以太網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)

以太網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)在IEEE802標(biāo)準(zhǔn)中，有關(guān)以太網(wǎng)的IEEE802.3組網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表4.3。表4.3 以太網(wǎng)的IEEE802.3組網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)IEEE標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)傳輸速率M拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)最大網(wǎng)段長(zhǎng)度m傳輸介質(zhì)802.3(1983)10Base510總線50050。粗同軸電纜802.3a(1988)10Base210總線18550。細(xì)同軸電纜802.3b(1988)10Board3610總線180075。同軸電纜802.3c(1988)1Base5星型2502對(duì)3類(lèi)UTP802.3I(1990)10BaseT10星型1002對(duì)3類(lèi)UTP802.3i(1992)10BaseTF10星型20002股多模或單模光纖802.3u(1995)100Base-TX100星型1002對(duì)5類(lèi)UTP100Base-T41004對(duì)3類(lèi)UTP100Base-FX20002股多?；騿文９饫w802.3z(1998)1000Base-CX1000星型25STP1000Base-SX1000星型500多模光纖1000Base-LX1000星型5503000多模光纖單模光纖802.3ab(1999)1000Base-T1000星型1004對(duì)超5類(lèi)UTP10M以太網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)10Base5組網(wǎng)技術(shù)10Base5是IEEE802.3中最早定義的以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，也叫粗纜以太網(wǎng)，因使用比較粗的同軸電纜而得名°10Base5的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為總線形，采用基帶傳輸?shù)姆绞?，無(wú)中繼器的情況下最遠(yuǎn)的傳輸距離可以達(dá)到500米。在粗纜以太網(wǎng)中，我們可以通過(guò)中繼設(shè)備將網(wǎng)絡(luò)分為幾段，如圖4-6-1所示。為了減少?zèng)_突，保證網(wǎng)絡(luò)性能，IEEE802.3規(guī)定了“5-4-3'原則：即最多使用4個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器連接5個(gè)網(wǎng)段，其中只有3個(gè)網(wǎng)段可以連接結(jié)點(diǎn)，其余的網(wǎng)段僅用作加長(zhǎng)距離。此外，粗纜以太網(wǎng)中，相鄰收發(fā)器間的最小距離為2.5米，每段最多支持100個(gè)結(jié)點(diǎn)。因此，10Base5網(wǎng)絡(luò)的最大長(zhǎng)度為2.5公里，網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)最多為300個(gè)。圖4-6-1粗纜以太網(wǎng)示意粗纜以太網(wǎng)的物理連接器包括：同軸電纜、網(wǎng)卡、收發(fā)器以及收發(fā)器（AUI）電纜。10Base2組網(wǎng)技術(shù)10Base2以太網(wǎng)也叫細(xì)纜以太網(wǎng)，因其價(jià)格比較低廉故又被稱為“廉價(jià)網(wǎng)”。10Base2與10Base5具有相同的傳輸速率，同為總線形局域網(wǎng)。細(xì)纜以太網(wǎng)的特點(diǎn)是價(jià)格便宜且安裝比較簡(jiǎn)單，但是傳輸距離比較短。在不帶中繼器的情況下網(wǎng)段的最遠(yuǎn)距離為185米。細(xì)纜以太網(wǎng)的連接部件包括：網(wǎng)卡（帶BNC頭）、細(xì)同軸電纜和BNC-T型連接器。在這種組網(wǎng)技術(shù)中，收發(fā)器電路被集成到網(wǎng)卡中，收發(fā)器接頭也被BNC-T型連接器取代，從而可以將站點(diǎn)直接連接到電纜上，取消了收發(fā)器電纜。除了遵循“5-4-3”原則外，10Base2還規(guī)定：兩個(gè)相鄰BNC-T型接頭之間的最小距離為0.5米，每段最多支持30個(gè)結(jié)點(diǎn)。因此，10Base2網(wǎng)絡(luò)的最大長(zhǎng)度為925米，網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)最多為90個(gè)。10BaseT組網(wǎng)技術(shù)繼10Base5和10Base2后，80年代后期又出現(xiàn)了10BaseT。10BaseT又稱雙絞線以太網(wǎng)，是一種傳輸介質(zhì)采用非屏蔽雙絞線（UTP）的星型局域網(wǎng)。10BaseT的傳輸速率為10Mbps，站點(diǎn)到集線器（HUB）的最大距離為100米。

