以太網(wǎng)組網(wǎng)技術

以太網(wǎng)組網(wǎng)技術以太網(wǎng)標準在IEEE802標準中，有關以太網(wǎng)的IEEE802.3組網(wǎng)標準見表4.3。表4.3 以太網(wǎng)的IEEE802.3組網(wǎng)標準IEEE標準以太網(wǎng)傳輸速率M拓撲結構最大網(wǎng)段長度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。細同軸電纜802.3b(1988)10Board3610總線180075。同軸電纜802.3c(1988)1Base5星型2502對3類UTP802.3I(1990)10BaseT10星型1002對3類UTP802.3i(1992)10BaseTF10星型20002股多?；騿文９饫w802.3u(1995)100Base-TX100星型1002對5類UTP100Base-T41004對3類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對超5類UTP10M以太網(wǎng)組網(wǎng)技術10Base5組網(wǎng)技術10Base5是IEEE802.3中最早定義的以太網(wǎng)標準，也叫粗纜以太網(wǎng)，因使用比較粗的同軸電纜而得名°10Base5的拓撲結構為總線形，采用基帶傳輸?shù)姆绞?，無中繼器的情況下最遠的傳輸距離可以達到500米。在粗纜以太網(wǎng)中，我們可以通過中繼設備將網(wǎng)絡分為幾段，如圖4-6-1所示。為了減少沖突，保證網(wǎng)絡性能，IEEE802.3規(guī)定了“5-4-3'原則：即最多使用4個轉(zhuǎn)發(fā)器連接5個網(wǎng)段，其中只有3個網(wǎng)段可以連接結點，其余的網(wǎng)段僅用作加長距離。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個結點。因此，10Base5網(wǎng)絡的最大長度為2.5公里，網(wǎng)絡結點最多為300個。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10Base2以太網(wǎng)也叫細纜以太網(wǎng)，因其價格比較低廉故又被稱為“廉價網(wǎng)”。10Base2與10Base5具有相同的傳輸速率，同為總線形局域網(wǎng)。細纜以太網(wǎng)的特點是價格便宜且安裝比較簡單，但是傳輸距離比較短。在不帶中繼器的情況下網(wǎng)段的最遠距離為185米。細纜以太網(wǎng)的連接部件包括：網(wǎng)卡（帶BNC頭）、細同軸電纜和BNC-T型連接器。在這種組網(wǎng)技術中，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個結點。因此，10Base2網(wǎng)絡的最大長度為925米，網(wǎng)絡結點最多為90個。10BaseT組網(wǎng)技術繼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，站點到集線器（HUB）的最大距離為100米。

10BaseT將所有的網(wǎng)絡操作都集中到HUB中，以取代單一的收發(fā)器。每個結點都裝有一塊帶RJ-45接口的網(wǎng)卡，通過一根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站點發(fā)送，只有幀上標明的接收站點才接收相應的幀。所以，從這種意義上來講，以HUB為中心的星型網(wǎng)絡，其邏輯拓撲結構為總線型。高速以太網(wǎng)組網(wǎng)技術高速以太網(wǎng)的概念隨著計算機在圖形處理、CAD設計和實時視頻技術等方面的應用不斷增多，人們對局域網(wǎng)的傳輸速率提出了越來越高的要求，高速以太網(wǎng)應運而生。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IEEE于1995年通過了100Mbps快速以太網(wǎng)的100BASE-T標準，并正式命名為IEEE802.3u標準，作為對IEEE802.3標準的補充。在物理層，高速以太網(wǎng)采用同10BASE-T一樣的星形拓撲結構，但包含三種介質(zhì)選項：100BASE-TX、100BASE-FX和100BASE-T4。他們之間的關系如圖4-6-3所示。圖4-6-3高速以太網(wǎng)的分類與傳統(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)是兩對非屏蔽5類雙絞線，一對電纜用作從結點到HUB的傳輸信道，另一對則用作從HUB到結點的傳輸信道，結點和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，一根用作從結點到HUB的傳輸信道，另一根則用作從HUB到結點的傳輸信道，結點和HUB之間的最大距離可達2000米。信號的編碼方式同100BASE-TX，即4B/5B。100BASE-T4100BASE-T4機制的設計初衷就想避免重新布線的麻煩。它使用了4對3類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，其中兩對是可以雙向傳輸?shù)?，另外兩對只能單向傳輸。