以太網(wǎng)及介質(zhì)訪問控制方法.doc

5-3 以太網(wǎng)及介質(zhì)訪問控制方法1、CSNM/CD媒體訪問控制方法所謂媒體訪問控制，就是控制網(wǎng)上各工作站在什么情況下才可以發(fā)送數(shù)據(jù)，在發(fā)送數(shù)據(jù)過程中，如何發(fā)現(xiàn)問題及出現(xiàn)問題后如何處理等管理方法。CSMA/CD是英文carrier sense multiple access/collision detected 的縮寫，可把它翻成“載波偵察聽多路訪問/ 沖突檢測(cè)”，或“帶有沖突檢測(cè)的載波偵聽多路訪問”。所謂載波偵聽（carrier sense），意思是網(wǎng)絡(luò)上各個(gè)工作站在發(fā)送數(shù)據(jù)前都要總線上有沒有數(shù)據(jù)傳輸。若干數(shù)據(jù)傳輸 （稱總線為忙），則不發(fā)送數(shù)據(jù)；若無數(shù)據(jù)傳輸（稱總線為空），立即發(fā)送準(zhǔn)備好的數(shù)據(jù)。所謂多路訪問（multiple access)意思是網(wǎng)絡(luò)上所有工作站收發(fā)數(shù)據(jù)共同使用同一條總線，且發(fā)送數(shù)據(jù)是廣播式的。所謂沖突（collision），意思是，若網(wǎng)上有兩個(gè)或兩個(gè)以上工作站同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)，在總線上就會(huì)產(chǎn)生信號(hào)的混合，哪個(gè)工作站都同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)，在總線上就會(huì)產(chǎn)生信號(hào)的混合，哪個(gè)工作站都辨別不出真正的數(shù)據(jù)是什么。這種情況稱數(shù)據(jù)沖突又稱碰撞。為了減少?zèng)_突發(fā)生后又的影響。工作站在發(fā)送數(shù)據(jù)過程中還要不停地檢測(cè)自己發(fā)送的數(shù)據(jù)，有沒有在傳輸過程中與其它工作站的數(shù)據(jù)發(fā)生沖突，這就是沖突檢測(cè)（collision detected）。 CSNM/CD媒體訪問控制方法的工作原理，可以概括如下： 先聽后說，邊聽邊說； 一旦沖突，立即停說； 等待時(shí)機(jī)，然后再說； 聽，即監(jiān)聽、檢測(cè)之意；說，即發(fā)送數(shù)據(jù)之意。 上面幾句話在發(fā)送數(shù)據(jù)前，先監(jiān)聽總線是否空閑。若總線忙，則不發(fā)送。若總線空閑，則把準(zhǔn)備好的數(shù)據(jù)發(fā)送到總線上。在發(fā)送數(shù)據(jù)的過程中，工作站邊發(fā)送檢測(cè)總線，是否自己發(fā)送的數(shù)據(jù)有沖突。若無沖突則繼續(xù)發(fā)送直到發(fā)完全部數(shù)據(jù)；若有沖突，則立即停止發(fā)送數(shù)據(jù)，但是要發(fā)送一個(gè)加強(qiáng)沖突的JAM信號(hào)，以便使網(wǎng)絡(luò)上所有工作站都知道網(wǎng)上發(fā)生了沖突，然后，等待一個(gè)預(yù)定的隨機(jī)時(shí)間，且在總線為空閑時(shí)，再重新發(fā)送未發(fā)完的數(shù)據(jù)。介質(zhì)訪問控制(MAC)在OSI網(wǎng)絡(luò)模型中是一個(gè)數(shù)據(jù)鏈路層的下層，它決定誰被在任何時(shí)間允許訪問物理介質(zhì)。它作為在邏輯鏈路子層和網(wǎng)絡(luò)物理層之間的一個(gè)接口。這個(gè)介質(zhì)訪問控制子層最初與訪問物理傳輸介質(zhì)（例如那個(gè)站點(diǎn)附到線上或頻率范圍有權(quán)利進(jìn)行傳輸）或低水平介質(zhì)共享協(xié)議例如CSMA/CD控制有關(guān)。 MAC為在因特網(wǎng)協(xié)議(IP)網(wǎng)絡(luò)上的計(jì)算機(jī)提供獨(dú)特的鑒定和訪問控制。MAC分配一個(gè)獨(dú)特的編碼到每個(gè)IP網(wǎng)絡(luò)適配器叫做MAC地址。