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1、第第第第1 1章以太网高级技术章以太网高级技术章以太网高级技术章以太网高级技术第1页，共54页，编辑于2022年，星期日引入引入l以太网已经成为网络建设者的新宠以太网已经成为网络建设者的新宠l以太网以惊人的速度向前发展以太网以惊人的速度向前发展l从速率到结构都已经有了全新变革从速率到结构都已经有了全新变革。本资料由-大学生创业|创业|创业网http:/ 减肥药排行榜|淘宝最好的减肥药|什么减肥药效果最好|减肥瘦身药|http:/2第2页，共54页，编辑于2022年，星期日学习目标学习目标l掌握各种以太网标准的基本原理掌握各种以太网标准的基本原理l掌握各种以太网交换结构的交换原理掌握各种以太网交
2、换结构的交换原理学习完本课程，您应该能够：学习完本课程，您应该能够：3第3页，共54页，编辑于2022年，星期日课程内容课程内容第一章第一章 以太网技术的简要回顾以太网技术的简要回顾第二章第二章 以太网发展简史以太网发展简史第三章第三章 以太网技术标准以太网技术标准第四章第四章 以太网交换结构以太网交换结构4第4页，共54页，编辑于2022年，星期日以太网技术的简要回顾以太网技术的简要回顾l在在IP网络大家庭中，以太网作为其中的一员工作在链路层；网络大家庭中，以太网作为其中的一员工作在链路层；l向向上上提提供供链链路路数数据据传传输输服服务务，向向下下需需要要物物理理层层作作为为传传输输数数据
3、据流流的基础；的基础；l在以太网链路层，可以进一步划分成如下子层：在以太网链路层，可以进一步划分成如下子层：LLC子层子层MAC子层子层5第5页，共54页，编辑于2022年，星期日以太网技术的简要回顾以太网技术的简要回顾l以太网的有线传输介质有哪些以太网的有线传输介质有哪些l各有线传输介质的传输距离是多少各有线传输介质的传输距离是多少6第6页，共54页，编辑于2022年，星期日课程内容课程内容第一章第一章 以太网技术的简要回顾以太网技术的简要回顾第二章第二章 以太网发展简史以太网发展简史第三章第三章 以太网技术标准以太网技术标准第四章第四章 以太网交换结构以太网交换结构7第7页，共54页，编辑
4、于2022年，星期日以太网发展简史以太网发展简史l1973年，以太网之父年，以太网之父Dr.Robert Metcalfe在在Xerox发明了以太网；发明了以太网；l1985年，年，IEEE正式推出标准以太网正式推出标准以太网802.3 10Base-5的标准；的标准；l1988年，年，IEEE正式推出标准以太网正式推出标准以太网802.3a 10Base-2的标准；的标准；l1990年，年，IEEE正式推出标准以太网正式推出标准以太网802.3i 10Base-T的标准；的标准；l1993年，年，IEEE正式推出标准以太网正式推出标准以太网802.3j 10Base-F的标准；的标准；l19
5、95年，年，IEEE正式推出快速以太网正式推出快速以太网802.3u 100Base-T的标准；的标准；l1998年，年，IEEE正式推出千兆以太网正式推出千兆以太网802.3z 1000Bas-X（光纤）的标准；（光纤）的标准；l1999年，年，IEEE正式推出千兆以太网正式推出千兆以太网802.3ab 1000Base-T（双绞线）的标准；（双绞线）的标准；l2002年年，IEEE正正式式推推出出万万兆兆以以太太网网802.3ae标标准准，包包含含了了 10GBase-R，10GBase-W和和10GBase-X。8第8页，共54页，编辑于2022年，星期日l802.1ql802.1dl8
