以太网基本原理

传输距离
100m 100m 550m-2km 2km-15km
以太网的几种类型
• 千兆（1000Mbit/s）以太网网络定位：
模型分类 接入层 汇聚层
核心层
网络定位
一般不使用
提供接入层和汇聚层设备间的高速连接 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
千兆以太网传输距离
技术标准
Reserved
10BASE-T半双工 10BASE-T全双工 100BASE-TX半双工 100BASE-TX全双工 100BASE-T4 流控支持
远程故障指示
确认
下一页指示
自协商信号
约100ns
数
数
时 据 时据
钟 位 钟位
0
1
……
约2ms
• 整个报文按16ms间隔重复，直到自协商完成
约62.5μs
双工方式 全双工 半双工
运行速率 10M 100M 1000M 10G
自动协商
ห้องสมุดไป่ตู้
自动协商实现基础
16ms 每个大脉冲插入16小脉冲
……
使用1ms的脉冲来携带自动协商信息。
自协商基本页信息
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 0 00 0 1
Message Type Ethernet=00001
起源和设计目标
• 起源
•
起源于Xerox公司的一个实验网，该网络运行的经验是Xerox、DEC、Intel 1980年提
出的以太网建议的基础。
• 目标
• 简明和成本低 • 寻址灵活：应该有一种机制来确定网络中的一台计算机、全部计算机或一组计算机－MAC地
址。 • 公平高速：各个终端应该公平的享有带宽－CSMA/CD，高速－数据链路层－无连接，尽力传
1000BaseT 1000BaseCX 1000BaseSX 1000BaseLX
线缆类型
铜质EIA/TIA5类（UTP）非屏蔽双绞线4对 铜质屏蔽双绞线 多模光纤，50/62.5um光纤，使用波长为850nm的激光 单模光纤，9um光纤，使用波长为1300nm的激光
传输距离
100m 25m 550m/275m 2km-15km
网络定位
为高性能的PC机和工作站提供100Mbit/s的接入 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 提供交换设备间的连接
快速以太网传输距离
技术标准
100BaseTX 100BaseT4 100BaseFX
线缆类型
EIA/TIA5类（UTP）非屏蔽双绞线2对 EIA/TIA3、4、5类（UTP）非屏蔽双绞线4对 多模光纤（MMF）线缆 单模光纤（SMF）线缆
以太网基本原理
2013年中国电信网络操作维护职工技能竞赛办公室
• 经过该课程后，学员应该掌握以下内容：
• 了解以太网物理层的工作过程 • 掌握以太网端口自协商的原理 • 掌握MAC地址概念和以太网帧数据收发过程 • 掌握以太网VLAN基本概念 • 掌握802.1Q帧格式和各个字段的含义 • 了解二层组播协议和生成树协议的工作过程
送-“best－effort” • 稳定和低延迟
以太网的几种类型
• 标准以太网（10Mbit/s）的网络定位：
模型分类 接入层 汇聚层 核心层
网络定位
最终用户和接入层交换机（或HUB）之间的连接 通常不使用 通常不使用
以太网的几种类型
• 快速以太网（100Mbit/s）的网络定位：
模型分类 接入层 汇聚层 核心层
• IEEE 802.2 • IEEE 802.3 • IEEE 802.3u • IEEE 802.3z
参考资料
第1章 以太网概述
1.1 以太网的起源和设计目标 1.2 以太网的几种类型及应用领域
第2章 以太网物理层 第3章 数据链路层 第4章 以太网交换机
第5章 以太网VLAN 第6章 千兆以太网 第7章 二层组播 第8章 生成树协议
• 10BASE2 • 10BASE5 • 10BASE-T • 100BASE-TX • 100BASE-FX • 100BASE-T4 • 100BASE-T2
以太网物理层标准
• 任一时刻只能接收或发送 • 采用CSMA/CD访问机制 • 物理上有距离限制
半双工
CSMA/CD
共享介质的灵魂－CSMA/CD（带碰撞检测的载波监听多路访问）原理： 1、终端设备不停的检测共享线路的状态，只有在空闲的时候才发送数据，
如果线路不空闲则一直等待。 2、发送过程中，若其他设备也同时发送数据，则其发送 的数据必然产生
碰撞，导致线路上的信号不稳定，终端设备检测到这种不稳定之后， 马上停止发送自己的数据，然后再发送一连串干扰脉冲，然后等待一段 时间之后再进行发送。 缺点：带宽窄，冲突检测机制，传输时间必须大于延迟时间导致物理长度 限制－51.2us的冲突检测窗口，1位在2500m，加上四个中继器的往返时间。 帧长最小字 节数64，刚好512位。
数
数
据 时据 时
位 钟位 钟
14
15
编码支持能力
运行速率
双工模式
流量控制
…...
101001010111000101001101010101…...
系统加电的时候（建立链路连接时候）， 首先检测自动协商标志，如果允许，则从 配置寄存器读出支持模式标志，编码后通 过空闲脉冲发送出去。发送出去的编码格 式称为基页。
以太网通信的原则： 同一时刻只能有一台主机在发送，但可以有多台主机同时接收——广播；如果一个以太
网报文被完全发送出去则在链路上肯定不会发生冲突，即理论上不再需要发送第二次。
全双工物理层
• 同一时刻可以发送和接收，不用预先判断链路的忙闲状态 • 最大吞吐量达到双倍速率 • 从根本上消除了半双工的物理距离限制
• 以太网主要应用领域：
• 高速网络设备之间互连 • 城域网中用户接入的手段
以太网主要应用领域
第1章 以太网概述 第2章 以太网物理层
2.1 以太网基本技术 2.1 自动协商机制
第3章 数据链路层 第4章 以太网交换机
第5章 以太网VLAN 第6章 千兆以太网 第7章 二层组播 第8章 生成树协议
最小帧长与最大传输距离
• 最大传输距离：通常由线路质量、信号衰减程度等因素决定。 • 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。 • 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。