以太网组网技术
以太网组网技术
以太网标准
在IEEE 802标准中,有关以太网的IEEE802.3组网标准见表4.3。
表4.3 以太网的IEEE802.3组网标准
1. 10Base5组网技术
10Base5是IEEE802.3中最早定义的以太网标准,也叫粗缆以太网,因使用比较粗的同轴电缆而得名。10Base5的拓扑结构为总线形,采用基带传输的方式,无中继器的情况下最远的传输距离可以达到500米。
在粗缆以太网中,我们可以通过中继设备将网络分为几段,如图
4-6-1所示。为了减少冲突,保证网络性能,IEEE802.3规定了“5-4-3”原则:即最多使用4个转发器连接5个网段,其中只有3个网段可以连接结点,其余的网段仅用作加长距离。此外,粗缆以太网中,相邻收发器间的最小距离为2.5米,每段最多支持100个结点。因此,10Base5网络的最大长度为2.5公里,网络结点最多为300个。
图4-6-1 粗缆以太网示意
粗缆以太网的物理连接器包括:同轴电缆、网卡、收发器以及收发器(AUI )电缆。 2. 10Base2组网技术
10Base2以太网也叫细缆以太网,因其价格比较低廉故又被称为“廉价网”。10Base2与10Base5具有相同的传输速率,同为总线形局域网。
细缆以太网的特点是价格便宜且安装比较简单,但是传输距离比较短。在不带中继器的情况下网段的最远距离为185米。
细缆以太网的连接部件包括:网卡(带BNC 头)、细同轴电缆和BNC-T 型连接器。在这种组网技术中,收发器电路被集成到网卡中,收发器接头也被BNC-T 型连接器取代,从而可以将站点直接连接到电缆上,取消了收发器电缆。
除了遵循“5-4-3”原则外,10Base2还规定:两个相邻BNC-T 型接头之间的最小距离为0.5米,每段最多支持30个结点。因此,10Base2网络的最大长度为925米,网络结点最多为90个。 3. 10BaseT组网技术
继10Base5和10Base2后,80年代后期又出现了10BaseT 。10BaseT 又称双绞线以太网,是一种传输介质采用非屏蔽双绞线(UTP )的星型局域网。
10BaseT 的传输速率为10Mbps ,站点到集线器(HUB )的最大距离为100米。
10BaseT 将所有的网络操作都集中到HUB 中,以取代单一的收发器。每个结点都装有一块带RJ-45接口的网卡,通过一根8芯的UTP 连接到HUB ,连接插头为RJ-45插头,如图4-6-2所示。双绞线的灵活性以及RJ-45插头的易用性,使得10BaseT 成为IEEE802.3中最易于安装和改装的局域网。
图4-6-2 10BaseT连接示意
HUB 将收到的所有帧向每个站点发送,只有帧上标明的接收站点才接收相应的帧。所以,从这种意义上来讲,以HUB 为中心的星型网络,其逻辑拓扑结构为总线型。 高速以太网组网技术
1. 高速以太网的概念 随着计算机在图形处理、CAD 设计和实时视频技术等方面的应用不断增多,人们对局域网的传输速率提出了越来越高的要求,高速以太网应运而生。传输速率在100Mbps 或100Mbps 以上的以太网称为高速以太网。
2. 100M以太网组网技术
IEEE 于1995年通过了100Mbps 快速以太网的100BASE-T 标准,并正式命名为IEEE802.3u 标准,作为对IEEE802.3标准的补充。 在物理层,高速以太网采用同10BASE-T 一样的星形拓扑结构,但包含三种介质选项:100BASE-TX 、100BASE-FX 和100BASE-T4。他们之间的关系如图4-6-3所示。
图4-6-3 高速以太网的分类
与传统以太网相比,高速以太网的帧格式没有变化,介质访问控制方式也是一样的。不同的:传输速率提高10倍、冲突域则减小10倍。
(1) 100BASE-TX
100BASE-TX 使用的传输介质是两对非屏蔽5类双绞线,一对电缆用作从结点到HUB 的传输信道,另一对则用作从HUB 到结点的传输信道,结点和HUB 之间的距离最大为100米。
(2) 100BASE-FX
100BASE-FX 使用的传输介质是两根光纤,一根用作从结点到HUB 的传输信道,另一根则用作从HUB 到结点的传输信道,结点和HUB 之间的最大距离可达2000米。信号的编码方式同100BASE-TX ,即4B/5B。
(3) 100BASE-T4
100BASE-T4机制的设计初衷就想避免重新布线的麻烦。它使用了4对3类非屏蔽双绞线作为传输介质。这种双绞线就是我们常用的电话线,其中两对是可以双向传输的,另外两对只能单向传输。也就是说,不论在哪个方向上都有三对电缆可以传输数据。
3. 1000M以太网组网技术
千兆以太网又称吉比特以太网(Gigabit Ethernet ,使用原有以太网的帧结构、帧长及CSMA/CD介质访问控制方法,编码方式为8B/10B,即将一组8位的二进制码编码成一组10位的二进制码。 千兆网使用的传输介质主要是光纤(1000Base-LX 和1000Base-SX ),当然也可以使用双绞线(1000Base-CX 和
1000Base-T )。组网时,千兆网通常连接核心服务器和高速局域网交换机,以作为高速以太网的主干网,如图4-6-4所示。
图4-6-4 千兆网组网示意 4. 10G以太网
2000年初IEEE802.3委员会发布了10Gbps 的以太网标准802.3ae 。10Gbps 以太网也称为10吉比特以太网。
10吉比特以太网仍然使用IEEE 802.3以太网MAC 协议,其帧格式和大小也符合802.3标准。但是与以往的以太网标准相比,还有一些显著不同的地方,如:只支持双工模式,而不支持单工模式;使用的媒体只能是光纤;不满足CSMA/CD;使用64B/66B和8B/10B两种编码方式等。
