以太网分类

一、标准以太网

开始以太网只有10Mbps的吞吐量，使用的是CSMA／CD（带有碰撞检测的载波侦听多路访问）的访问控制方法，这种早期的10Mbps以太网称之为标准以太网。以太网主要有两种传输介质，那就是双绞线和同轴电缆。所有的以太网都遵循IEEE 802.3标准，下面列出是IEEE 802.3的一些以太网络标准，在这些标准中前面的数字表示传输速度，单位是“Mbps”，最后的一个数字表示单段网线长度（基准单位是 100m），Base表示“基带”的意思，Broad代表“带宽”。

·10Base－5 使用粗同轴电缆，最大网段长度为500m，基带传输方法；

·10Base－2 使用细同轴电缆，最大网段长度为185m，基带传输方法；

·10Base－T 使用双绞线电缆，最大网段长度为100m；

· 1Base－5 使用双绞线电缆，最大网段长度为500m，传输速度为1Mbps；

·10Broad－36 使用同轴电缆（RG－59／U CATV），最大网段长度为

3600m，是一种宽带传输方式；

·10Base－F 使用光纤传输介质，传输速率为10Mbps；

二、快速以太网

随着网络的发展，传统标准的以太网技术已难以满足日益增长的网络数据流量速度需求。在1993年10月以前，对于要求10Mbps以上数据流量的 LAN应用，只有光纤分布式数据接口（FDDI）可供选择，但它是一种价格非常昂贵的、基于100Mpbs光缆的LAN。1993年10月，Grand Junction公司推出了世界上第一台快速以太网集线器Fastch10／100和网络接口卡FastNIC100，快速以太网技术正式得以应用。随后 Intel、SynOptics、3COM、BayNetworks等公司亦相继推出自己的快速以太网装置。与此同时，IEEE802工程组亦对 100Mbps以太网的各种标准，如100BASE－TX、100BASE－T4、MII、中继器、全双工等标准进行了研究。1995年3月IEEE宣布了IEEE802.3u 100BASE－T快速以太网标准（Fast Ethernet），就这样开始了快速以太网的时代。

快速以太网与原来在100Mbps带宽下工作的FDDI相比它具有许多的优点，最主要体现在快速以太网技术可以有效的保障用户在布线基础实施上的投资，它支持3、4、5类双绞线以及光纤的连接，能有效的利用现有的设施。快速以太网的不足其实也是以太网技术的不足，那就是快速以太网仍是基于CSMA／CD技术，当网络负载较重时，会造成效率的降低，当然这可以使用交换技术来弥补。100Mbps快速以太网标准又分为：100BASE－TX 、100BASE－FX、100BASE－T4三个子类。

· 100BASE－TX：是一种使用5类数据级无屏蔽双绞线或屏蔽双绞线的快速以太网技术。它使用两对双绞线，一对用于发送，一对用于接收数据。在传输中使用4B／5B编码方式，信号频率为125MHz。符合EIA586的5类布线标准和IBM 的SPT 1类布线标准。使用同10BASE－T相同的RJ－45连接器。它的最大网段长度为100米。它支持全双工的数据传输。

· 100BASE－FX：是一种使用光缆的快速以太网技术，可使用单模和多模光纤（62.5和125um）多模光纤连接的最大距离为550米。单模光纤连接的最大距离为3000米。在传输中使用4B／5B编码方式，信号频率为125MHz。它使用 MIC ／FDDI连接器、ST连接器或SC连接器。它的最大网段长度为150m、412m、2000m或更长至10公里，这与所使用的光纤类型和工作模式有关，它支持全双工的数据传输。100BASE－FX特别适合于有电气干扰的环境、较大距离连接、或高保密环境等情况下的适用。

· 100BASE－T4：是一种可使用3、4、5类无屏蔽双绞线或屏蔽双绞线的快速以太网技术。100Base-T4使用4对双绞线，其中的三对用于在 33MHz的频率上传输数据，每一对均工作于半双工模式。第四对用于CSMA/CD冲突检测。在传输中使用8B／6T编码方式，信号频率为25MHz，符合EIA586结构化布线标准。它使用与10BASE－T相同的RJ－45连接器，最大网段长度为100米。

三、千兆以太网

千兆以太网技术作为最新的高速以太网技术，给用户带来了提高核心网络的有效解决方案，这种解决方案的最大优点是继承了传统以太技术价格便宜的优点。千兆技术仍然是以太技术，它采用了与10M以太网相同的帧格式、帧结构、网络协议、全/半双工工作方式、流控模式以及布线系统。由于该技术不改变传统以太网的桌面应用、操作系统，因此可与10M或100M的以太网很好地配合工作。升级到千兆以太网不必改变网络应用程序、网管部件和网络操作系统，能够最大程度地投资保护。为了能够侦测到64Bytes资料框的碰撞，Gigabit Ethernet所支持的距离更短。Gigabit Ethernet 支持的网络类型，如下表所示：

