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1、以太网技术以太网技术日期：H3C网络学院v3.0n随着随着IP技术的飞速发展，以太网作为技术的飞速发展，以太网作为IP的承载网络已的承载网络已经成为局域网用户必须选择的技术之一。经成为局域网用户必须选择的技术之一。n在众多的局域网协议中，以太网已经占据了统治地位，在众多的局域网协议中，以太网已经占据了统治地位，并且随着以太网技术自身的不断发展，它已经超出了并且随着以太网技术自身的不断发展，它已经超出了局域网的范畴而进入到城域网甚至广域网的领域。局域网的范畴而进入到城域网甚至广域网的领域。n以太网从速率到结构都已经有了全新变革。以太网从速率到结构都已经有了全新变革。引入引入n了解以太网的发展历程
2、和相关技术标准了解以太网的发展历程和相关技术标准n掌握各种以太网技术的基本原理掌握各种以太网技术的基本原理n描述以太网帧格式描述以太网帧格式n理解线缆的规范和连接方式理解线缆的规范和连接方式课程目标课程目标学习完本课程，您应该能够：学习完本课程，您应该能够：n以太网发展历程以太网发展历程n标准以太网标准以太网n快速以太网快速以太网n千兆以太网千兆以太网n万兆以太网万兆以太网目录目录4以太网发展历程（技术回顾）以太网发展历程（技术回顾）l在在IP网络大家庭中，以太网作为其中的一员工网络大家庭中，以太网作为其中的一员工作在链路层；作在链路层；l向上提供链路数据传输服务，向下需要物理层向上提供链路数
3、据传输服务，向下需要物理层作为传输数据流的基础；作为传输数据流的基础；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MAC子层l在以太网物理层，可以进一步分成如下子层：在以太网物理层，可以进一步分成如下子层：PLSPCSPMA5以太网发展历程以太网发展历程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802.3
4、a 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；l1995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的标准；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的标准；的标准；l2002年，
5、年，IEEE正式推出万兆以太网正式推出万兆以太网802.3ae标准，包含了标准，包含了 10GBase-R，10GBase-W和和10GBase-X；l 2004年，年，IEEE正式推出万兆以太网正式推出万兆以太网802.3ak 10GBase-CX4的标准；的标准；l2004年，年，IEEE正式推出以太接入网正式推出以太接入网802.3ah EFM的标准；的标准；6以太网发展历程（续）以太网发展历程（续）l2005年，年，IEEE正式推出以太网正式推出以太网802.3-2005基本标准；基本标准；l2006年，年，IEEE正式推出万兆以太网正式推出万兆以太网802.3an 10GBase-T
6、的标准，同的标准，同年还推出了万兆以太网年还推出了万兆以太网802.3aq 10GBase-LRM的标准；的标准；l2007年，年，IEEE正式推出背板以太网正式推出背板以太网802.3ap 标准；标准；l2008年，年，IEEE正式推出以太网正式推出以太网802.3-2008基本标准。基本标准。n以太网发展历程以太网发展历程n标准以太网标准以太网n快速以太网快速以太网n千兆以太网千兆以太网n万兆以太网万兆以太网目录目录8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，标准以太网是最早的以太网技术标准，它包含如下成员：它包含如下成员：10Base-510Base-210Base-T10
7、Base-F9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（PLS）-实现MAC子层与PMA子层之间的数据转换和传输物理介质附属子层（PMA）-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属单元接口（AUI）-统一数据输入输出-实现物理介质非相关介质相关接口（MDI）-提供与传输介质相连的接口10802.3 帧帧716622 or 3464到1518字节字节CRCPADDATALLC 控制信息LENSADASFDPREPRE:先导字节先导字节,7个个10101010 SFD:帧开始标志帧开始标志,10101011 DA:目的目的