10吉比特以太网还有一个重要的改进,即它具有支持局域网和广域网接口,且其有效距离可达40km 。其有效作用距离的增大为10吉比特以太网在广域网中的应用打下了基础。 常用的环型网组网技术
1. 令牌环网
令牌环网是由IBM 推出的,IEEE 在IBM 令牌环网的基础上制定了802.5标准,两者是兼容的,见表4.4。
表4.4 IBM令牌环网与IEEE802.5比较
(1) 基本令牌环网络
令牌环网的每个站点都包含一个转发器,转发器从两个链路中的一条接收比特流,然后通过另一条发送比特流。每个站点通过输出端口与下一站点的输入端口相连,最后一个站点的输出端口与第一个站点的输入端口连接,这样就构成了一个完整的单向环。
基本令牌环中,如果一个站点发生故障或没有加电,就会造成整个环网瘫痪。为解决这一问题,可以将每个站点与一个自动开关相连。这个开关可以旁通脱环的站点,如图4-6-5所示。如果某站点发生故障,自动开关就将环闭合,一旦该站点重新恢复工作,网卡可以送出一个信号以使开关将该站点加入到环中来。具有上述开关功能的过网卡称为智能网卡。
(2) 复合令牌环网络
复合令牌环网络是指通过网桥将多个基本令牌环网络互连起来,如图4-6-8所示。复合环的寻址采用分层结构,其地址空间先应标示局部环号,然后再标示某个局部环的相应结点号。复合环对于中等规模的企事业单位(工厂、政府机关、学校等)是一种可选的组网结构。
图4-6-8 复合令牌环
2. FDDI网络
光纤分布式数据接口(FDDI ,Fiber Distributed Data Interface )是ANSI 的
X3T9.5委员会为满足用户对网络高速和高可靠性传输的需求,在20世纪80年代中期制定的网络标准。FDDI 所支持的数据传输速率可以达到100Mbps ,并使用光纤作为传输介质。FDDI 的另一版本是铜线分布式数据接口(CDDI ,Copper Distributed Data Interface)它采用铜质的STP 或UTP 。
(1) FDDI的双环结构
为了实现网络的容错机制,FDDI 采用的是双环结构,一个称为主环,一个称为辅环,如图4-6-9所示。
正常情况下,主环用来传输数据,辅环则作为主环的备份,数据流方向与主环相反。连接到环上的站点必须相应地提供两个连接端口,分别连接主环和辅环。如果主环发生故障,检测到故障的站点就会将数据转移到辅环上,这样主环和辅环可重新构成一个环。
(2) FDDI的分层结构
FDDI 标准将传输功能分为四层:介质依赖层(PMD )、物理层(PHY )、介质访问控制层(MAC )和链路控制层(LLC )。它们与OSI/RM的数据链路层和物理层相对应,如图4-6-10所示。
FDDI 的物理层被分为两个子层:介质依赖层和物理层。介质依赖层在FDDI 网络的结点之间提供点对点的数字基带通信;而物理层则提供PMD 与数据链路层之间的连接。
图4-6-9 FDDI的双环结构图 图 4-6-10 FDDI分层结构
(3) FDDI的介质访问控制机制
在FDDI 中,每个站点对介质的访问都有时间限制,站点只能在规定的时间段内发送数据帧,当然,优先级较高的实时数据可以优先发送。为了实现这种访问机制,FDDI 定义了两种不同的数据帧:同步帧和异步帧。同步帧是用来发送那些对实时性要求比较高的数据的。这两种帧有时也被称为S 帧和A 帧。
FDDI 采用的介质访问控制方式同IEEE802.5的令牌环访问控制标准十分接近。每个站点得到令牌后,优先发送S 帧。发送完S 帧后如果还有剩余时间再发送A 帧。
(4) FDDI的编码方式
在信号的传输中,FDDI 采用的是一种比较特殊的编码方式,即4B/5B编码。这种编码技术中,每次对4位数据进行编码,每4位数据编码成5位符号,用光的存在和不存在表示每一位是1还是0,见表4.5。同时,为了得到信号同步,FDDI 采用了二级编码的方法。即先按4B/5B编码,然后再利用差分不归零制NRZ-I 编码。这种编码确保无论4位比特符号为何种组合,其对应的5比特编码中至少有2位为1,从而保证在光纤种传输的信号至少发生两次跳变,以利于接收端的时钟提取。 早期以太网
施乐以太网 -- 最初的3-Mbit/s以太网,有两个版本:版本一和版本二。版本二的帧格式现在还在普遍使用。
10BROAD36 -- 已经过时。一个早期的支持长距离以太网的标准。它运行在同轴电缆上,使用了一种类似于线缆调制解调器系统的宽带调制技术。
1BASE5 -- 也叫做星型局域网,速率是1Mbit/s。在商业上很失败。双绞线 的第一次使用就用在这里。
10Mbps 以太网
10BASE5 (也叫粗缆或黄色电缆) --最早实现10 Mbit/s以太网。 早期IEEE 标准,使用单根50欧姆阻抗RG-8同轴电缆,最大距离500米。接收端通过所谓的“插入式分接头”插入电缆的内芯和屏蔽层。在电缆终结处使用N 型连接器。
An AUI cable then connected the transceiver to the Ethernet device. 尽管由于早期的大量布设,到现在还有一些系统在使用,这一标准实际已经丢弃。在电缆两端需要配置终结器。 10BASE2 (也叫细缆或模拟网路) -- 50欧姆RG-58同轴电缆,200米, 连接所有的计算机, 每台计算机使用T 适配器连接到带有BNC 连接器的网卡。线路两头需要终结器。很长时间一直是10M 网主流。
StarLAN -- 第一个双绞线上实现的以太网标准10 Mbit/s. 后发展成10BASE-T.
