第八章 高速以太网技术

千兆位（Gigabit）以太网
该技术采用IEEE 802.3帧格式，CSMA/CD访问控 制技术，通信介质采用100M STP屏蔽双绞线 （1000BASE CX），传输距离25m；5类UTP （1000BASE-T）距离100m； 5类UTP （1000BASE SX）距离500m；多模光纤 （1000BASE LX）可达3km。单模光纤 以适应日益增多的用户业务对带宽的需求，在局域 网组网技术上形成与ATM竞争的格局。
备注：它仍然采用IEEE 802.3 CSMA/CD的媒体访问协议 层，并且同样采用星型拓扑结构，不需对工作站的以太网 卡上执行的软件和上层协议做任何修改，就可使局域网上 的10BASE-T和100BASE-T站点间互相通信，不需要任何协 议转换。对于原来用5类双绞线连接的网络，只要更换网 卡和集线器，就可平滑地由10BASE-T升级到100BASE-T。 但100BASE-T网络不支持同轴电缆。
所谓全双工FDX（Full-Duplex）是 在一个连接上同时进行数据的接收和发 送。
在10Base-T的局域网中，虽然使用 两对双绞线与集线器相连，一对用于发 送，另一对用于接收，但根据10Base-T 规定，在发送时必须在接收电缆上“监 听”碰撞信号，而不能接收数据，所以 也作为半双工方式工作。
A 图B
千兆位（Gigabit）以太网
Gigabit Ethernet(千兆位以太网或吉比特以太网) 构筑于以太网协议之上。该协议在1998年6月实现 标准化，有可能成为高速局域网主干和服务器连接 领域的一种主要协议。由于千兆位以太网明显借助 于以太网，因此客户能够利用他们现有的知识基础 来管理和维护千兆位网络
提速措施：
1. 将比特发送时间从100ns减到1ns； ns毫微秒(时间单位等于1秒的10亿分之一) 2. 传输媒体采用光纤或短距离双绞线； 3. 改变编码技术。
千兆以太网的链路层协议、最大和 最小的帧长度和帧格式与传统的以太网 相类似。千兆以太网还利用CSMA/CD。 在协议上增加一些新的特性，以解决在 高速环境里与标准的以太网帧结构相一 致的物理特性问题，
千兆位（Gigabit）以太网
千兆以太网使用原有以太网的帧结构、 帧长及CSMA/CD协议，只是在低层将数 据速率提高到了1Gbps。因此，它与标准 以太网（10Mbps）及快速以太网 （100Mbps）兼容。用户能在保留原有 操作系统、协议结构、应用程序及网络 管理平台与工具的同时、通过简单的修 改，使现有的网络工作站廉价地升级到 千兆位速率。
升级到千兆以太网
千兆以太网最初的应用将是在路由器、交换 机、集线器、中继器和服务器之间需要高带宽 的校园或建筑物。下面举出几种升级方式的例 子。
升级到千兆以太网（1）
(1)升级交换机到交换机的连接 这是很直接的升级方案，将快速以太网交换机
或中继器之间的100Mbps连接升级或100/1000交 换机之间的1000Mbps连接，从而可支持更多的交 换和共享快速以太网段。
其基本思想很简单：保留所有的旧的分组格式， 接口以及程序规则，只是将位时从100ns减少到 10ns，并且所有的快速以太网系统均使用集线器， 不再使用带有刺入式分接头或BNC连接头的多点电 缆。
100BASE-T快速以太网
100BASE-T快速以太网是由10BASE-T以太网标 准发展而来的，保留了以太网的观念，网络速度 提高了十倍。 100BASE-T标准为IEEE 802.3u。
提速措施：
1. 减小传输距离； 2. 增加结点间的连线； 3. 采用4B/5B编码。 10Base-T升级到100Base-T： 1. 换hub；2. 换网卡；3. 换传输媒体。 优点：1. 与10Base-T网络连接时，不需帧 转换；2. 不需要协议转换；3. 价格便宜。 缺点：传输距离有限
3.100BASE-FX
交换式局域网
传统的共享LAN都是局限于许多站点共享 一个公共通信介质的访问。
缺点：分到的带宽少。 解决途径：网络区段化，每个网段上只有 两个站点时，不存在碰撞和竞争。
全双工交换式局域网
在广域网上的连接通常是全双工的，但以 前局域网一直工作在半双工方式下。
原因：在总线方式下采用CSMA/CD协议， 如果两台工作站同时发送就会产生碰撞，所以 只能是半双工方式。
⑴.简易性：千兆以太网保持了经典以太网的 技术原理、安装实施和管理维护的简易性，这是千 兆以太网成功的基础之一。
⑵.技术过渡的平滑性：千兆以太网保持了经 典以太网的主要技术特征，采用CSMA/CD媒体管 理协议，采用相同的帧格式及帧的大小，支持全双 工、半双工工作方式，以确保平滑过渡。
千兆以太网的特点
实现千兆以太网最通用的办法是采用
三层设计。最下面的一层由10Mbps以太网 交换机加100Mbps上行链路组成，第二层 由100Mbps以太网交换机加千兆以太网上 行链路组成，最高层由千兆交换机或ATM 交换机组成.