6、02.1w9第9页，共54页，编辑于2022年，星期日课程内容课程内容第一章第一章 以太网技术的简要回顾以太网技术的简要回顾第二章第二章 以太网发展简史以太网发展简史第三章第三章 以太网技术标准以太网技术标准第四章第四章 以太网交换结构以太网交换结构10第10页，共54页，编辑于2022年，星期日以太网技术标准以太网技术标准l标准以太网标准以太网l快速以太网快速以太网l千兆以太网千兆以太网l万兆以太网万兆以太网11第11页，共54页，编辑于2022年，星期日标准以太网标准以太网l标准以太网是最早的以太网技术标准，它包含如下成员：标准以太网是最早的以太网技术标准，它包含如下成员：10Base-5
7、(N型连接器和同轴活栓连接器型连接器和同轴活栓连接器)10Base-2（BNC头的头的“T”型连接器）型连接器）10Base-T（RJ45连接器连接器,STP,UTP）10Base-F(MT-RJ,SC,LC连接器连接器,单模单模,多模多模)12第12页，共54页，编辑于2022年，星期日标准以太网的实现模型标准以太网的实现模型l标准以太网的物理层：标准以太网的物理层：物理信令子层（物理信令子层（PLS）实现实现MAC子层与子层与PMA子层之间的数据转换和传输子层之间的数据转换和传输物理介质附属子层（物理介质附属子层（PMA）（实现数据信号到比特流的转换）（实现数据信号到比特流的转换）实现数据
8、在物理介质上的传输转化，同时完成介质冲突检测等功能实现数据在物理介质上的传输转化，同时完成介质冲突检测等功能附附属属单单元元接接口口（AUI）(需需要要将将介介质质相相关关的的PMA和和与与介介质质不不相相关关的的PLS进行隔离，充当桥梁进行隔离，充当桥梁)统一数据输入输出统一数据输入输出实现物理介质非相关实现物理介质非相关介质相关接口（介质相关接口（MDI）提供与传输介质相连的接口提供与传输介质相连的接口13第13页，共54页，编辑于2022年，星期日标准以太网的物理传输介质和连接器标准以太网的物理传输介质和连接器以太网技术传输介质连接器传输距离10Base-5粗同轴电缆N型连接器/同轴活栓
9、500M10Base-2细同轴电缆BNC T型连接器185M10Base-T双绞线RJ45连接器100M10Base-F光纤MT-RJ/SC/LC连接器2KM/10KM14第14页，共54页，编辑于2022年，星期日标准以太网的编码标准以太网的编码l标准以太网采用曼切斯特编码标准以太网采用曼切斯特编码一一个个时时钟钟周周期期传传输输一一个个bit，在在时时钟钟周周期期间间使使用用电电平平翻翻转转来来表表示示bit信息信息高电平到低电平翻转为高电平到低电平翻转为“0”，低电平到高电平翻转为，低电平到高电平翻转为“1”时钟频率为时钟频率为10M15第15页，共54页，编辑于2022年，星期日以太网
10、技术标准以太网技术标准l标准以太网标准以太网l快速以太网快速以太网l千兆以太网千兆以太网l万兆以太网万兆以太网16第16页，共54页，编辑于2022年，星期日快速以太网快速以太网l快快速速以以太太网网在在标标准准以以太太网网的的基基础础上上进进行行了了改改进进，速速率率得得到到大大幅幅提升，并同时兼容了标准以太网技术：提升，并同时兼容了标准以太网技术：100Base-T4100Base-TX100Base-FX100Base-T217第17页，共54页，编辑于2022年，星期日快速以太网的实现模型快速以太网的实现模型l快速以太网的物理层快速以太网的物理层物理编码子层（物理编码子层（PCS）实现
11、数据编解码实现数据编解码物理介质附属子层（物理介质附属子层（PMA）实现编码组信息和码流信息之间的转换实现编码组信息和码流信息之间的转换物理介质相关子层（物理介质相关子层（PMD）实现码流信息与物理信号之间的转换实现码流信息与物理信号之间的转换自协商子层自协商子层实现不同以太网标准之间的协商匹配实现不同以太网标准之间的协商匹配介质非相关接口（介质非相关接口（MII）实现介质相关于介质非相关的隔离实现介质相关于介质非相关的隔离介质相关接口（介质相关接口（MDI）18第18页，共54页，编辑于2022年，星期日注意注意l不不是是所所有有的的快快速速以以太太网网都都包包含含所所有有的的子子层层,只只