10BASE-T --使用3类双绞线或者5类双绞线的4根线 (2对绞线) 100米。以太网集线器或以太网交换机 位于中间连接所有节点。
FOIRL -- 光纤中继器链路。光纤以太网原始版本。
10BASE-F -- 10Mbps以太网光纤标准通称,2千米。只有10BASE-FL 应用比较广泛 10BASE-FL -- FOIRL标准一种升级.
10BASE-FB -- 用于连接多个Hub 或者交换机的骨干网技术,已废弃 10BASE-FP -- 无中继被动星型网, 从未得到应用
快速以太网(100Mbps)
100BASE-T -- 下面三个100 Mbit/s 双绞线标准通称,最远100米。
100BASE-TX -- 类似于星型结构的10BASE-T. ,使用2对电缆,但是需要5类电缆以达到100Mbit/s.
100BASE-T4 -- 使用3类电缆使用所有4对线,由于5类线普及已经废弃,半双工。
100BASE-T2 -- 无产品。使用3类电缆。支持全双工使用2对线,功能等效100BASE-TX ,
但支持旧电缆。
100BASE-FX -- 使用多模光纤,最远支持400米,半双工连接 (保证冲突检测) ,2km 全双工。 100Base-VG -- 只有惠普支持, VG最早出现在市场上。需要4对三类电缆。也有人怀疑VG 不是以太网。
千兆以太网
1000BASE-T -- 1 Gbit/s 介质超五类双绞线或6类双绞线。
1000BASE-SX -- 1 Gbit/s 多模光纤(小于550 m)。
1000BASE-LX -- 1 Gbit/s 多模光纤(小于550 m)。需要使用长距离单模(光纤10千米) 。 1000BASE-LH -- 1 Gbit/s 单模光纤(小于100千米) 。长距离方案
1000BASE-CX -- 铜缆上达到1Gbps 的短距离(小于25 m)方案。早于1000BASE-T ,已废弃。
万兆以太网
新的万兆以太网标准包含7种不同的节制类型适用于局域网,城域网和广域网。当前使用附加标准IEEE 802.3ae用以说明,将来会合并进IEEE 802.3标准。
10GBASE-CX4 -- 短距离铜缆方案用于InfiniBand 4x连接器和CX4电缆,最大长度15米。 10GBASE-SR -- 用于短距离多模光纤,根据电缆类型能达到26-82米,使用新型2GHz 多模光纤可以达到300米。
10GBASE-LX4 -- 使用波分复用支持多模光纤240-300米,单模光纤超过10公里。 10GBASE-LR 和10GBASE-ER -- 通过单模光纤分别支持10公里和40公里
10GBASE-SW, 10GBASE-LW,10GBASE-EW 。用于广域网PHY , OC-192 / STM-64 同步光纤网/SDH设备。物理层分别对应10GBASE-SR, 10GBASE-LR和10GBASE-ER ,因此使用相同光纤支持距离也一致。(无广域网PHY 标准)
10GBASE-T -- 使用非屏蔽双绞线, 计划2006年8月发布。
1000BASE-SX :62.5 um多模光纤:275 m 1000BASE-SX :50 um多模光纤:550 m 1000BASE-LX :62.5 um多模光纤:550 m 1000BASE-LX :50 um多模光纤:550 m 1000BASE-LX :9/10 um单模光纤:5 km1 1000BASE-LH :62.5 um多模光纤:550 m 1000BASE-LH :50 um多模光纤:550 m 1000BASE-LH :9/10 um 单模光纤:10 km 1000BASE-ZX : 9/10 um单模光纤:70 km
1000BASE-ZX :disposition shifted光纤:100 km 1000BASE-T :第5类电缆:100 m 10/100/1000BASE-T:第5类电缆:100