千兆以太网的特点
一方面为了保持从标准以太网、快速以太网到千 兆以太网的平滑过渡，另一方面又要兼顾新的应用 核心的数据类型，在千兆以太网的研究过程中注意 以下特点：
高速以太网技术
1992年IEEE重新召集了802.3委员会，指示他 们制订一个快速的LAN。802.3委员会决定保持 802.3原状，只是提高其速率，IEEE在1995年6月 正式采纳了其成果802.3u。从技术角度上讲， 802.3u并不是一种新的标准，只是对现存802.3标 准的追加，习惯上称为快速以太网。
升级到千兆以太网（2）
(2)升级交换机到服务器的连接 最简单的升级方案，将快速以太网交换机升级
成千兆以太网交换机，与安装了千兆以太网卡的高 性能服务器组与1000Mbps的高速率相连，提供对 应用和文件服务的高速访问能力。
图a为升级前，图b为升级后。
升级到千兆以太网（3）
(3)升级交换式快速以太网主干 多个10/100交换机构成的快速以太网主干可以 升级为支持多个100/1000交换机及其它含有千 兆以太网接口和上连模块的路由器和集线器的千 兆以太网交换机。若需要也可安装千兆集线器和 /或缓存式分配器。 图a为升级前，图b为升级后。
千兆位（Gigabit）以太网
随着多媒体技术,网络分布计算,桌面视频会 议等应用的不断发展,用户对局域网的带宽提出了 更高的要求;同时,100M快速以太网也要求主干网, 服务器一级有更高的带宽.另外,由于以太网的简单, 易用,廉价及应用的广泛性,人们有迫切要求高网速 技术与现有的以太网保持最大的兼容性.千兆以太 网技术就是在这种需求背景下开始酝酿的.1996年3 月成立的IEEE802.3Z工作组，专门负责千兆以太 网的研究，并制定相应标准。
1. 100BASE-T媒体访问控制方法
100BASE-T标准在最大程度上保持了IEEE802.3标 准的完整性，而且保留了核心以太网的细节规范。
虽然100BASE-T仍采用常规10Mbps以太网的 CSMA/CD媒体访问控制方法，但其性能是10BADE-T的 10倍，而价格仅为其一半。
100BASE-T的MAC与10BASE-T的MAC相比，除了 帧际间隙缩短到原来的1/10外，两者的帧格式及参数完 全相同。100BASE-T的MAC出可以运行于不同的速率， 并能与不同的物理层接口。这样，原先10Mbps以太网 上运行的软件不加任何修改即可在快速以太网上运行， 原先的协议分析和管理工具也可轻易地被继承。
高速以太网技术
自七十年代早期Xerox公司出现以来，以太网 已经成为主要的网络协议。截至目前，在所有网络 协议中，以太网拥有最多的安装端口，并提供相对 于令牌环网、光纤分布式数据接口(FDDI)和ATM桌 面连接的最大成本性能。快速以太网将以太网的速 度从每秒10MB增加到100MB(Mbps)甚至 1000(Mbps)，为主干网和服务器连接提供了一个 简单、成本有效的选项。
⑶.网络可靠性:采用中央集线器和交换机的星形 结构和结构化布线方法，以确保千兆以太网的 可靠性。 ⑷.可管理性和可维护性：采用简易网络管理协 议(SNMP), 即经典以太网的故障查找和排除工 具，以确保千兆以太网的可管理性和可维护性。 ⑸.网络成本包括设备成本、通信成本、管理成 本、维护成本及故障排除成本。由于继承了经 典以太网的技术，使千兆以太网的整体成本下 降。 ⑹.支持新应用与新数据类型
交换机
共享集线器
发送 数据
接收 接收 数据 数据
RJ45
RJ45
发送 数据
发送 数据
监听 碰撞
RJ45
接收 数据
RJ45
（a） 交换机全双工工作方式 （b） 共享HUB半双工工作方式，
只有采用交换器连接网络时才能使用全双工通信， 交换器的每个端口只连接一个站点，不会产生碰撞， 也就不用在发送时用接收电缆监听碰撞信号。
1. 100BASE-TX
100BASE-TX的通信介质是5类UTP或5类 STP双绞线。采用5类UTP线时，RJ-45接口与 10BASE-T中的连接方法一样，占用其中的2对 绞线（即1-2、3-6两对），RJ-45的插头和插 座必须也是5类的，否则达不到传输要求。 100BASE-TX采用两对链路，其中一对用于发 送，另一对用于接收，每对链路实现单方向的 100Mbps数据速率。
100BASE-FX的通信介质采用两芯62.5/125微米的 光纤。传输距离远远大于UTP线路，用于连接主干 和跨楼宇间的连接。100BASE-TX和100BASE-FX都 使用高效4B/5B NRXI编码。NRZI为差分不归零制 编码，这种编码与常规的不归零制（NRZ）编码的 区别在于每个“1”码开始处都有跳变、每个“0”码 开始处没有跳变。在NRZI编码中的，信号通过相 邻码元极性的跳变来解码，而不是简单地绝对电平 为准，由此可获得更高的抗干扰能力。
以太网（Ethernet）
◇以太网是应用最为广泛的网络技术，它基于 CSMA/CD （冲突检测媒体访问/载波侦听）机制， 采用共享介质的方式实现计算机之间的通讯，带宽 为10Mbps 。