12、有有100base-TX包包含含PMD,其其他他的的快快速速以以太太网网都都不不包包含含PMD,而而且且自自协协商商子子层层都都是是可选的可选的.19第19页，共54页，编辑于2022年，星期日快速以太网的编码快速以太网的编码l快速以太网不同的技术采用了不同的编码算法：以太网技术100Base-T4100Base-TX100Base-FX100Base-T2编码算法8B6T4B/5B4B/5BPAM5X5时钟频率25M125M125M25M线对速率33.3M100M100M50M+50M线对数量421220第20页，共54页，编辑于2022年，星期日MII、MDI与与MDI-XlMII是介质非
13、相关接口的简称，是物理层内部接口是介质非相关接口的简称，是物理层内部接口lMDI是是介介质质相相关关接接口口的的简简称称，使使物物理理层层与与传传输输介介质质之之间间的的一一种种接口接口lMII与与MDI是一对相对的概念是一对相对的概念MII提供与介质无关的服务，不同的介质可以使用相同的提供与介质无关的服务，不同的介质可以使用相同的MIIMDI提供与介质有关的服务，不同的介质具有不同的提供与介质有关的服务，不同的介质具有不同的MDIlMDI-X也是介质非相关接口，也位于物理层和传输介质之间。也是介质非相关接口，也位于物理层和传输介质之间。MDI-X实实际际上上是是是是MDI的的一一个个变变种种
14、，仅仅仅仅在在输输入入输输出出的的引引脚脚上上进进行行 了了 交交 换换。主主 要要 应应 用用 于于 DTE与与 DTE之之 间间 的的 连连 接接 而而 产产 生生。(568a,568b,只能在电信号上实现，光纤传输介质还是要交叉只能在电信号上实现，光纤传输介质还是要交叉)21第21页，共54页，编辑于2022年，星期日以太网的自协商以太网的自协商l当当快快速速以以太太网网迅迅速速并并大大规规模模应应用用之之后后，网网络络中中既既有有支支持持快快速速以以太太网网标标准准的的DTE实实体体，也也有有支支持持标标准准以以太太网网的的实实体体，在在这这种种混混合合DTE实实体体存存在在的的网网络
15、络或或链链路路中中，它它们们之之间间是是如如何何协协商商链链路路的的传输速率、工作的双工状态、流控。传输速率、工作的双工状态、流控。l原则上是实行向下兼容的原则。原则上是实行向下兼容的原则。22第22页，共54页，编辑于2022年，星期日以太网的自协商原理以太网的自协商原理l以太网自协商的基础：以太网自协商的基础：FLP/NLPl快速链路脉冲（快速链路脉冲（FLP）快快速速链链路路脉脉冲冲是是一一连连串串的的均均衡衡间间隔隔的的数数据据脉脉冲冲，每每个个脉脉冲冲之之间间时时间间隔为间间隔为62.57s 每每个个快快速速链链路路脉脉冲冲是是一一个个包包含含17个个时时钟钟脉脉冲冲和和16个个数数
16、据据脉脉冲冲的的脉脉冲串冲串数据脉冲表示了需要协商的信息参数数据脉冲表示了需要协商的信息参数23第23页，共54页，编辑于2022年，星期日以太网的自协商原理以太网的自协商原理l在在一一个个FLP的的脉脉冲冲串串中中包包含含的的16个个数数据据脉脉冲冲信信号号被被称称之之为为一一个个协商页。第一个脉冲串为基本页。协商页。第一个脉冲串为基本页。24第24页，共54页，编辑于2022年，星期日FLP的基本页信息的基本页信息lFLP的协商页分为基本页和消息页基本页信息S0-S4表示消息类型：始终为00001A0-A7表示DTE所支持的技术能力10BASE-T半双工10BASE-T全双工100BASE