2、典型的以太網(wǎng)以太網(wǎng)的分類和發(fā)展一、標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)開始以太網(wǎng)只有10Mbps的吞吐量，使用的是CSMACD（帶有碰撞檢測(cè)的載波偵聽多路訪問）的訪問控制方法，這種早期的10Mbps以太網(wǎng)稱之為標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)。以太網(wǎng)主要有兩種傳輸介質(zhì)，那就是雙絞線和光纖。所有的以太網(wǎng)都遵循IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)，下面列出是IEEE 802.3的一些以太網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，在這些標(biāo)準(zhǔn)中前面的數(shù)字表示傳輸速度，單位是“Mbps”，最后的一個(gè)數(shù)字表示單段網(wǎng)線長度（基準(zhǔn)單位是100m），Base表示“基帶”的意思，Broad代表“帶寬”。 10Base5 使用粗同軸電纜，最大網(wǎng)段長度為500m，基帶傳輸方法； 10Base2 使用細(xì)同軸電纜，最大網(wǎng)段長度為185m，基帶傳輸方法； 10BaseT 使用雙絞線電纜，最大網(wǎng)段長度為100m； 1Base5 使用雙絞線電纜，最大網(wǎng)段長度為500m，傳輸速度為1Mbps； 10Broad36 使用同軸電纜（RG59U CATV），最大網(wǎng)段長度為3600m，是一種寬帶傳輸方式； 10BaseF 使用光纖傳輸介質(zhì)，傳輸速率為10Mbps； 二、快速以太網(wǎng)隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)技術(shù)已難以滿足日益增長的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量速度需求。在1993年10月以前，對(duì)于要求10Mbps以上數(shù)據(jù)流量的LAN應(yīng)用，只有光纖分布式數(shù)據(jù)接口（FDDI）可供選擇，但它是一種價(jià)格非常昂貴的、基于100Mpbs光纜的LAN。1993年10月，Grand Junction公司推出了世界上第一臺(tái)快速以太網(wǎng)集線器Fastch10100和網(wǎng)絡(luò)接口卡FastNIC100，快速以太網(wǎng)技術(shù)正式得以應(yīng)用。隨后Intel、SynOptics、3COM、BayNetworks等公司亦相繼推出自己的快速以太網(wǎng)裝置。與此同時(shí)，IEEE802工程組亦對(duì)100Mbps以太網(wǎng)的各種標(biāo)準(zhǔn)，如100BASETX、100BASET4、MII、中繼器、全雙工等標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了研究。1995年3月IEEE宣布了IEEE802.3u 100BASET快速以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)（Fast Ethernet），就這樣開始了快速以太網(wǎng)的時(shí)代?？焖僖蕴W(wǎng)與原來在100Mbps帶寬下工作的FDDI相比它具有許多的優(yōu)點(diǎn)，最主要體現(xiàn)在快速以太網(wǎng)技術(shù)可以有效的保障用戶在布線基礎(chǔ)實(shí)施上的投資，它支持3、4、5類雙絞線以及光纖的連接，能有效的利用現(xiàn)有的設(shè)施。 快速以太網(wǎng)的不足其實(shí)也是以太網(wǎng)技術(shù)的不足，那就是快速以太網(wǎng)仍是基于CSMACD技術(shù)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較重時(shí)，會(huì)造成效率的降低，當(dāng)然這可以使用交換技術(shù)來彌補(bǔ)。 100Mbps快速以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)又分為：100BASETX 、100BASEFX、100BASET4三個(gè)子類。 100BASETX：是一種使用5類數(shù)據(jù)級(jí)無屏蔽雙絞線或屏蔽雙絞線的快速以太網(wǎng)技術(shù)。它使用兩對(duì)雙絞線，一對(duì)用于發(fā)送，一對(duì)用于接收數(shù)據(jù)。