南京电信分公司网络操作维护中心www.huawei.comDP200004 以太网技术原理 ISSUE 1.0以太网技术原理Page 2我们知道局域网包含以太网,令牌环和令 牌总线等等,这些技术当中以太网技术以 其简明高效的特点逐渐占据了主导地位Page 3学习指南l理解以太网技术原理，可以遵循两 个逻辑：以太网设备的发展和链路 物理介质速率提升Page 4参考资料lIEEE802.3lIEEE802.3ulIEEE802.3z lIEEE802.3ablIEEE802.3aePage 5学习完此课程，您将会：了解以太网的发展史掌握以太网的基本原理掌握以太网端口技术理解L2交换机和L3交换机的工作原理Page 6第第1 1章章 以太网技术发展史以太网技术发展史第2章 以太网端口技术第3章 以太网设备介绍Page 7第第1 1章章 以太网发展史以太网发展史1.1 以太网起源及原理简介1.2 以太网发展及标准协议Page 8以太网的诞生l以太网最初是由Xerox公司开发的一种基带局域网技术，使用同轴电缆作为网络媒体，采用载波多路访问和冲突检测（CSMA/CD）机制,数据传输速率达到10Mbps。 l以太网被设计用来满足非持续性网络数据传输的需要，而IEEE 802.3规范则是基于最初的以太网技术于1980年制定。以太网版本2.0由Digital Equipment Corporation、Intel和Xerox三家公司联合开发，与IEEE 802.3规范相互兼容。Page 9冲突检测：由于两个站点同时发送信号，经过叠加后，会使线路上电压的摆动值超 过正常值一倍。据此可判断冲突的产生。以太网原理-CSMA/CDlCS：载波侦听 在发送数据之前进行监听，以确保线路空闲，减少冲突的机会。lMA：多址访问 每个站点发送的数据，可以同时被多个站点接收。lCD：冲突检测 边发送边检测，发现冲突就停止发送，然后延迟一个随机时间之 后继续发送。Page 10以太网帧结构Ethernet_IIDMACSMACLength/TDATA/PADFCSLength/Type值含义Length/T 1500Length/T = 1500代表了该帧的类型代表了该帧的长度802.3Page 11以太网的MAC地址lMAC地址有4 8位，但它通常被表示为12位的点分十六进制数。lMAC地址全球唯一，由 IEEE对这些地址进行管理和分配。每个 地址由两部分组成，分别是供应商代码和序列号。其中前24位 二进制代表该供应商代码。剩下的24位由厂商自己分配。l如果48位全是1，则表明该地址是广播地址。l如果第8位是1，则表示该地址是组播地址。00e0.fc39.8034Page 12最小帧长与最大传输距离l最大传输距离：通常由线路质量、信号衰减程度等因 素决定。l最小帧长（64字节）：由最大传输距离和冲突检测机 制共同决定。l规定最小帧长是为了避免这种情况发生：某站点已经 将一个数据包的最后一个BIT发送完毕，但这个报文的 第一个BIT还没有传送到距离很远的一个站点。而站点 认为线路空闲而发送数据，导致冲突。Page 13第第1 1章章 以太网发展史以太网发展史1.1 以太网起源及原理简介1.2 以太网发展及标准协议Page 14万兆以太网出现lIEEE802.3 以太网标准lIEEE802.3u 100BASE-T快速以太网标准lIEEE802.3z/ab 1000Mb/s千兆以太网标准lIEEE802.3ae 10GE以太网标准70年代80年代90年代以太网产生10M以太网发展成熟共享式转向LAN交换机100M快速以太网92年96年千兆以太网迅速发展2002年以太网发展简史Page 15共享式以太网传输介质l在共享式以太网之时，使用一种称为抽头的设备建立与同轴电缆 的连接。须用特殊的工具在同轴电缆里挖一个小洞，然后将抽头 接入。此项工作存在一定的风险：因为任何疏忽，都有可能使电 缆的中心导体与屏蔽层短接，导致这个网络段的崩溃。同轴电缆 的致命缺陷是：电缆上的设备是串连的，单点的故障可以导致这 个网络的崩溃。10Base5：粗同轴电缆（5代表电缆的字段长度是500米）10Base2：细同轴电缆（2代表电缆的字段长度是200米）Page 16其中介质可靠性差是共享式以太网的主要问题。共享式以太网的缺点l在共享式以太网中，所有的主机都以平等的地位连接到同轴电 缆上，但如果以太网中主机数目较多，则存在以下严重问题：介质可靠性差冲突严重广播泛滥无任何安全性 Page 17标准以太网l标准以太网（10Mbit/s）的网络定位模型分类网络定位接入层最终用户和接入层交换机之间的连接汇聚层通常不使用核心层通常不使用Page 18IEEE802.3 线缆名称电缆最大区间长度10BASE-5粗同轴电缆500m10BASE-2细同轴电缆200m10BASE-T双绞线100m10BASE-F光纤2000mPage 19快速（100M）以太网l数据传输速率为100Mbps的快速以太网是一种高速局域网技术，能够为桌面用户以及服务器或者服务器集群等提供更高的网络带宽。 lIEEE为快速以太网制订的标准为IEEE802.3uPage 20快速以太网l快速以太网（100Mbit/s）的网络定位模型分类网络定位接入层为高性能的PC机和工作站提供100Mbit/s的接入汇聚层提供接入层和汇聚层的连接，提供汇聚层到核心层的 连接，提供高速服务器的连接核心层提供交换设备间的连接Page 21快速以太网传输距离技术标准线缆类型传输距离100BaseTXEIA/TIA5类（UTP）非屏蔽双绞线2对100m100BaseT4EIA/TIA3、4、5类（UTP）非屏蔽双绞线4对100m100BaseFX多模光纤（MMF）线缆550m-2km单模光纤（SMF）线缆2km-15kmPage 22千兆以太网l千兆以太网是对IEEE802.3以太网标准的扩展，在基于以太网协议的基础之上，将快速以太网的传输速率100Mbps提高了10倍，达到了1 Gbps。 