17、-TX半双工100BASE-T4全双工流控能力指示100BASE-TX 全双工保留 全双工非对称流控指示远程故障指示 成功收到协商页指示下一页信息指示25第25页，共54页，编辑于2022年，星期日FLP的消息页信息的消息页信息l消息页信息又分为格式化消息和非格式化消息格式化消息与非格式化消息采用同样的结构M0-M10（U0-U10）表示消息类型T表示同步状态ACK2表示能够兼容消息页指示能力MP表示是格式化消息还是非格式化消息26第26页，共54页，编辑于2022年，星期日技术能力优先级的协商原则技术能力优先级的协商原则l任任何何DTE都都需需要要优优先先选选择择高高优优先先级级的的技技术术
18、能能力力进进行行协协商商，直直到到选选择择到到二二者者共共同同的的技技术术能能力力为为止止。这这样样既既保保证证链链路路双双方方选选择择了了相相同同的的技技术术能能力力，同同时时还还可可以以保保证证它它们们工工作作在在该该技技术术能能力力下下可可以达到最佳的链路性能。以达到最佳的链路性能。27第27页，共54页，编辑于2022年，星期日技术能力优先级技术能力优先级l在以太网自协商中，需要根据技术能力的优先级确定最终选择哪个技术能力与对方匹配，其技术能力级别如下：技术能力级别技术能力1000BASE-T全双工（消息页信息）91000BASE-T半双工（消息页信息）8100BASE-T2全双工（消
19、息页信息）7100BASE-TX全双工（基本页信息）6100BASE-T2半双工（消息页信息）5100BASE-T4（基本页信息）4100BASE-TX半双工（基本页信息）310BASE-T全双工（基本页信息）210BASE-T半双工（基本页信息）128第28页，共54页，编辑于2022年，星期日MDI与与MDI-X的自协商的自协商l以太网的标准自协商并不包含MDI和MDI-X的自协商lMDI与MDI-X的自协商解决了DTE与DTE之间的连接线缆交叉问题lMDI-X相对于MDI进行了引脚的交换，某些DTE可以支持MDI和MDI-X的自动协商和转换MDIMDI/MDI-X123612361236
20、29第29页，共54页，编辑于2022年，星期日以太网技术标准以太网技术标准l标准以太网标准以太网l快速以太网快速以太网l千兆以太网千兆以太网l万兆以太网万兆以太网30第30页，共54页，编辑于2022年，星期日千兆以太网千兆以太网l千兆以太网在快速以太网的基础上进行了进一步的发展，其具体的千兆以太网技术有：1000Base-X1000Base-SX1000Base-LX1000Base-CX（铜质平衡电缆）1000Base-T31第31页，共54页，编辑于2022年，星期日千兆以太网的实现模型千兆以太网的实现模型l千兆以太网的物理层：物理编码子层（PCS）实现数据编解码物理介质附属子层（PM
21、A）实现编码组信息和码流信息之间的转换物理介质相关子层（PMD）实现码流信息与物理信号之间的转换千兆介质非相关接口（GMII）实现介质相关和介质非相关的隔离介质相关接口（MDI）32第32页，共54页，编辑于2022年，星期日RS和和GMIIlMAC子子层层和和PHY实实体体之之间间除除了了前前面面提提到到GMII接接口口之之外外，还还存存在在一个用于适配的适配子层。一个用于适配的适配子层。lRS（适适配配子子层层）的的作作用用：通通过过RS把把GMII提提供供的的信信令令集集映映射射到到MAC子层能够使子层能够使MAC子层识别子层识别33第33页，共54页，编辑于2022年，星期日千兆以太网