在傳輸中使用4B5B編碼方式，信號(hào)頻率為125MHz。符合EIA586的5類布線標(biāo)準(zhǔn)和IBM的SPT 1類布線標(biāo)準(zhǔn)。使用同10BASET相同的RJ45連接器。它的最大網(wǎng)段長度為100米。它支持全雙工的數(shù)據(jù)傳輸。 100BASEFX：是一種使用光纜的快速以太網(wǎng)技術(shù)，可使用單模和多模光纖（62.5和125um） 多模光纖連接的最大距離為550米。單模光纖連接的最大距離為3000米。在傳輸中使用4B5B編碼方式，信號(hào)頻率為125MHz。它使用MICFDDI連接器、ST連接器或SC連接器。它的最大網(wǎng)段長度為150m、412m、2000m或更長至10公里，這與所使用的光纖類型和工作模式有關(guān)，它支持全雙工的數(shù)據(jù)傳輸。100BASEFX特別適合于有電氣干擾的環(huán)境、較大距離連接、或高保密環(huán)境等情況下的適用。 100BASET4：是一種可使用3、4、5類無屏蔽雙絞線或屏蔽雙絞線的快速以太網(wǎng)技術(shù)。100Base-T4使用4對(duì)雙絞線，其中的三對(duì)用于在33MHz的頻率上傳輸數(shù)據(jù)，每一對(duì)均工作于半雙工模式。第四對(duì)用于CSMA/CD沖突檢測(cè)。在傳輸中使用8B6T編碼方式，信號(hào)頻率為25MHz，符合EIA586結(jié)構(gòu)化布線標(biāo)準(zhǔn)。它使用與10BASET相同的RJ45連接器，最大網(wǎng)段長度為100米。 三、千兆以太網(wǎng)千兆以太網(wǎng)技術(shù)作為最新的高速以太網(wǎng)技術(shù)，給用戶帶來了提高核心網(wǎng)絡(luò)的有效解決方案，這種解決方案的最大優(yōu)點(diǎn)是繼承了傳統(tǒng)以太技術(shù)價(jià)格便宜的優(yōu)點(diǎn)。 千兆技術(shù)仍然是以太技術(shù)，它采用了與10M以太網(wǎng)相同的幀格式、幀結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、全/半雙工工作方式、流控模式以及布線系統(tǒng)。由于該技術(shù)不改變傳統(tǒng)以太網(wǎng)的桌面應(yīng)用、操作系統(tǒng)，因此可與10M或100M的以太網(wǎng)很好地配合工作。升級(jí)到千兆以太網(wǎng)不必改變網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序、網(wǎng)管部件和網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，能夠最大程度地投資保護(hù)。 為了能夠偵測(cè)到64Bytes資料框的碰撞，Gigabit Ethernet所支持的距離更短。Gigabit Ethernet 支持的網(wǎng)絡(luò)類型，如下表所示： 傳輸介質(zhì) 距離 1000BaseCX Copper STP 25m 1000BaseT Copper Cat 5 UTP 100m 1000BaseSX Multi-mode Fiber 500m 1000BaseLX Single-mode Fiber 3000m 千兆以太網(wǎng)技術(shù)有兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：IEEE802.3z和IEEE802.3ab。IEEE802.3z制定了光纖和短程銅線連接方案的標(biāo)準(zhǔn)。IEEE802.3ab制定了五類雙絞線上較長距離連接方案的標(biāo)準(zhǔn)。 1. IEEE802.3z IEEE802.3z工作組負(fù)責(zé)制定光纖（單模或多模）和同軸電纜的全雙工鏈路標(biāo)準(zhǔn)。IEEE802.3z定義了基于光纖和短距離銅纜的1000Base-X，采用8B/10B編碼技術(shù)，信道傳輸速度為1.25Gbit/s，去耦后實(shí)現(xiàn)1000Mbit/s傳輸速度。 IEEE802.3z具有下列千兆以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)： 1000Base-SX 只支持多模光纖，可以采用直徑為62.5um或50um的多模光纖，工作波長為770-860nm，傳輸距離為220-550m。 