10BaseT將所有的網(wǎng)絡(luò)操作都集中到HUB中，以取代單一的收發(fā)器。每個(gè)結(jié)點(diǎn)都裝有一塊帶RJ-45接口的網(wǎng)卡，通過(guò)一根8芯的UTP連接到HUB，連接插頭為RJ-45插頭，如圖4-6-2所示。雙絞線的靈活性以及RJ-45插頭的易用性，使得10BaseT成為IEEE802.3中最易于安裝和改裝的局域網(wǎng)。圖4-6-210BaseT連接示意圖4-6-210BaseT連接示意HUB將收到的所有幀向每個(gè)站點(diǎn)發(fā)送，只有幀上標(biāo)明的接收站點(diǎn)才接收相應(yīng)的幀。所以，從這種意義上來(lái)講，以HUB為中心的星型網(wǎng)絡(luò)，其邏輯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為總線型。高速以太網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)高速以太網(wǎng)的概念隨著計(jì)算機(jī)在圖形處理、CAD設(shè)計(jì)和實(shí)時(shí)視頻技術(shù)等方面的應(yīng)用不斷增多，人們對(duì)局域網(wǎng)的傳輸速率提出了越來(lái)越高的要求，高速以太網(wǎng)應(yīng)運(yùn)而生。傳輸速率在100Mbps或100Mbps以上的以太網(wǎng)稱為高速以太網(wǎng)。100M以太網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)IEEE于1995年通過(guò)了100Mbps快速以太網(wǎng)的100BASE-T標(biāo)準(zhǔn)，并正式命名為IEEE802.3u標(biāo)準(zhǔn)，作為對(duì)IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)的補(bǔ)充。在物理層，高速以太網(wǎng)采用同10BASE-T一樣的星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，但包含三種介質(zhì)選項(xiàng)：100BASE-TX、100BASE-FX和100BASE-T4。他們之間的關(guān)系如圖4-6-3所示。圖4-6-3高速以太網(wǎng)的分類(lèi)與傳統(tǒng)以太網(wǎng)相比，高速以太網(wǎng)的幀格式?jīng)]有變化，介質(zhì)訪問(wèn)控制方式也是一樣的。不同的：傳輸速率提高10倍、沖突域則減小10倍。100BASE-TX100BASE-TX使用的傳輸介質(zhì)是兩對(duì)非屏蔽5類(lèi)雙絞線，一對(duì)電纜用作從結(jié)點(diǎn)到HUB的傳輸信道，另一對(duì)則用作從HUB到結(jié)點(diǎn)的傳輸信道，結(jié)點(diǎn)和HUB之間的距離最大為100米。100BASE-FX100BASE-FX使用的傳輸介質(zhì)是兩根光纖，一根用作從結(jié)點(diǎn)到HUB的傳輸信道，另一根則用作從HUB到結(jié)點(diǎn)的傳輸信道，結(jié)點(diǎn)和HUB之間的最大距離可達(dá)2000米。信號(hào)的編碼方式同100BASE-TX，即4B/5B。100BASE-T4100BASE-T4機(jī)制的設(shè)計(jì)初衷就想避免重新布線的麻煩。它使用了4對(duì)3類(lèi)非屏蔽雙絞線作為傳輸介質(zhì)。這種雙絞線就是我們常用的電話線，其中兩對(duì)是可以雙向傳輸?shù)?，另外兩?duì)只能單向傳輸。也就是說(shuō)，不論在哪個(gè)方向上都有三對(duì)電纜可以傳輸數(shù)據(jù)。1000M以太網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)千兆以太網(wǎng)又稱吉比特以太網(wǎng)(GigabitEthernet，使用原有以太網(wǎng)的幀結(jié)構(gòu)、幀長(zhǎng)及CSMA/CD介質(zhì)訪問(wèn)控制方法，編碼方式為8B/10B，即將一組8位的二進(jìn)制碼編碼成一組10位的二進(jìn)制碼。千兆網(wǎng)使用的傳輸介質(zhì)主要是光纖(1000Base-LX和1000Base-SX)，當(dāng)然也可以使用雙絞線(1000Base-CX和1000Base-T）。組網(wǎng)時(shí)，千兆網(wǎng)通常連接核心服務(wù)器和高速局域網(wǎng)交換機(jī)，以作為高速以太網(wǎng)的主干網(wǎng)，如圖4-6-4所示。