8、 MAC地址地址 SA:源源MAC地址地址 LEN:LLC帧长度帧长度DATA:数据字段数据字段PAD:填充字段填充字段CRC:校验字段校验字段11MAC地址地址00-E0-FC-01-23-45操作系统网络接口卡RAMIP:10.1.1.3ROMMAC:00-E0-FC-01-23-4548位MAC地址lMAC地址为地址为48位二进制数，常用位二进制数，常用12位位16进制进制数表示数表示12单播与广播单播与广播接收DMAC=00E0.FC01.2222不接收MAC:00E0.FC01.1111MAC:00E0.FC01.2222MAC:00E0.FC01.3333接收DMAC=FFFF.F
9、FFF.FFFF接收MAC:00E0.FC01.1111MAC:00E0.FC01.2222MAC:00E0.FC01.3333单播广播l接收地址包括本卡接收地址包括本卡MAC地址、广播地址和本机所属组播组地址地址、广播地址和本机所属组播组地址l网卡丢弃与本卡接收地址不匹配的帧网卡丢弃与本卡接收地址不匹配的帧l网卡解开与本卡接收地址匹配的帧，将数据递交上层处理网卡解开与本卡接收地址匹配的帧，将数据递交上层处理13CSMA/CD载波侦听载波侦听侦听到载波不发送侦听到线路上有载波时，不发送数据侦听不到载波时，说明线路已经空闲侦听到载波侦听到载波不发送侦听不到载波侦听不到载波侦听不到载波抢占发送线路
10、空闲时，任一主机都可以抢占线路14CSMA/CD冲突检测和退避冲突检测和退避两台主机同时发送数据导致冲突全部主机停止发送，等待一个随机退避时间退避期满的主机首先开始发送检测到冲突检测到冲突检测到冲突15以太网流量控制以太网流量控制DMAC=0180.C200.0001半双工Hub反向发送电压信号全双工反向发送PAUSE帧背压式流控背压式流控PAUSE流控流控l在半双工线路上采用背压式流控在半双工线路上采用背压式流控接收方反向发送电压信号制造冲突，使发送方停止发送l在全双工线路上采用在全双工线路上采用802.3 PAUSE流控流控接收方向保留组播地址01-80-C2-00-00-01发送PAUS
11、E帧，通知发送方停止发送16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个时钟周期传输一个bit，在时钟周期间使用电平翻转来表示bit信息高电平到低电平翻转为“0”，低电平到高电平翻转为“1”时钟频率为10M17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以太网技术传输介质传输介质连接器连接器传输距离传输距离10Base-5粗同轴电缆粗同轴电缆N型连接器型连接器/同轴活栓同轴活栓500m10Base-2细同轴电缆细同轴电缆BNC T型连接器型连接器185m10Base-T双绞线双绞线RJ45连接器连接器100m10Bas
12、e-F光纤光纤MT-RJ/SC/LC连接器连接器 2km/18同轴电缆同轴电缆10base5 粗同轴电缆粗同轴电缆10base2 细同轴电缆细同轴电缆19同轴电缆和计算机连接同轴电缆和计算机连接服务器服务器客户机客户机客户机客户机客户机客户机BNC TBNC T型连接器型连接器 终端终端电阻电阻终端终端电阻电阻20中继器中继器l中继器是一种信号放大设备中继器是一种信号放大设备21总线型以太网拓扑扩展总线型以太网拓扑扩展冲突域中继器l用中继器可以扩展用中继器可以扩展10BASE5和和10BASE2网络范围网络范围l所有线缆段都属于一个冲突域所有线缆段都属于一个冲突域22双绞线双绞线双绞线双绞线R
13、J-45 和和AUI23双绞线双绞线STP双绞线双绞线UTP双绞线双绞线24以太网集线器以太网集线器l集线器集线器(Hub)与主机构成物理星型拓扑与主机构成物理星型拓扑l集线器内部采用总线结构，任意时间只有集线器内部采用总线结构，任意时间只有一台主机能占用总线一台主机能占用总线lHub连接的设备共享一个冲突域连接的设备共享一个冲突域lHub连接的设备共享一个广播域连接的设备共享一个广播域HUBHUBA A向向B B发送时，发送时，C C向向D D不能发送，不能发送，否则产生冲突否则产生冲突25以太网交换机以太网交换机l以太网交换机冲突域局限于交换机一个端口上以太网交换机冲突域局限于交换机一个端
14、口上100M HUB一个冲突域一个冲突域10M交换机B10M100M100M10M10M100M10M10M100M交换机A10M一个冲突域一个冲突域一个冲突域一个冲突域一个冲突域一个冲突域一个冲突域一个冲突域26使用集线器对网络拓扑进行拓展使用集线器对网络拓扑进行拓展冲突域HubHubHubl用集线器可以扩展用集线器可以扩展10BASE-T网络范围网络范围l全部线缆段都属于一个冲突域全部线缆段都属于一个冲突域27用交换机扩展以太网拓扑用交换机扩展以太网拓扑SwitchSwitchHubl隔离冲突域，避免冲突域过大隔离冲突域，避免冲突域过大l进一步扩大物理连接范围进一步扩大物理连接范围l提高以