也就是說，不論在哪個方向上都有三對電纜可以傳輸數(shù)據(jù)。1000M以太網(wǎng)組網(wǎng)技術千兆以太網(wǎng)又稱吉比特以太網(wǎng)(GigabitEthernet，使用原有以太網(wǎng)的幀結構、幀長及CSMA/CD介質(zhì)訪問控制方法，編碼方式為8B/10B，即將一組8位的二進制碼編碼成一組10位的二進制碼。千兆網(wǎng)使用的傳輸介質(zhì)主要是光纖(1000Base-LX和1000Base-SX)，當然也可以使用雙絞線(1000Base-CX和1000Base-T）。組網(wǎng)時，千兆網(wǎng)通常連接核心服務器和高速局域網(wǎng)交換機，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委員會發(fā)布了10Gbps的以太網(wǎng)標準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標準。但是與以往的以太網(wǎng)標準相比，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)還有一個重要的改進，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)中的應用打下了基礎。常用的環(huán)型網(wǎng)組網(wǎng)技術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)的基礎上制定了802.5標準，兩者是兼容的，見表4.4。表4.4 IBM令牌環(huán)網(wǎng)與IEEE802.5比較物理拓撲傳輸介質(zhì)傳輸速率網(wǎng)段最大信號介質(zhì)訪問結點數(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標準未指定未指定4Mbps16Mbps250基帶令牌傳遞令牌傳遞基本令牌環(huán)網(wǎng)絡令牌環(huán)網(wǎng)的每個站點都包含一個轉(zhuǎn)發(fā)器，轉(zhuǎn)發(fā)器從兩個鏈路中的一條接收比特流，然后通過另一條發(fā)送比特流。每個站點通過輸出端口與下一站點的輸入端口相連，最后一個站點的輸出端口與第一個站點的輸入端口連接，這樣就構成了一個完整的單向環(huán)?；玖钆骗h(huán)中，如果一個站點發(fā)生故障或沒有加電，就會造成整個環(huán)網(wǎng)癱瘓。為解決這一問題，可以將每個站點與一個自動開關相連。這個開關可以旁通脫環(huán)的站點，如圖4-6-5所示。如果某站點發(fā)生故障，自動開關就將環(huán)閉合，一旦該站點重新恢復工作，網(wǎng)卡可以送出一個信號以使開關將該站點加入到環(huán)中來。具有上述開關功能的過網(wǎng)卡稱為智能網(wǎng)卡。復合令牌環(huán)網(wǎng)絡復合令牌環(huán)網(wǎng)絡是指通過網(wǎng)橋?qū)⒍鄠€基本令牌環(huán)網(wǎng)絡互連起來，如圖4-6-8所示。復合環(huán)的尋址采用分層結構，其地址空間先應標示局部環(huán)號，然后再標示某個局部環(huán)的相應結點號。復合環(huán)對于中等規(guī)模的企事業(yè)單位(工廠、政府機關、學校等)是一種可選的組網(wǎng)結構。圖4-6-8 復合令牌環(huán)2.FDDI網(wǎng)絡光纖分布式數(shù)據(jù)接口(FDDI，F(xiàn)iberDistributedDataInterface)是ANSI的X3T9.5委員會為滿足用戶對網(wǎng)絡高速和高可靠性傳輸?shù)男枨?，?0世紀80年代中期制定的網(wǎng)

絡標準。FDDI所支持的數(shù)據(jù)傳輸速率可以達到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)結構為了實現(xiàn)網(wǎng)絡的容錯機制，F(xiàn)DDI采用的是雙環(huán)結構，一個稱為主環(huán)，一個稱為輔環(huán)，如圖4-6-9所示。正常情況下，主環(huán)用來傳輸數(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)上的站點必須相應地提供兩個連接端口，分別連接主環(huán)和輔環(huán)。如果主環(huán)發(fā)生故障，檢測到故障的站點就會將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到輔環(huán)上，這樣主環(huán)和輔環(huán)可重新構成一個環(huán)。FDDI的分層結構FDDI標準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應，如圖4-6-10所示。FDDI的物理層被分為兩個子層：介質(zhì)依賴層和物理層。介質(zhì)依賴層在FDDI網(wǎng)絡的結點之間提供點對點的數(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)訪問控制MAC數(shù)據(jù)鏈路層物理層PHY物理介質(zhì)依賴站點管理二圖4-6-10FDDI圖4-6-9FDDI圖4-6-10FDDI分層結構FDDI的介質(zhì)訪問控制機制在FDDI中，每個站點對介質(zhì)的訪問都有時間限制，站點只能在規(guī)定的時間段內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)幀，當然，優(yōu)先級較高的實時數(shù)據(jù)可以優(yōu)先發(fā)送。