传输介质距离

1000Base－CX Copper STP 25m

1000Base－T Copper Cat 5 UTP 100m

1000Base－SX Multi-mode Fiber 500m

1000Base－LX Single-mode Fiber 3000m

千兆以太网技术有两个标准：IEEE802.3z和IEEE802.3ab。IEEE802.3z制定了光纤和短程铜线连接方案的标准。IEEE802.3ab制定了五类双绞线上较长距离连接方案的标准。

1. IEEE80

2.3z

IEEE802.3z工作组负责制定光纤（单模或多模）和同轴电缆的全双工链路标准。IEEE802.3z定义了基于光纤和短距离铜缆的 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。 IEEE802.3z具有下列千兆以太网标准：

· 1000Base-SX 只支持多模光纤，可以采用直径为62.5um或50um的多模光纤，工作波长为770-860nm，传输距离为220-550m。

· 1000Base-LX 多模光纤：可以采用直径为62.5um或50um的多模光纤，工作波长范围为1270-1355nm，传输距离为550m。单模光纤：可以支持直径为9um或10um的单模光纤，工作波长范围为1270-1355nm，传输距离为5km左右。

· 1000Base-CX 采用150欧屏蔽双绞线（STP），传输距离为25m。

2. IEEE802.3ab

IEEE802.3ab工作组负责制定基于UTP的半双工链路的千兆以太网标准，产生IEEE802.3ab标准及协议。 IEEE802.3ab定义基于5类UTP的1000Base-T标准，其目的是在5类UTP上以1000Mbit/s速率传输100m。 IEEE802.3ab标准的意义主要有两点：

(1) 保护用户在5类UTP布线系统上的投资。

(2) 1000Base-T是100Base-T自然扩展，与10Base-T、100Base-T完全兼容。不过，在5类UTP上达到1000Mbit/s的传输速率需要解决5类UTP的串扰和衰减问题，因此，使IEEE802.3ab工作组的开发任务要比IEEE802.3z复杂些

四、万兆以太网

万兆以太网规范包含在 IEEE 802.3 标准的补充标准 IEEE 802.3ae 中，它扩展了 IEEE 802.3 协议和 MAC 规范使其支持 10Gb/s 的传输速率。除此之外，通过WAN 界面子层（WIS：WAN interface sublayer），10千兆位以太网也能被调整为较低的传输速率，如 9.584640 Gb/s （OC-192），这就允许10千兆位以太网设备与同步光纤网络（SONET） STS -192c 传输格式相兼容。

· 10GBASE-SR 和 10GBASE-SW 主要支持短波（850 nm）多模光纤（MMF），光纤距离为 2m 到 300 m 。10GBASE-SR 主要支持“暗光纤”（dark fiber），暗光纤是指没有光传播并且不与任何设备连接的光纤。10GBASE-SW 主要用于连接 SONET 设备，它应用于远程数据通信。

· 10GBASE-LR 和 10GBASE-LW 主要支持长波（1310nm）单模光纤（SMF），光纤距离为 2m 到 10km （约32808英尺）。10GBASE-LW 主要用来连接 SONET 设备时，10GBASE-LR 则用来支持“暗光纤”（dark fiber）。

· 10GBASE-ER 和 10GBASE-EW 主要支持超长波（1550nm）单模光纤（SMF），光纤距离为 2m 到 40km （约131233英尺）。10GBASE-EW 主要用来连接 SONET 设备，10GBASE-ER 则用来支持“暗光纤”（dark fiber）。

· 10GBASE-LX4 采用波分复用技术，在单对光缆上以四倍光波长发送信号。系统运行在 1310nm 的多模或单模暗光纤方式下。该系统的设计目标是针对于 2m 到 300 m 的多模光纤模式或 2m 到 10km 的单模光纤模式。

10 Gigabit Ethernet：10千兆位以太网

（10 Gigabit Ethernet：Ethernet at data rate 10 Gbps － IEEE 802.3ae）

10千兆位以太网，定义在 IEEE 802.3ae 中，其数据传输速率达到百亿比特每秒。基于当今广泛应用的以太网技术，10千兆位以太网提供了与各种以太网标准相似的有利特点。它主要用于局域网（ LAN）、广域网（WAN）以及城域网（MAN）之间的相互连接。它采用大家熟知的以太网介质访问控制协议及其帧格式和帧大小。然而，10千兆位以太网只支持全双工，而不支持半双工工作模式，并且只工作于光纤上，因此它不再需要其它以太网标准使用的载波监听多路访问和冲突检测（CSMA/CD）协议。10 千兆位以太网结构如下所示：

10 千兆位以太网结构

10千兆位规范包含在 IEEE 802.3 标准的补充标准 IEEE 802.3ae 中，它扩展了 IEEE 802.3 协议和 MAC 规范使其支持 10Gb/s 的传输速率。除此之外，通过 WAN 界面子层（WIS：WAN interface sublayer），10千兆位以太网也能被调整为较低的传输速率，如 9.584640 Gb/s （OC-192），这就允许10千兆位以太网设备与同步光纤网络（SONET） STS -192c 传输格式相兼容。