l标准为IEEE802.3z（光纤与铜缆）和IEEE802.3ab（双绞线）Page 23千兆以太网l千兆（1000Mbit/s）以太网网络定位模型分类网络定位接入层一般不使用汇聚层提供接入层和汇聚层设备间的高速连接核心层提供汇聚层和高速服务器的高速连接，提供核 心设备间的高速互联Page 24千兆以太网传输距离技术标准线缆类型传输距离1000BaseT铜质EIA/TIA5类（UTP）非屏蔽双绞线4对100m1000BaseCX铜质屏蔽双绞线25m1000BaseSX多模光纤，50/62.5um光纤，使用波长为 850nm的激光550m/275m1000BaseLX单模光纤，9um光纤，使用波长为1300nm的 激光2km-15kmPage 25IEEE802.3z的线缆标准l1000BaseLX是一种使用长波激光作信号源的网络介质技术，在 收发器上配置波长为1270-1355nm（一般为1300nm）的激光， 既可以驱动多模光纤，也可以驱动单模光纤。l1000BaseSX是一种使用短波激光作为信号源的网络介质技术， 收发器上所配置的波长为770-860nm（一般为800nm）的激光 传输器不支持单模光纤，只能驱动多模光纤。 l1000BaseCX使用的一种特殊规格的高质量平衡双绞线对的屏蔽 铜缆，最长有效距离为25米，使用9芯D型连接器连接电缆。Page 26IEEE802.3ab的线缆标准l1000BaseT是一种使用5类UTP作为网络传输介质的千兆以太网 技术，最长有效距离与100BASETX一样可以达到100米。用户 可以采用这种技术在原有的快速以太网系统中实现从100Mbps 到1000Mbps的平滑升级。Page 27万兆以太网l已经开始部署，预计未来将有大规模的应用l标准为IEEE802.3ael只有全双工模式l创造了一些新的概念，例如光物理媒体相关子层(PDM)Page 28第1章 以太网技术发展史第第2 2章章 以太网端口技术以太网端口技术第3章 以太网设备介绍Page 29第第2 2章章 以太网端口技术以太网端口技术2.1 自协商技术2.2 自适应技术2.3 流量控制Page 30自协商10Mb/s10Mb/s半双工半双工10Mb/s10Mb/s全双工全双工10Mb/s10Mb/s自协商自协商100Mb/s100Mb/s自协商自协商100Mb/s100Mb/s全双工全双工端口端口1 1自动协商自动协商端口端口2 2自动协商自动协商端口端口3 3自动协商自动协商端口端口4 4自动协商自动协商端口端口5 5自动协商自动协商Page 31自协商基本页信息0 00 00 00 01 10 01 12 23 34 45 56 67 78 89 91010 1111 1212 1313 1414 1515Message TypeMessage Type Ethernet=00001Ethernet=00001ReservedReserved10BASE-T10BASE-T半双工半双工 10BASE-T10BASE-T全双工全双工 100BASE-TX100BASE-TX半双工半双工 100BASE-TX100BASE-TX全双工全双工 100BASE-T4100BASE-T4 流控支持流控支持远程故障指示远程故障指示确认确认下一页指示下一页指示Page 32自协商信号约约2ms2ms约约100ns100ns约约62.5s62.5s时时 钟钟数数 据据 位位0 0时时 钟钟数数 据据 位位1 1数数 据据 位位 1313时时 钟钟数数 据据 位位 1414时时 钟钟l整个报文按16ms间隔重复，直到自协商完成Page 33与没有自协商机制的设备连接l不使用自协商机制会出现以下情况：无法实现端口的自动双速配置功能(如10Mbit/s和100Mbit/s)无法确定双工工作模式无法确定是否需要流量控制功能Page 34自协商优先级优先级顺序工作方式A100BASE-TX全双工B100BASE-T4C100BASE-TXD10BASE-T全双工E10BASE-TPage 35光纤上的自协商l对光纤以太网而言，得出的结论是：链路两端的工作模式必须使用手工配置（速度、双工模式、流控等），如果光纤两端的配置不同，是不能正确通信的。l千兆以太网的自协商机制已经实现。Page 36第第2 2章章 以太网端口技术以太网端口技术2.1 自协商技术2.2 自适应技术2.3 流量控制Page 37智能MDI/MDIXl不需要知道电缆另一端为MDI还是MDIX设备两种电缆（普通、交叉）都可连接交换机、集线器或NIC设备l消除由于电缆配错引起的连接错误简化10/100M网络安装维护，降低开销Receive PairTransmit PairTransmit PairReceive PairTransmit PairReceive PairTransmit PairReceive Pair交叉网线直连网线Page 38第第2 2章章 以太网端口技术以太网端口技术2.1 自协商技术2.2 自适应技术2.3 流量控制Page 39流量控制l当通过交换机一个端口的流量过大，超过了它的处理能力时，就会发生端口阻塞。流量控制的作用是防止在出现阻塞的情况下丢帧。l在半双工方式下，流量控制是通过反压（backpressure）技术实现的，模拟产生碰撞，使得信息源降低发送速度。l在全双工方式下流量控制一般遵循IEEE 802.3x标准。Page 40半双工流量控制backpressurebackpressure假装有冲突了，这样你假装有冲突了，这样你 就不会发个不停了！就不会发个不停了！Page 41全双工流量控制lIEEE802.3x标准定义了