第5章：快速以太网

计算机科学与工程学院第五章介质访问控制子层1复习上次课内容•1、LAN介质访问控制方法有哪些？–共享式:CSMA/CD、TokenBus、TokenRing–交换式:基于硬件、并发连接、同时有多对结点进行通信。•2、LAN分类–共享介质局域网•以太网CSMA/CD（10Mb/s、100Mb/s、1Gb/s）•令牌总线•令牌环（FDDI、FDDI-II）–交换局域网•交换以太网•ATM局域网虚拟局域网VLAN计算机科学与工程学院第五章介质访问控制子层2复习上次课内容•3、LAN发展过程中，高速局域网的研究方法或者发展方式有哪些？–方案一•提高Ethernet的数据传输速率：•10Mb/s→100Mb/s→1Gb/s→10Gb/s；–方案二•将一个大型局域网划分成多个用网桥或路由器互连的子网，减少N节点数，间接提高用户带宽。–方案三•将“共享介质方式”改为“交换方式”计算机科学与工程学院第五章介质访问控制子层35.4.3快速以太网(100Base-T)•FastEthernet局域网标准由IEEE802.3工作组于1995年完成，并正式命名为100Base-T。•FastEthernet在传统以太网基础上发展起来的–保持相同的以太网帧格式–保留了用于以太网的CSMA/CD介质访问控制方式–相同的组网方法•由于快速以太网的速率比普通以太网提高了10倍，所以快速以太网中的桥接器、路由器和交换机都与普通以太网不同，它们具有更快的速度和更小的延时。•FastEthernet的传输速率比普通Ethernet快10倍，数据传输速率达到了100Mbps,每个比特的发送时间由100ns降低到了10ns。–1s=?ns–1s=103ms=106us=109ns=1012ps计算机科学与工程学院第五章介质访问控制子层4100Base-T标准(IEEE802.3u)•快速以太网100Base－T标准(IEEE802.3u标准)的主要内容如下：（10Base－T:802.3i）–速率：100Base-T以10倍速度使用以太网MAC协议。–物理层：100Base-T标准现有三个不同的100Base-T物理层规范，其中两个物理层规范支持长度为100M的双绞线(100BASE-TX、100BASE-T4)，另一个规范支持单模或多模光缆（100BASE-FX）。–结构：100Base－T采用中心集线器的星型布线结构。–接口：100Base－T包括介质无关接口（MII）规范。MII层是MAC和物理层之间的接口，将MAC子层和物理层分隔开来，并允许外接收发器。•100Base-TMAC子层–100Base-T的介质访问控制协议为CSMA/CD，传输速度为100Mbps，每位信息的传输时间为10ns，两帧间的最小距离为0.96ns，时隙间隔512bit，JAM(检测到冲突时发的信息)长度为32bit，最小帧长为64个字节，最大帧长为1518个字节，源目的地址长度均为6字节。计算机科学与工程学院第五章介质访问控制子层5•FastEthernet的协议结构计算机科学与工程学院第五章介质访问控制子层6802.3u：100BASE-T的3种物理层标准100BASE-TX√–支持2对5类非屏蔽双绞线UTP或STP–全双工工作，采用4B/5B编码–以100Mbps的速率发送与接收数据–从结点到集线器的距离最多100m100BASE-T4–100BASE-T4支持4对3、4、5类非屏蔽双绞线UTP–其中3对用于数据传输，1对用于冲突检测。–非全双工工作，8B/6T编码100BASE-FX√–支持2芯的多模或单模光纤–从结点到集线器的距离可以达到2km–全双工工作，采用4B/5B编码计算机科学与工程学院第五章介质访问控制子层7各100Base-T的PHY比较1990计算机科学与工程学院第五章介质访问控制子层8100BASE-T与10BASE-T的比较计算机科学与工程学院第五章介质访问控制子层9快速以太网的改进•用MII取代AUI–MII(MediumIndependentInterface,介质无关接口），是指不用考虑媒体是铜轴、光纤、电缆等，这些媒体处理的相关工作都由PHY或者叫做MAC的芯片完成。