15、太网带宽利用率，增加吞吐量提高以太网带宽利用率，增加吞吐量l适应不同的速率和不同的双工状况适应不同的速率和不同的双工状况28光纤通信系统的基本构成光纤通信系统的基本构成l光源是光波产生的根源光源是光波产生的根源l光纤是传输光波的导体光纤是传输光波的导体l光发送机的功能是产生光束光发送机的功能是产生光束,将电信号转变成将电信号转变成光信号光信号,再将光信号导入光纤再将光信号导入光纤l光接收机的功能负责接收从光纤上传输的光光接收机的功能负责接收从光纤上传输的光信号信号,并将它转变成电信号并将它转变成电信号,经解码后再作相应经解码后再作相应处理处理29光纤光纤l光纤中心是光传播的玻璃芯光纤中心是光传
16、播的玻璃芯l芯外面包围着一层折射率比芯低的玻璃封套，以使芯外面包围着一层折射率比芯低的玻璃封套，以使光纤保持在芯内光纤保持在芯内l再外面的是一层薄的塑料外套，用来保护封套再外面的是一层薄的塑料外套，用来保护封套 光芯光芯玻璃封套玻璃封套塑料外壳塑料外壳一束三根光纤的剖面图一束三根光纤的剖面图30单模光纤与多模光纤单模光纤与多模光纤l多模光纤多模光纤较粗的纤芯，传输多种不同波长不同角度的光衰耗大，传输距离通常在千米以内成本低l单模光纤单模光纤纤芯与光波长相同，传送单一波长的激光衰耗小，传输距离可达数十千米成本高31光缆光缆l光缆是数据传输中最有效的一种传输介质光缆是数据传输中最有效的一种传输介质
17、,l 它有几个优点：它有几个优点：频带较宽电磁绝缘性能好衰减较小中继器的间隔较大32常用光纤连接器常用光纤连接器lST：卡接式圆形光纤接头：卡接式圆形光纤接头lFC：带螺纹的圆形光纤接头：带螺纹的圆形光纤接头33常用光纤连接器（续）常用光纤连接器（续）lSC：矩型光纤接头：矩型光纤接头lLC：一种：一种Mini型连接器型连接器n以太网发展历程以太网发展历程n标准以太网标准以太网n快速以太网快速以太网n千兆以太网千兆以太网n万兆以太网万兆以太网n线缆的制作线缆的制作目录目录35快速以太网快速以太网l快速以太网在标准以太网的基础上进行了改快速以太网在标准以太网的基础上进行了改进，速率得到大幅提升，
18、并同时兼容了标准以进，速率得到大幅提升，并同时兼容了标准以太网技术。太网技术。名称名称速度速度介质类型介质类型最大线缆最大线缆长度长度协议标协议标准准100BASE-TX100 Mbps2对对5类类UTP100m802.3u100BASE-FX100 Mbps多模光纤多模光纤2000m100BASE-T4100 Mbps4对对3类类UTP36MDI与与MDI-X概念概念lMDI是介质相关接口的简称，使物理层与是介质相关接口的简称，使物理层与传输介质之间的一种接口传输介质之间的一种接口lMDI-X也是介质非相关接口，也位于物理也是介质非相关接口，也位于物理层和传输介质之间。层和传输介质之间。MD
19、I-X实际上是是MDI的一个变种，仅仅在输入输出的引脚上进行了交换。主要应用于两个实体之间的连接而产生。37MDI与与MDIX接口连线接口连线l同类接口互连用交叉线，异类接口互连用直连线同类接口互连用交叉线，异类接口互连用直连线lH3C以太网交换机支持以太网交换机支持MDI/MDIX自适应，不必考自适应，不必考虑连线类型虑连线类型主机网卡主机网卡(MDI)路由器以太路由器以太口口(MDI)交换机交换机/集线器集线器接入口接入口(MDIX)交换机交换机/集线器集线器级连口级连口(MDI)主机网卡主机网卡(MDI)交叉线交叉线交叉线交叉线直连线直连线N/A路由器以太口路由器以太口(MDI)交叉线交
20、叉线交叉线交叉线直连线直连线N/A交换机交换机/集线器集线器接入口接入口(MDIX)直连线直连线直连线直连线交叉线交叉线直连线直连线交换机交换机/集线器集线器级连口级连口(MDI)N/AN/A直连线直连线交叉线交叉线38交叉于直连网线线序交叉于直连网线线序Side 212345678123456781=白白/橙橙2=橙橙3=白白/绿绿4=蓝蓝5=白白/蓝蓝6=绿绿7=白白/棕棕8=棕棕Side 1Side 2Side 112345678123456781=白白/橙橙2=橙橙3=白白/绿绿4=蓝蓝5=白白/蓝蓝6=绿绿7=白白/棕棕8=棕棕1=白白/橙橙2=橙橙3=白白/绿绿4=蓝蓝5=白白/蓝
21、蓝6=绿绿7=白白/棕棕8=棕棕1=白白/绿绿2=绿绿3=白白/橙橙4=蓝蓝5=白白/蓝蓝6=橙橙7=白白/棕棕8=棕棕直连线直连线交叉线交叉线RJ-45接头接头n以太网发展历程以太网发展历程n标准以太网标准以太网n快速以太网快速以太网n千兆以太网千兆以太网n万兆以太网万兆以太网目录目录40千兆以太网千兆以太网名称名称速度速度介质类型介质类型最大线缆长度最大线缆长度协议标准协议标准1000BASE-SX1 Gbps多模光纤多模光纤275m/550m802.3z1000BASE-LX1 Gbps单模光纤单模光纤550m/5000m1000BASE-CX1 Gbps2对对STP25m1000BAS