1000Base-LX 多模光纖：可以采用直徑為62.5um或50um的多模光纖，工作波長范圍為1270-1355nm，傳輸距離為550m。 單模光纖：可以支持直徑為9um或10um的單模光纖，工作波長范圍為1270-1355nm，傳輸距離為5km左右。 1000Base-CX 采用150歐屏蔽雙絞線（STP），傳輸距離為25m。 2. IEEE802.3ab IEEE802.3ab工作組負(fù)責(zé)制定基于UTP的半雙工鏈路的千兆以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)生IEEE802.3ab標(biāo)準(zhǔn)及協(xié)議。IEEE802.3ab定義基于5類UTP的1000Base-T標(biāo)準(zhǔn)，其目的是在5類UTP上以1000Mbit/s速率傳輸100m。 IEEE802.3ab標(biāo)準(zhǔn)的意義主要有兩點(diǎn)： (1) 保護(hù)用戶在5類UTP布線系統(tǒng)上的投資。 (2) 1000Base-T是100Base-T自然擴(kuò)展，與10Base-T、100Base-T完全兼容。不過，在5類UTP上達(dá)到1000Mbit/s的傳輸速率需要解決5類UTP的串?dāng)_和衰減問題，因此，使IEEE802.3ab工作組的開發(fā)任務(wù)要比IEEE802.3z復(fù)雜些四、萬兆以太網(wǎng)萬兆以太網(wǎng)規(guī)范包含在 IEEE 802.3 標(biāo)準(zhǔn)的補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn) IEEE 802.3ae 中，它擴(kuò)展了 IEEE 802.3 協(xié)議和 MAC 規(guī)范使其支持 10Gb/s 的傳輸速率。除此之外，通過 WAN 界面子層（WIS：WAN interface sublayer），10千兆位以太網(wǎng)也能被調(diào)整為較低的傳輸速率，如 9.584640 Gb/s （OC-192），這就允許10千兆位以太網(wǎng)設(shè)備與同步光纖網(wǎng)絡(luò)（SONET） STS -192c 傳輸格式相兼容。 10GBASE-SR 和 10GBASE-SW 主要支持短波（850 nm）多模光纖（MMF），光纖距離為 2m 到 300 m 。10GBASE-SR 主要支持“暗光纖”（dark fiber），暗光纖是指沒有光傳播并且不與任何設(shè)備連接的光纖。10GBASE-SW 主要用于連接 SONET 設(shè)備，它應(yīng)用于遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信。 10GBASE-LR 和 10GBASE-LW 主要支持長波（1310nm）單模光纖（SMF），光纖距離為 2m 到 10km （約32808英尺）。10GBASE-LW 主要用來連接 SONET 設(shè)備時(shí)，10GBASE-LR 則用來支持“暗光纖”（dark fiber）。 10GBASE-ER 和 10GBASE-EW 主要支持超長波（1550nm）單模光纖（SMF），光纖距離為 2m 到 40km （約131233英尺）。10GBASE-EW 主要用來連接 SONET 設(shè)備，10GBASE-ER 則用來支持“暗光纖”（dark fiber）。 10GBASE-LX4 采用波分復(fù)用技術(shù)，在單對(duì)光纜上以四倍光波長發(fā)送信號(hào)。系統(tǒng)運(yùn)行在 1310nm 的多?；騿文０倒饫w方式下。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是針對(duì)于 2m 到 300 m 的多模光纖模式或 2m 到 10km 的單模光纖模式。 以太網(wǎng)的連接 編輯本段拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)總線型：所需的電纜較少、價(jià)格便宜、管理成本高，不易隔離故障點(diǎn)、采用共享的訪問機(jī)制，易造成網(wǎng)絡(luò)擁塞。早期以太網(wǎng)多使用總線型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，采用同軸纜作為傳輸介質(zhì)，連接簡單，通