–减弱了MAC层对物理层介质的要求–MII不再采用AUI的串行接口规范，而提供4位并行的数据通路，即是用4根线来传输数据。•用简单不归零码代替曼彻斯特编码•定义了新型中继器规范，减少了中继器处理延迟。•用全双工方式取代半双工，消除了传播延迟限制，从而支持更大的网络直径。•可管理性得到增强(SNMP)。计算机科学与工程学院第五章介质访问控制子层10快速以太网组网实例•网卡(外置或内置收发器)、收发器(外置)与收发器电缆•集线器（双绞线或光纤接口）•双绞线及光缆计算机科学与工程学院补充：ATM网•ATM(asynchronoustransfermode，异步传输模式)，始于20世纪70年代后期。是一种较新型的信元交换技术，与以太网、令牌环网、FDDI网络等使用可变长度包技术不同，ATM使用53字节固定长度的信元进行交换。ATM是一种交换技术，没有共享介质或包传递带来的延时，具有高速数据传输率和支持多种类型（如声音、数据、传真、实时视频、CD质量音频和图像）通信。•优点：（1）使用相同的数据单元，可实现WAN和LAN的无缝连接。（2）支持VLAN（虚拟局域网）功能，可以对网络进行灵活的管理和配置。（3）具有不同的速率，分别为25、51、155、622Mbps，从而为不同的应用提供不同的速率。第五章介质访问控制子层11计算机科学与工程学院ATM具有电路交换、分组交换的双重性•ATM面向连接,它需要在通信双方向建立连接,通信结束后再由信令拆除连接。但它摈弃了电路交换中采用的同步时分复用，改用异步时分复用，收发双方的时钟可以不同，可以更有效地利用带宽。•ATM的传送单元是固定长度53byte的CELL（信元），信头部分包含了选择路由用的VPI/VCI信息，因而它具有交换的特点。它是一种高速分组交换，在协议上它将OSI第三层的纠错、流控功能转移到智能终端上完成，降低了网络时延，提高了交换速度。•VPI和VCI：ATM把一条物理电路划分为几个虚拟的逻辑通路，称为VPI（VirtualPathidentifier,虚路径标识符）；然后在每一个VPI中再划分虚拟的信道，称为VCI（VirtualChannelIdentifier,虚通道标识符）。第五章介质访问控制子层12计算机科学与工程学院ATM信元•ATM采用定长分组作为传输和交换的单位。这种定长分组叫做信元(cell)。当用户的ATM信元需要传送时，就可“异步”插入到SDH的一个帧中。•每个ATM信元53个字节。可传输话音、数据、图像和视频业务。ATM传输可以提供256K到622M之间的高速数据传输通道。ATM异步(统计)时分复用计算机科学与工程学院补充：100VG-AnyLAN•IEEE802.12标准：是基于AT＆T、HP公司开发的100-Mbps高速以太网和令牌环技术，能够顺利地从以太网向令牌环迁移。•100VG(VoiceGrade)-AnyLAN不用CSMA/CD，采用DPA，即需求优先访问协议来控制网络访问，可提供优先级控制和带宽保证，以支持多媒体通信。•DPA：是一种集中式介质访问控制协议。任何节点需要传送数据时，首先向HUB发出传输请求，只有在HUB认可请求并指示传送时，节点才能开始传送数据。•DPA定义两种传输请求：–正常优先权请求NPR(NormalPriorityRequest)–高优先级请求HPR(HighPriorityRequest)第五章介质访问控制子层14计算机科学与工程学院100VG-AnyLAN连网示例•100VG-AnyLAN网络是一种以中央HUB为中心星型结构。中央HUB称为根HUB。每个HUB都有一个上行链路和多个连接下一级HUB的下行链路端口组成。•使用4对3、4、5类UTP，最大距离为200m，使用光线时最长为2km。