22、的编码千兆以太网的编码l千兆以太网中采用了两种不同的编码：1000Base-X：8B/10B1000Base-T：4D-PAM5以太网技术编码算法时钟频率线对速率线对数量1000Base-X8B/10B1250M1000M11000Base-T4D-PAM5125M250M+250M434第34页，共54页，编辑于2022年，星期日以太网技术标准以太网技术标准l标准以太网标准以太网l快速以太网快速以太网l千兆以太网千兆以太网l万兆以太网万兆以太网35第35页，共54页，编辑于2022年，星期日万兆以太网万兆以太网l万万兆兆以以太太网网除除了了在在速速率率上上有有了了进进一一步步提提高高，同同时
23、时还还为为了了兼兼容容广广域网的连接而产生了新的技术应用：域网的连接而产生了新的技术应用：10GBase-R（局域网专用）（局域网专用）专用光纤传输，同千兆以太网专用光纤传输，同千兆以太网10GBase-W采用采用SDH/SONET作为传输作为传输10GBase-X采用采用WDM技术传输技术传输(波分复用波分复用)36第36页，共54页，编辑于2022年，星期日万兆以太网的实现模型万兆以太网的实现模型l万兆以太网的物理层：万兆以太网的物理层：物理编码子层（物理编码子层（PCS）实现数据编解码实现数据编解码WAN接口子层（接口子层（WIS）实现实现PCS编码信息在编码信息在SDH/SONET上传
24、输封装上传输封装物理介质附属子层（物理介质附属子层（PMA）实现编码组信息和码流信息之间的转换实现编码组信息和码流信息之间的转换物理介质相关子层（物理介质相关子层（PMD）实现码流信息与物理信号之间的转换实现码流信息与物理信号之间的转换万兆介质非相关接口（万兆介质非相关接口（XGMII）实现介质相关于介质非相关的隔离实现介质相关于介质非相关的隔离介质相关接口（介质相关接口（MDI）37第37页，共54页，编辑于2022年，星期日RS和和XGMIIl作作为为适适配配子子层层，RS主主要要完完成成从从串串行行数数据据到到并并行行数数据据的的映映射射。RS与与MAC子子层层之之间间传传输输的的是是串
25、串行行数数据据；而而RS和和XGMII之之间间传传输的是并行数据。输的是并行数据。38第38页，共54页，编辑于2022年，星期日万兆以太网的万兆以太网的XGMII、XGXS和和XAUIl万兆以太网的万兆以太网的XGMII数据传输采用并行传输的方式数据传输采用并行传输的方式32个数据通道和个数据通道和4个控制通道（个控制通道（Channel）每每8个数据通道和个数据通道和1个控制通道组成一个大的通路（个控制通道组成一个大的通路（LANE）传输距离（传输距离（RS与与PHY之间最大传输距离为之间最大传输距离为7厘米）厘米）l万兆以太网的万兆以太网的XGXS扩展扩展XGMII的传输距离的传输距离将
26、高速率数据转换为低速率数据将高速率数据转换为低速率数据l万兆以太网的万兆以太网的XAUI扩展扩展XGMII的传输距离（最大的传输距离（最大50厘米）厘米）连接连接XGXS子层子层8B/10B编码传输编码传输39第39页，共54页，编辑于2022年，星期日万兆以太网的万兆以太网的PCS和和PMAl10GBase-X的的PCS和和PMAPCS完成完成XGMII的并行数据到的并行数据到PMA的并行数据转换的并行数据转换XGMII传输数据传输数据32Bit宽宽PMA接收数据接收数据10Bit宽宽采用采用8B/10B的编码算法的编码算法l10GBase-R&10GBase-W的的PCS和和PMAPCS完
27、成完成XGMII的并行数据到的并行数据到PMA的并行数据转换的并行数据转换XGMII传输数据传输数据32Bit宽宽PMA接收数据接收数据16Bit宽宽采用采用64B/66B的编码算法的编码算法40第40页，共54页，编辑于2022年，星期日64B/66B编码编码l64B/66B编码编码将两个将两个32Bit宽的数据块合并构成宽的数据块合并构成64Bit数据块数据块扰码计算，防止长时间高电平或低电平扰码计算，防止长时间高电平或低电平增加同步标志域增加同步标志域2Bit数据信息块：数据信息块：01控制信息块：控制信息块：10速率匹配速率匹配16Bit宽数据流宽数据流41第41页，共54页，编辑于2