為了實現(xiàn)這種訪問機制，F(xiàn)DDI定義了兩種不同的數(shù)據(jù)幀：同步幀和異步幀。同步幀是用來發(fā)送那些對實時性要求比較高的數(shù)據(jù)的。這兩種幀有時也被稱為S幀和A幀。FDDI采用的介質(zhì)訪問控制方式同IEEE802.5的令牌環(huán)訪問控制標準十分接近。每個站點得到令牌后，優(yōu)先發(fā)送S幀。發(fā)送完S幀后如果還有剩余時間再發(fā)送A幀。（4） FDDI的編碼方式在信號的傳輸中，F(xiàn)DDI采用的是一種比較特殊的編碼方式，即4B/5B編碼。這種編碼技術中，每次對4位數(shù)據(jù)進行編碼，每4位數(shù)據(jù)編碼成5位符號，用光的存在和不存在表示每一位是1還是0，見表4.5。同時，為了得到信號同步，F(xiàn)DDI采用了二級編碼的方法。即先按4B/5B編碼，然后再利用差分不歸零制NRZ-I編碼。這種編碼確保無論4位比特符號為何種組合，其對應的5比特編碼中至少有2位為1，從而保證在光纖種傳輸?shù)男盘栔辽侔l(fā)生兩次跳變，以利于接收端的時鐘提取。早期以太網(wǎng)施樂以太網(wǎng)--最初的3-Mbit/s以太網(wǎng)，有兩個版本：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)過時。一個早期的支持長距離以太網(wǎng)的標準。它運行在同軸電纜上，使用了一種類似于線纜調(diào)制解調(diào)器系統(tǒng)的寬帶調(diào)制技術。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）--最早實現(xiàn)10Mbit/s以太網(wǎng)。早期IEEE標準，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。在電纜終結處使用N型連接器。AnAUIcablethenconnectedthetransceivertotheEthernetdevice.盡管由于早期的大量布設，到現(xiàn)在還有一些系統(tǒng)在使用，這一標準實際已經(jīng)丟棄。在電纜兩端需要配置終結器。10BASE2（也叫細纜或模擬網(wǎng)路）--50歐姆RG-58同軸電纜,200米連接所有的計算機，每臺計算機使用T適配器連接到帶有BNC連接器的網(wǎng)卡。線路兩頭需要終結器。很長時間一直是10M網(wǎng)主流。StarLAN--第一個雙絞線上實現(xiàn)的以太網(wǎng)標準10Mbit/s.后發(fā)展成10BASE-T.10BASE-T--使用3類雙絞線或者5類雙絞線的4根線（2對絞線）100米。以太網(wǎng)集線器或以太網(wǎng)交換機位于中間連接所有節(jié)點。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)光纖標準通稱，2千米。只有10BASE-FL應用比較廣泛10BASE-FL--FOIRL標準一種升級.10BASE-FB--用于連接多個Hub或者交換機的骨干網(wǎng)技術，已廢棄10BASE-FP--無中繼被動星型網(wǎng),從未得到應用快速以太網(wǎng)（100Mbps）100BASE-T--下面三個100Mbit/s雙絞線標準通稱，最遠100米。100BASE-TX--類似于星型結構的10BASE-T.，使用2對電纜，但是需要5類電纜以達到100Mbit/s.100BASE-T4--使用3類電纜使用所有4對線，由于5類線普及已經(jīng)廢棄，半雙工。100BASE-T2--無產(chǎn)品。使用3類電纜。支持全雙工使用2對線，功能等效100BASE-TX，但支持舊電纜。100BASE-FX--使用多模光纖，最遠支持400米，半雙工連接（保證沖突檢測），2km全雙工。100Base-VG--只有惠普支持,VG最早出現(xiàn)在市場上。需要4對三類電纜。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)超五類雙絞線或6類雙絞線。1000BASE-SX--1Gbit/s多模光纖（小于550m）。1000BASE-LX--1Gbit/s多模光纖（小于550m）。需要使用長距離單模（光纖10千米）。1000BASE-LH--1Gbit/s單模光纖（小于100千米）。長距離方案1000BASE-CX--銅纜上達到1Gbps的短距離（小于25m）方案。早于1000BASE-T，已廢棄。萬兆以太網(wǎng)新的萬兆以太網(wǎng)標準包含7種不同的節(jié)制類型適用于局域網(wǎng)，城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)。當前使用附加標準IEEE802.3ae用以說明，將來會合并進IEEE802.3標準。10GBASE-CX4--短距離銅纜方案用于InfiniBand4x連接器和CX4電纜，最大長度15米。