1Gbps交換機(jī)圖4-6-4千兆網(wǎng)組網(wǎng)示意10G以太網(wǎng)2000年初IEEE802.3委員會(huì)發(fā)布了10Gbps的以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)802.3ae。10Gbps以太網(wǎng)也稱為10吉比特以太網(wǎng)。10吉比特以太網(wǎng)仍然使用IEEE802.3以太網(wǎng)MAC協(xié)議，其幀格式和大小也符合802.3標(biāo)準(zhǔn)。但是與以往的以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)相比，還有一些顯著不同的地方，如：只支持雙工模式，而不支持單工模式；使用的媒體只能是光纖；不滿足CSMA/CD；使用64B/66B和8B/10B兩種編碼方式等。10吉比特以太網(wǎng)還有一個(gè)重要的改進(jìn)，即它具有支持局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)接口，且其有效距離可達(dá)40km。其有效作用距離的增大為10吉比特以太網(wǎng)在廣域網(wǎng)中的應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。常用的環(huán)型網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)1.令牌環(huán)網(wǎng)令牌環(huán)網(wǎng)是由IBM推出的，IEEE在IBM令牌環(huán)網(wǎng)的基礎(chǔ)上制定了802.5標(biāo)準(zhǔn)，兩者是兼容的，見(jiàn)表4.4。表4.4 IBM令牌環(huán)網(wǎng)與IEEE802.5比較物理拓?fù)鋫鬏斀橘|(zhì)傳輸速率網(wǎng)段最大信號(hào)介質(zhì)訪問(wèn)結(jié)點(diǎn)數(shù)傳輸方式控制方法

IBM令牌環(huán)網(wǎng)IBM令牌環(huán)網(wǎng)星形雙絞線4Mbps16Mbps72(UTP)260(STP)基帶802.5標(biāo)準(zhǔn)未指定未指定4Mbps16Mbps250基帶令牌傳遞令牌傳遞基本令牌環(huán)網(wǎng)絡(luò)令牌環(huán)網(wǎng)的每個(gè)站點(diǎn)都包含一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器，轉(zhuǎn)發(fā)器從兩個(gè)鏈路中的一條接收比特流，然后通過(guò)另一條發(fā)送比特流。每個(gè)站點(diǎn)通過(guò)輸出端口與下一站點(diǎn)的輸入端口相連，最后一個(gè)站點(diǎn)的輸出端口與第一個(gè)站點(diǎn)的輸入端口連接，這樣就構(gòu)成了一個(gè)完整的單向環(huán)。基本令牌環(huán)中，如果一個(gè)站點(diǎn)發(fā)生故障或沒(méi)有加電，就會(huì)造成整個(gè)環(huán)網(wǎng)癱瘓。為解決這一問(wèn)題，可以將每個(gè)站點(diǎn)與一個(gè)自動(dòng)開(kāi)關(guān)相連。這個(gè)開(kāi)關(guān)可以旁通脫環(huán)的站點(diǎn)，如圖4-6-5所示。如果某站點(diǎn)發(fā)生故障，自動(dòng)開(kāi)關(guān)就將環(huán)閉合，一旦該站點(diǎn)重新恢復(fù)工作，網(wǎng)卡可以送出一個(gè)信號(hào)以使開(kāi)關(guān)將該站點(diǎn)加入到環(huán)中來(lái)。具有上述開(kāi)關(guān)功能的過(guò)網(wǎng)卡稱為智能網(wǎng)卡。復(fù)合令牌環(huán)網(wǎng)絡(luò)復(fù)合令牌環(huán)網(wǎng)絡(luò)是指通過(guò)網(wǎng)橋?qū)⒍鄠€(gè)基本令牌環(huán)網(wǎng)絡(luò)互連起來(lái)，如圖4-6-8所示。復(fù)合環(huán)的尋址采用分層結(jié)構(gòu)，其地址空間先應(yīng)標(biāo)示局部環(huán)號(hào)，然后再標(biāo)示某個(gè)局部環(huán)的相應(yīng)結(jié)點(diǎn)號(hào)。復(fù)合環(huán)對(duì)于中等規(guī)模的企事業(yè)單位(工廠、政府機(jī)關(guān)、學(xué)校等)是一種可選的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)。圖4-6-8 復(fù)合令牌環(huán)2.FDDI網(wǎng)絡(luò)光纖分布式數(shù)據(jù)接口(FDDI，F(xiàn)iberDistributedDataInterface)是ANSI的X3T9.5委員會(huì)為滿足用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)高速和高可靠性傳輸?shù)男枨?，?0世紀(jì)80年代中期制定的網(wǎng)

絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。FDDI所支持的數(shù)據(jù)傳輸速率可以達(dá)到100Mbps,并使用光纖作為傳輸介質(zhì)。FDDI的另一版本是銅線分布式數(shù)據(jù)接口(CDDI，CopperDistributedDataInterface)它采用銅質(zhì)的STP或UTP。FDDI的雙環(huán)結(jié)構(gòu)為了實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的容錯(cuò)機(jī)制，F(xiàn)DDI采用的是雙環(huán)結(jié)構(gòu)，一個(gè)稱為主環(huán)，一個(gè)稱為輔環(huán)，如圖4-6-9所示。正常情況下，主環(huán)用來(lái)傳輸數(shù)據(jù)，輔環(huán)則作為主環(huán)的備份，數(shù)據(jù)流方向與主環(huán)相反。連接到環(huán)上的站點(diǎn)必須相應(yīng)地提供兩個(gè)連接端口，分別連接主環(huán)和輔環(huán)。如果主環(huán)發(fā)生故障，檢測(cè)到故障的站點(diǎn)就會(huì)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到輔環(huán)上，這樣主環(huán)和輔環(huán)可重新構(gòu)成一個(gè)環(huán)。FDDI的分層結(jié)構(gòu)FDDI標(biāo)準(zhǔn)將傳輸功能分為四層：介質(zhì)依賴層(PMD)、物理層(PHY)、介質(zhì)訪問(wèn)控制層(MAC)和鏈路控制層(LLC)。它們與OSI/RM的數(shù)據(jù)鏈路層和物理層相對(duì)應(yīng)，如圖4-6-10所示。FDDI的物理層被分為兩個(gè)子層：介質(zhì)依賴層和物理層。介質(zhì)依賴層在FDDI網(wǎng)絡(luò)的結(jié)點(diǎn)之間提供點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的數(shù)字基帶通信；而物理層則提供PMD與數(shù)據(jù)鏈路層之間的連接。邏輯鏈路控制LLC介質(zhì)訪問(wèn)控制MAC數(shù)據(jù)鏈路層物理層邏輯鏈路控制LLC介質(zhì)訪問(wèn)控制MAC數(shù)據(jù)鏈路層物理層PHY物理介質(zhì)依賴站點(diǎn)管理二圖4-6-10FDDI圖4-6-9FDDI圖4-6-10FDDI分層結(jié)構(gòu)FDDI的介質(zhì)訪問(wèn)控制機(jī)制在FDDI中，每個(gè)站點(diǎn)對(duì)介質(zhì)的訪問(wèn)都有時(shí)間限制，站點(diǎn)只能在規(guī)定的時(shí)間段內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)幀，當(dāng)然，優(yōu)先級(jí)較高的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)可以優(yōu)先發(fā)送。為了實(shí)現(xiàn)這種訪問(wèn)機(jī)制，F(xiàn)DDI定義了兩種不同的數(shù)據(jù)幀：同步幀和異步幀。同步幀是用來(lái)發(fā)送那些對(duì)實(shí)時(shí)性要求比較高的數(shù)據(jù)的。這兩種幀有時(shí)也被稱為S幀和A幀。FDDI采用的介質(zhì)訪問(wèn)控制方式同IEEE802.5的令牌環(huán)訪問(wèn)控制標(biāo)準(zhǔn)十分接近。每個(gè)站點(diǎn)得到令牌后，優(yōu)先發(fā)送S幀。發(fā)送完S幀后如果還有剩余時(shí)間再發(fā)送A幀。（4） FDDI的編碼方式在信號(hào)的傳輸中，F(xiàn)DDI采用的是一種比較特殊的編碼方式，即4B/5B編碼。這種編碼技術(shù)中，每次對(duì)4位數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，每4位數(shù)據(jù)編碼成5位符號(hào)，用光的存在和不存在表示每一位是1還是0，見(jiàn)表4.5。同時(shí)，為了得到信號(hào)同步，F(xiàn)DDI采用了二級(jí)編碼的方法。即先按4B/5B編碼，然后再利用差分不歸零制NRZ-I編碼。這種編碼確保無(wú)論4位比特符號(hào)為何種組合，其對(duì)應(yīng)的5比特編碼中至少有2位為1，從而保證在光纖種傳輸?shù)男盘?hào)至少發(fā)生兩次跳變，以利于接收端的時(shí)鐘提取。早期以太網(wǎng)施樂(lè)以太網(wǎng)--最初的3-Mbit/s以太網(wǎng)，有兩個(gè)版本：版本一和版本二。版本二的幀格式現(xiàn)在還在普遍使用。