支持2500m的级联星状拓扑，并可以有3级以上的级联。第五章介质访问控制子层15。123n……1-11-31-n2-n2-22-1UP计算机科学与工程学院第五章介质访问控制子层165.4.4千兆位以太网(GigabitEthernet，吉比特以太网)制定标准•1996年7月，IEEE802.3委员会成立了IEEE802.3z工作组，专门制定基于光纤和同轴电缆的千兆以太网标准。–1998年6月，IEEE802.3发布了IEEE802.3z千兆位以太网标准。•1997年3月成立IEEE802.3ab工作组，专门制定基于5类UTP的千兆位以太网标准。–1999年6月，IEEE802.3ab发布了IEEE802.3ab千兆以太网标准。这样，就可以实现5类非屏蔽双绞线在100米有效距离内达到1000Mbps的以太网传输速率。计算机科学与工程学院第五章介质访问控制子层17IEEE802.3z工作组•IEEE802.3z工作组负责制定光纤(单模或多模,长波和短波)和同轴电缆的全双工链路标准，产生IEEE802.3z标准及其协议。•IEEE802.3z定义了基于光纤和短距离电缆的1000Base-X，采用8B/10B编码技术，信道传输速度为1.25Gbit/s，去耦后实现1000Mbit/s传输速度。•1000Base-X主要分为：–1000Base-CX(电缆)–1000Base-LX(长波光纤)–1000Base-SX(短波光纤)计算机科学与工程学院第五章介质访问控制子层18IEEE802.3ab工作组•IEEE802.3ab工作组负责制定基于UTP的半双工链路的千兆位以太网标准，产生IEEE802.3ab标准及其协议。–IEEE802.3ab定义基于5类UTP的1000Base-T规范，其目标是在5类UTP上以1000Mbit/s速率传输100m。–使用PAM5编码解码•PAM-5(PulseAmplitudeModulation，脉冲振幅调制)•是一种用+E、+0.5E、0、-0.5E和-E五种电位来表示符号的编码方式。–IEEE802.3ab标准的意义：•保护用户在5类UTP布线系统上的投资。•1000Base-T是100Base-t自然扩展，与10Base-T、100Base-T完全兼容。计算机科学与工程学院第五章介质访问控制子层19千兆位以太网模型•IEEE802.3z千兆以太网模型如下图，与以太网和快速以太网一样，千兆以太网只定义了物理层和介质访问控制子层。–GMII：千兆位介质无关（独立）接口–MDI：介质相关接口计算机科学与工程学院第五章介质访问控制子层20千兆位以太网协议结构计算机科学与工程学院第五章介质访问控制子层21千兆以太网的物理层•物理层是千兆以太网的关键组成，具有以下主要功能：–①数据的编码与解码；–②数据比特流的传输与故障指示；–③建立链路所需的机械、电气、功能和规程特性等。•IEEE802.3z中定义了3种传输介质：多模光纤、单模光纤、电缆•IEEE802.3ab则定义了非屏蔽UTP介质•1000Base-LH、1000Base-ZX：厂商自定义的标准，它也是一种光纤标准，传输距离最长可达到120km。计算机科学与工程学院第五章介质访问控制子层22千兆以太网物理层标准•1.1000Base-SX标准–1000Base-sx采用直径为62.5m和50m的多模光纤，工作波长为850nm，传输距离为260m~550m。数据编码方法为8B/10B，适用于作为大楼网络系统的主干。•2.1000Base-LX标准–①多模光纤•1000Base-LX可采用直径为50m和62.5m的多模光纤，工作波长为850nm，传输距离为550m，数据编码方法为8B/10B，适用于作为大楼网络系统的主干。–②单模光纤•1000Base-LX可采用直径为9m的单模光纤，工作波长为1300nm或1550nm，数据编码方法采用8B/10B，适用于校园或城域主干网。采用1300nm波