10GBASE-SR 和 10GBASE-SW 主要支持短波（850 nm）多模光纤（MMF），光纤距离为 2m 到 300 m 。10GBASE-SR 主要支持“暗光纤”（dark fiber），暗光纤是指没有光传播并且不与任何设备连接的光纤。10GBASE-SW 主要用于连接 SONET 设备，它应用于远程数据通信。

10GBASE-LR 和 10GBASE-LW 主要支持长波（1310nm）单模光纤（SMF），光纤距离为2m 到 10km （约32808英尺）。10GBASE-LW 主要用来连接 SONET 设备时，10GBASE- LR 则用来支持“暗光纤”（dark fiber）。

10GBASE-ER 和 10GBASE-EW 主要支持超长波（1550nm）单模光纤（SMF），光纤距离为 2m 到 40km （约131233英尺）。10GBASE-EW 主要用来连接 SONET 设备，10GBASE- ER 则用来支持“暗光纤”（dark fiber）。

最后，还有一种 10GBASE-LX4 介质类型，采用波分复用技术，在单对光缆上以四倍光波长发送信号。10GBASE-LX4 系统运行在 1310nm 的多模或单模暗光纤方式下。该系统的设计目标是针对于 2m 到 300 m 的多模光纤模式或 2m 到 10km 的单模光纤模式。

协议结构

关于以太网802.3.10中，千兆位以太网帧最小为64字节，最大可达到1518字节。

7 1 6 6 2 46=< n =<1500 bytes 4 bytes

Pre SFD DA SA Length Type Data unit + pad FCS

Preamble（Pre）－ 7字节。Pre 字段中1和0交互使用，接收站通过该字段知道导入帧，并且该字段提供了同步化接收物理层帧接收部分和导入比特流的方法。

Start-of-Frame Delimiter（SFD）－ 1字节。字段中1和0交互使用，结尾是两个连续的1，表示下一位是利用目的地址的重复使用字节的重复使用位。

Destination Address（DA）－ 6字节。DA 字段用于识别需要接收帧的站。

Source Addresses （SA）－ 6字节。SA 字段用于识别发送帧的站。

Length/Type － 2字节。如果是采用可选格式组成帧结构时，该字段既表示包含在帧数据字段中的 MAC 客户机数据大小，也表示帧类型ID。

Data －是一组 n（46=< n =<1500）字节的任意值序列。帧总值最小为64字节。

Frame Check Sequence（FCS）－ 4字节。该序列包括32位的循环冗余校验（CRC）值，由发送 MAC 方生成，通过接收 MAC 方进行计算得出以校验被破坏的帧。

1、时间的单位

1s(秒)=10^3 ms(毫秒) =10^6 μ s(微秒)=10^9 ns（纳秒）

2、光信号在光纤中的传输速度

光信号在光纤中与接近光速来传输的。光速为3×10^8 m/s.换算单位后约为3.4μs/m;而光信号在光纤中的传输速度一般认为是5ns /m 。

3、信号传输延迟的计算

信号从一个节点（node1）传输到另外一个节点（node1），启动一次传输网络延迟包括2部分，第一部分，就是第一个电平信号从node1经过介质传输到node2的延迟，另外一部分网络中所描述的速率传输时间。（这部分内容在通信学科中有个详细的公式和名称，不过忘了具体说法）例如线路速率为10mb/s, 信号传输速率为200μs/km,介质长度为100km，那么传输20MB数据的时间如下计算：

20MB *8=160 mb.(大小b转换)

160mb / 10 (mb/s)=16s

100km * 200 (μ s/km)*2= 40ms=0.04s (长度算2倍，因为信号一来一回走一遍)

则总传输时间为：16s+0.04s=16.04s

4、光纤实际效果

激光在光纤之中的延迟为5ns /m(光传输). 因此, 10公里连接所产生的延迟为100微秒.

10km=(10*10^3m) * (5ns/m)*2(来回)= 10^5ns=100 ms

FCP协议中，一个帧frame为2K，在速率为1Gbps(100MB/s)的链路上，传输一个帧的延迟为：2KB/(100MB/s)=20ms.

如果需要充分使用链路，必须保证整个链路是一直有帧在传输，也就是同时可以有100ms/20ms=5个帧，那么bb_credit至少应该有5个。同理，如果50km，则需要25个bb_credit。

推算出BB_Credit的计算公式：

距离×光信号传播速率

IO size×链路速率

根据已有经验，帧的大小也对I/O性能有很大影响. 例如, 50km的最佳I/O大小为50KB(25信用数*2KB). 还有一个需要特别注意的是, 某些数据库应用只能提供

2KB和4KB的I/O 。