22、E-T1 Gbps4对对5类类UTP100m802.3abl千兆以太网仍然使用千兆以太网仍然使用IEEE 802.3帧格式，在半双帧格式，在半双工方式下仍然使用工方式下仍然使用CSMA/CD处理冲突，并且将以处理冲突，并且将以太网速率提升至太网速率提升至1Gbps。41以太网自协商以太网自协商l在以太网自协商中，在以太网自协商中，需要根据优先级从高到需要根据优先级从高到低，与对方匹配。低，与对方匹配。l这种优先级基本按这种优先级基本按照高速率优于低速率、照高速率优于低速率、全双工优于半双工、全双工优于半双工、低传输频率优于高传低传输频率优于高传输频率的规则进行排输频率的规则进行排序。序。技术能
23、力级别技术能力级别优先级优先级1000BASE-T全双工全双工91000BASE-T半双工半双工8100BASE-T2全双工全双工7100BASE-TX全双工全双工6100BASE-T2半双工半双工5100BASE-T4 4100BASE-TX半双工半双工310BASE-T全双工全双工210BASE-T半双工半双工1目录目录n以太网发展历程以太网发展历程n标准以太网标准以太网n快速以太网快速以太网n千兆以太网千兆以太网n万兆以太网万兆以太网43万兆以太网标准万兆以太网标准l万兆以太网除了在速率上有了进一步提高，同万兆以太网除了在速率上有了进一步提高，同时还为了兼容广域网的连接而产生了新的技时还
24、为了兼容广域网的连接而产生了新的技术应用，由术应用，由802.3ae规范：规范：10GBase-R专用光纤传输，同千兆以太网10GBase-W采用SDH/SONET作为传输10GBase-X采用WDM技术传输44万兆以太网传输距离万兆以太网传输距离波长波长(nm)62.5MMF50MMFSMF10G Base ER155040km10G Base EW155040km10G Base LR131010km10G Base LW131010km10G Base SR85035m300m10G Base SW85035m300m10GBase-LX4510GE接口工作模式接口工作模式lH3C 10
25、GE接口根据其物理特性，可以分接口根据其物理特性，可以分为两种工作模式：为两种工作模式：LAN模式：工作在该模式下的10GE接口传输以太网报文，用于连接以太网。WAN模式：工作在该模式下的10GE接口传输SDH（Synchronous Digital Hierarchy，同步数字系列）报文，用于连接SDH网络。接口工作在WAN模式下仅支持点到点的报文传输。本章总结本章总结n以太网技术经历了标准以太网（以太网技术经历了标准以太网（10M）、快速以太网）、快速以太网(100M)、千兆以太网（、千兆以太网（1000M）和万兆以太网（）和万兆以太网（10GE）的发展，目前仍继续向更高的传输速率发展。的
26、发展，目前仍继续向更高的传输速率发展。n标准以太网由于采用不同的传输介质进行数据传输，所以标准以太网由于采用不同的传输介质进行数据传输，所以出现了不同的标准。它们主要是出现了不同的标准。它们主要是10Base-5、10Base-2、10Base-T和和10Base-F，分别采用粗同轴电缆、细同轴电，分别采用粗同轴电缆、细同轴电缆、双绞线和光纤作为传输介质。缆、双绞线和光纤作为传输介质。本章总结（续）本章总结（续）n以太网的运行模式分为半双工模式和全双工模式。半双工以太网的运行模式分为半双工模式和全双工模式。半双工模式采用模式采用CSMA/CD技术检测和避免冲突，全双工模式下技术检测和避免冲突，
27、全双工模式下没有冲突。没有冲突。n快速以太网仍然沿用标准以太网的机制，在双绞线或光纤快速以太网仍然沿用标准以太网的机制，在双绞线或光纤上进行数据传输，但是采用了更高的传输时钟频率，可以上进行数据传输，但是采用了更高的传输时钟频率，可以以更快的速率传输数据。快速以太网主要包含以更快的速率传输数据。快速以太网主要包含100Base-T4、100Base-TX、100Base-FX和和100Base-T2，其中使用最，其中使用最广泛的是广泛的是100Base-TX。本章总结（续二）本章总结（续二）n1000Base-X以太网技术以太网技术，包含包含1000Base-SX、1000Base-LX以及以及1000Base-CX。后续开发的。后续开发的1000Base-T标准标准，对对10Base-T和和100Base-T具有很好的兼容性。具有很好的兼容性。杭州华三通信技术有限公司