10BROAD36--已經(jīng)過(guò)時(shí)。一個(gè)早期的支持長(zhǎng)距離以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)。它運(yùn)行在同軸電纜上，使用了一種類(lèi)似于線纜調(diào)制解調(diào)器系統(tǒng)的寬帶調(diào)制技術(shù)。1BASE5--也叫做星型局域網(wǎng)，速率是1Mbit/s。在商業(yè)上很失敗。雙絞線的第一次使用就用在這里。10Mbps以太網(wǎng)10BASE5（也叫粗纜或黃色電纜）--最早實(shí)現(xiàn)10Mbit/s以太網(wǎng)。早期IEEE標(biāo)準(zhǔn)，使用單根50歐姆阻抗RG-8同軸電纜，最大距離500米。接收端通過(guò)所謂的“插入式分接頭”插入電纜的內(nèi)芯和屏蔽層。在電纜終結(jié)處使用N型連接器。AnAUIcablethenconnectedthetransceivertotheEthernetdevice.盡管由于早期的大量布設(shè)，到現(xiàn)在還有一些系統(tǒng)在使用，這一標(biāo)準(zhǔn)實(shí)際已經(jīng)丟棄。在電纜兩端需要配置終結(jié)器。10BASE2（也叫細(xì)纜或模擬網(wǎng)路）--50歐姆RG-58同軸電纜,200米連接所有的計(jì)算機(jī)，每臺(tái)計(jì)算機(jī)使用T適配器連接到帶有BNC連接器的網(wǎng)卡。線路兩頭需要終結(jié)器。很長(zhǎng)時(shí)間一直是10M網(wǎng)主流。StarLAN--第一個(gè)雙絞線上實(shí)現(xiàn)的以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)10Mbit/s.后發(fā)展成10BASE-T.10BASE-T--使用3類(lèi)雙絞線或者5類(lèi)雙絞線的4根線（2對(duì)絞線）100米。以太網(wǎng)集線器或以太網(wǎng)交換機(jī)位于中間連接所有節(jié)點(diǎn)。FOIRL--光纖中繼器鏈路。光纖以太網(wǎng)原始版本。10BASE-F--10Mbps以太網(wǎng)光纖標(biāo)準(zhǔn)通稱，2千米。只有10BASE-FL應(yīng)用比較廣泛10BASE-FL--FOIRL標(biāo)準(zhǔn)一種升級(jí).10BASE-FB--用于連接多個(gè)Hub或者交換機(jī)的骨干網(wǎng)技術(shù)，已廢棄10BASE-FP--無(wú)中繼被動(dòng)星型網(wǎng),從未得到應(yīng)用快速以太網(wǎng)（100Mbps）100BASE-T--下面三個(gè)100Mbit/s雙絞線標(biāo)準(zhǔn)通稱，最遠(yuǎn)100米。100BASE-TX--類(lèi)似于星型結(jié)構(gòu)的10BASE-T.，使用2對(duì)電纜，但是需要5類(lèi)電纜以達(dá)到100Mbit/s.100BASE-T4--使用3類(lèi)電纜使用所有4對(duì)線，由于5類(lèi)線普及已經(jīng)廢棄，半雙工。100BASE-T2--無(wú)產(chǎn)品。使用3類(lèi)電纜。支持全雙工使用2對(duì)線，功能等效100BASE-TX，但支持舊電纜。100BASE-FX--使用多模光纖，最遠(yuǎn)支持400米，半雙工連接（保證沖突檢測(cè)），2km全雙工。100Base-VG--只有惠普支持,VG最早出現(xiàn)在市場(chǎng)上。需要4對(duì)三類(lèi)電纜。也有人懷疑VG不是以太網(wǎng)。千兆以太網(wǎng)1000BASE-T--1Gbit/s介質(zhì)超五類(lèi)雙絞線或6類(lèi)雙絞線。1000BASE-SX--1Gbit/s多模光纖（小于550m）。1000BASE-LX--1Gbit/s多模光纖（小于550m）。需要使用長(zhǎng)距離單模（光纖10千米）。1000BASE-LH--1Gbit/s單模光纖（小于100千米）。長(zhǎng)距離方案1000BASE-CX--銅纜上達(dá)到1Gbps的短距離（小于25m）方案。早于1000BASE-T，已廢棄。萬(wàn)兆以太網(wǎng)新的萬(wàn)兆以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)包含7種不同的節(jié)制類(lèi)型適用于局域網(wǎng)，城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)。當(dāng)前使用附加標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.3ae用以說(shuō)明，將來(lái)會(huì)合并進(jìn)IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)。10GBASE-CX4--短距離銅纜方案用于InfiniBand4x連接器和CX4電纜，最大長(zhǎng)度15米。