28、022年，星期日万兆以太网的万兆以太网的WIS和和PMDl万万兆兆以以太太网网的的WIS专专门门完完成成将将其其接接收收到到的的以以太太网网的的数数据据信信息息转转换成能够在换成能够在SONET/SDH网络中传输的信息单元。网络中传输的信息单元。WIS采用采用SONET的的VC4-64c 通道传输数据通道传输数据VC4-64c 的传输速率为：的传输速率为：9.95328Gbps SONET的段开销和通道开销降低了净负荷的段开销和通道开销降低了净负荷WIS的传输速率为：的传输速率为：9.58464Gbps l万兆以太网的万兆以太网的PMD10GBase-R PMD：64B/66B编码组编码组10
29、GBase-W PMD：64B/66B编码组编码组10Gbase-LX4 PMD：8B/10B编码组编码组42第42页，共54页，编辑于2022年，星期日课程内容课程内容第一章第一章 以太网技术的简要回顾以太网技术的简要回顾第二章第二章 以太网发展简史以太网发展简史第三章第三章 以太网技术标准以太网技术标准第四章第四章 以太网交换结构以太网交换结构43第43页，共54页，编辑于2022年，星期日以太网交换结构以太网交换结构l以太网交换结构的发展：总线无交换，共处同一冲突域总线交换不同的冲突域共享一个总线资源进行数据交换共享内存交换不同的冲突域共享内存资源采用读写操作完成数据交换CrossBar
30、交换不同冲突域两两之间独享资源进行数据交换44第44页，共54页，编辑于2022年，星期日总线交换总线交换l总线交换是最原始的交换结构所有冲突域共享同一总线资源完成数据交换总线资源有限交换能力受限于总线资源最大交换容量：小于10G45第45页，共54页，编辑于2022年，星期日共享内存交换共享内存交换l共享内存交换实际上也是总线交换的一种共享资源为内存采取读写操作完成交换高速内存的发展提高了交换容量：小于100G读写操作的延迟限制了交换能力的提升。46第46页，共54页，编辑于2022年，星期日CrossBar交换交换lCrossBar交换是目前最为先进的交换结构。通过矩阵结构实现两两之间任意
31、连接两两之间独立交换，不受任何其它端口影响快速的矩阵开关控制实现高速交换速率高达T级47第47页，共54页，编辑于2022年，星期日交换结构的比较交换结构的比较l从交换容量、网络应用、生产成本和实现难度进行比较，可以发现各有所长，仍然在以太网世界占据了一席之地共享总线交换共享内存交换CrossBar交换最大交换容量G级10G级100G乃至T级网络应用接入层低端设备汇聚层中端设备核心层高端设备生产成本低中高实现难度低低高48第48页，共54页，编辑于2022年，星期日49第49页，共54页，编辑于2022年，星期日50第50页，共54页，编辑于2022年，星期日51第51页，共54页，编辑于2022年，星期日52第52页，共54页，编辑于2022年，星期日本章总结本章总结l以太网网络结构l以太网发展简史l以太网的技术标准标准以太网快速以太网千兆以太网万兆以太网l以太网的交换结构本资料由-大学生创业|创业|创业网http:/ 减肥药排行榜|淘宝最好的减肥药|什么减肥药效果最好|减肥瘦身药|http:/53第53页，共54页，编辑于2022年，星期日华为3Com技术有限公司 本资料由-大学生创业|创业|创业网http:/ 减肥药排行榜|淘宝最好的减肥药|什么减肥药效果最好|减肥瘦身药|http:/第54页，共54页，编辑于2022年，星期日