網的某一標準實現。因此，某個以太網實現被稱為：n-信號- 信號：如果采用的信號是基的，即物理介是由以太網的，不與其的通信系統(tǒng)共享，則表示成BE；如果信號是寬帶的，即物理介質能夠同時支持以太網和其他非以太網的服務，則表示BR[3]。物理介質：表示介質類型，在最早使用這種表示法的一些系統(tǒng)中,“介質”表示以m為單位的最大電纜段長度(以100m為基數)，在以后的系統(tǒng)中，這種習慣改變了，一個帶有網絡接口和設備驅動的高端486級PC就能夠充分利用10Mb/s的LAN在共享式LAN遲。即使這樣，10Mb/s的容量也遠遠超過了當時的需要使用寬帶信號的以太網是10BROAD36，它允許以太網運行于私有的CATV系統(tǒng)的三個信道(在每個方向上)上。其他的服務(寬帶電視、點對點的調制解調器等等)也可以同時使用其他信道。這個系統(tǒng)并不是很流行，主要原因是成本太高。 第一部分1Mb/s

表1-1以太網介質名 非雙絞線(UTP，1對)，最長500m(“星型局域網10Mb/s 粗同軸電纜，最長500m(最早的以太網 細同軸電纜，最長 寬帶方式，使用三個信道(每個方向)的私有CATV系統(tǒng)，最大直徑10BASE- 2對3類(或更好的10BASE- 10Mb/s光纖系統(tǒng)的通用名10BASE- 帶有異步主動控制器的2路多模光纖，最長10BASE- 帶 控制器的2路多模光纖，最長10BASE- 帶有同步主動控制器的2路多模光纖，最長100Mb/s系100BASE- 所有100Mb/s系統(tǒng)的通用表示100BASE- 使用4B/5B編碼的所有100BASE-T100BASE- 2對5類UTP，最長100BASE- 2路多模光纖，最長100BASE- 4對3類(或更好的)UTP，最長100BASE- 2對3類(或更好的)UTP，最長1000Mb/s系1000BASE- 使用8B/10B編碼的所有1000Mb/s1000BASE- 2對150雙絞線，最長1000BASE- 使用短波激光的2路多?；騿文９?000BASE- 使用長波激光的2路多?；騿文９?000BASE- 4對5類UTP，最長①1BASE5系統(tǒng)是在10Mb/s10BASE-T之前研制的。它從來沒有被成功地商品化，并且被完全融進了10BASE-。然100Mb/s以太網族包括光纖，但還是把它們通稱為100BASE-T 千兆以太網在網絡技術發(fā)展中是一種演進，而不是一次。它不是向壁虛構的，也不是來源于一個突發(fā)的靈感[IEEE90a]，而是合乎邏輯的一次技術進步。它對那些需要高速操作的應用做了全盤的考慮，并在以太網技術上做了改進，以滿足這些應用的需要。正如在本書這部分的其他章節(jié)中詳細討論的，千兆以太網建立在以下技術發(fā)展的基礎上：從共享的LAN介質到介質的轉變。以太網最初使用共享的同軸電纜，隨著10BASE-T的發(fā)展，采用星型結構、電纜連接每個接入設備具有明顯的優(yōu)點。100Mb/s和千兆在“老式的”長度表示方法中，在信號類型與物理介質名稱之間是沒有連線 (例如，10BASE510BASE2)，這也是新舊表示方法的一個不同點。后來的表示方法中通常使用線(如10BASE-T和100BASE-FX)來表示含