高速局域网技术

1. 快速以太网的发展
随着局域网应用的深入，用户对局域网带宽提出了更高的要求。 人们只有两条路可以选择：要么重新设计一种新的局域网体系 结构与介质访问控制方法，去取代传统的局域网技术；要么保 持传统的局域网体系结构与介质控制方法不变，设法提高局域
网的传统速率。
对目前已大量存在的以太网来说，要保护用户已有的投资， 同时又要增加网络的带宽，快速以太网（fast Ethernet）是符
CSMA/CD方法。
(2) 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， 这就导致了局域网互连技术的发展。网桥与路由器可以隔离子 网之间的交通量，使每个子网作为一个独立的小型局域网。通
过减少每个子
网内部结点数n的方法，使每个子网的网络性能得到改善， 而每个子网的介质访问控制仍采用CSMA/CD的方法。
局域网产品之间的关系如图4.10所示。共享介质局域网可以分 为以太网、令牌总线、令牌环与FDDI，
以及在此基础上发展起来的快速以太网、千兆以太网、 FDDI Ⅱ等。交换式局域网可以分为交换式以太网、ATM局域 网仿真、IP over ATM与MPOA，以及在此基础上发展起来的
虚拟局域网。
图 4.10
合后一种要求的新一代高速局域网。
快速以太网的传输速率比普通以太网快10倍，数据传输速率达 到了100Mbps。快速以太网保留着传统以太网的所有特征，包 括相同的数据帧格式、介质访问控制方法与组网方法，只是将
每个比特的发送时间由100ns降低到了10ns。1995年9月， IEEE 802委员会正式批准了快速以太网标准（IEEE 802.3 u）。
2. 快速以太网的协议结构
IEEE 802.3 u标准在LLC子层使用IEEE 802.2标准，在MAC子 层使用CSMA/CD方法，只是在物理层作了一些必要的调整， 定义了新的物理层标准（100 BASE-T）。100 BASE-T标准定 义了介质专用接口（MII，media independent interface），它
尽管快速以太网具有高可靠性、易扩展性、成本低等优点，并 且成为高速局域网方案中的首选技术，但在数据仓库、桌面电 视会议、三维图形与高清晰度图像这类应用中，人们不得不寻 求拥有更高带宽的局域网。千兆以太网（gigabit Ethernet）就
是在这种背景下产生的技术。
人们设想一种用以太网组建企业网的全面解决方案：桌面系统 采用传输速率为10Mbps的以太网，部门级系统采用传输速率
会急剧下降。
为了克服网络规模与网络性能之间的矛盾，人们提出了以下几 种解决方案：
(1) 提高Ethernet的数据传输速率，从10Mbps提高到100Mbps， 甚至1Gbps、10Gbps，这就导致了高速局域网的研究与产品 的开发。在这个方案中，无论局域网的数据传输速率提高到 100Mbps还是1Gbps、10Gbps，它的介质访问控制仍采用
收数据。
(2) 100 BASE-T 4支持4对3类非屏蔽双绞线，其中3对用于数 据传输，一对用于冲突检测。
(3) 100 BASE-FX支持2芯的多模或单模光纤。100 BASE-FX 主要是用作高速主干网，从结点到集线器的距离可以达到2km，
它是一种全双工系统。
3 千兆以太网
1. 千兆以太网的发展
将MAC 子层与物理层分隔开来。这样，物理层在实现 100Mbps 速率时所使用的传输介质和信号编码方式的变化不
会影响MAC子层。快速以太网的协议结构如图4.11所示。
图 4.11
100 BASE-T标准可以支持多种传输介质。目前，100 BASE-T 有以下三种有关传输介质的标准：
(1) 100 BASE-TX支持两对5类非屏蔽双绞线（UTP）或两对 一类屏蔽双绞线（STP）。一对5类UTP或一对一类STP用于 发送，而另一对双绞线用于接收。因此，100 BASE-TX是一 个全双工系统，每个结点可以同时以100Mbps的速率发送与接
2 快速以太网
传统的共享介质局域网主要有以太网、令牌总线与令牌环，而 目前应用最广泛的是以太网。人们认为，90年代局域网技术的
一大突破是使用非屏蔽双绞线的10 BASE-T标准的出现。10 BASE-T标准的广泛应用导致了结构化布线技术的出现，使得 使用非屏蔽双绞线、速率为10Mbps的以太网遍布世界各地。
用户对局域网的带宽与性能提出了更高的要求。
传统的局域网技术是建立在"共享介质"的基础上，网中所有结 点共享一条公共通信传输介质，需要使用介质访问控制方法来 控制结点传输数据。在网络技术中，人们经常将数据传输速率 简称为带宽。例如，如果以太网的数据传输速率为10Mbps， 那么它的带宽是10Mbps。如果局域网中有n个结点，那么每个 结点平均能分配到的带宽为10Mbps/n。显然，随着局域网规 模不断扩大，结点数的不断增加，每个结点平均能分配到的带 宽将越来越少。因此，当网络结点数增大，网络通信负荷加重 时，冲突和重发现象将大量发生，网络效率与网络服务质量将
(3) 将"共享介质方式"改为"交换方式"，这就导致了"交换局域 网"技术的发展。交换局域网的核心设备是局域网交换机，局
域网交换机可以在它的多个端口之间建立多个并发连接。
2. 局域网的分类方法
从目前的发展情况来看，局域网可以分为以下两类： 共享介 质局域网（shared LAN）、交换式局域网（switched LAN）。
高速局域网技术
1 高速局域网的研究方法
1. 高速局域网的发展
推动局域网发展的直接因素是个人计算机的广泛应用。在过去 的20年中，计算机的处理速度提高了百万倍，而网络数据传输 速率只提高了上千倍。个人计算机处理速度迅速上升，而价格 却在飞快下降，这进一步促进了个人计算机广泛的应用。大量 用于办公自动化与信息处理的计算机必然要连网，这就使局域 网的规模不断增大，网络通信量的进一步增加。同时，个人计 算机也已从初期简单的文字处理、管理信息等应用发展到分布 式计算、多媒体应用，
为100Mbps的千兆以太网。由于普通以太网、快速以太网与千