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3.5 典型局域网的组网技术

2011-6-24 11:26:23 本站原创 佚名 【字体: {SQL_我要评论()}

3.5 典型局域网的组网技术

3.5.1 10Mbps以太网

1. 10Mbps以太网体系结构

    IEEE 802.3以太网体系结构包括MAC子层和物理层。物理层又分为物理信令PLS和物理媒体连接件PMA两个子层,并根据物理层的两个子层是否在同一个设备上实现。其体系结构示意图如3.10所示。

3.10  10 Mbps以太网体系结构

 

PLS子层向MAC子层提供服务,它规定了MAC子层与物理层的界面,是与传输媒体无关的物理层规范。在发送比特流时,PLS子层负责对比特流进行曼彻斯特编码。在接收时,负责对曼彻斯特解码。另外,PLS子层还负责完成载波监听功能。PMA子层向PLS子层提供服务,它负责向媒体上发送比特信号和从媒体上接收比特信号,并完成冲突检测功能。IEEE 802.3标准规定,PLS子层和PMA子层可以在,也可以不在同一个设备中实现。比如:标准以太网10Base-5是在网卡中实现PLS功能,在外部接收器中实现PMA功能的。所以在10Base-5以太网中,需要使用收发器电缆将外部收发器和网络站点连接起来,于是出现了两种IEEE802.3体系结构。如图3.10所示。

MAC子层的核心协议是CSMA/CD,它的帧结构如图3.11所示。

        

3.11  IEEE 802.3帧结构

 

    其中,7个字节的先导字段是接收方与发送方时钟同步用的,它的每个字节的内容都是10101010。一个字节的帧开始标志,表示一个帧的开始,内容为10101011。随后是两个地址段:源地址和目的地址,目的地址可以是单个的物理地址,也可以是一组地址(多点广播),当地址的最高位为0时,是普通地址,为1时,是组地址。2字节的数据字段长度标志数据段中的字节数。数据字段就是LLC数据帧,如果帧的数据部分少于46字节,则用填充字段,使之达到要求的最短长度。

2. 10 Mbps以太网组网方式

IEEE 802.3支持的物理层介质和配置方式有多种,是由一组协议组成的。每一种实现方案都有一个名称代号,由以下三部分组成:

<数据传输率(Mbps><信号方式><最大段长度(百米)或介质类型>

10BASE-510BASE-2100BASE-T等。这里,最前面的数字指传输速率,如1010 Mbps100100 Mbps。中间的 BASE指基带传输,BROAD指宽带传输。最后若是数字的话,表示最大传输距离,如5是指最大传输距离500米,2指最大传输距离200米。若是字母则第一个表示介质类型,如T表示采用双绞线,F 表示采用光纤介质,第二个字母表示工作方式,如X表示全双工方式工作。

    最常用的以太网有以下4种。

10Base-5通常称为粗缆以太网。目前由于高速交换以太网技术的广泛应用,在新建的局域网中,10Base-5很少被采用。

10Base-2通常称为细缆以太网。10Base-2使用50Ω细同轴电缆,它的建网费用比10Base-5低。目前10Base-2已很少被使用。

10Base-T是使用无屏蔽双绞线来连接的以太网,使用23类以上无屏蔽双绞线,一对用于发送信号,另一对用于接收信号。为了改善信号的传输特性和信道的抗干扰能力,每一对线必须绞在一起。双绞线以太网系统具有技术简单、价格低廉、可靠性高、易实现综合布线和易于管理、维护、升级等优点。因此比10Base-510Base-2技术有更大的优势,也是目前还在应用的10M局域网技术。

10Base-F10 Mbps光纤以太网,它使用多模光纤作为传输介质,在介质上传输的是光信号而不是电信号。因此10Base-F具有传输距离长、安全可靠、可避免电击等优点。由于光纤介质适宜相距较远的站点,所以10Base-F常用于建筑物之间的连接,它能够构建园区主干网。目前10Base-F较少被采用,代替它的是更高速率的光纤以太网。

3.5.2 100Mbps以太网

1. 快速以太网的体系结构

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。快速以太网保留了传统以太网的所有特性,包括相同的数据帧格式、介质访问控制方式和组网方法,只是将每个比特的发送时间由100ns降低到10ns19959月,IEEE 802委员会正式批准了快速以太网标准IEEE 802.3uIEEE802.3u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(100BASE-T)。100BASE-T标准定义了介质专用接口(MIIMedia Independent Interface,它将MAC子层和物理层分开,使得物理层在实现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。100BASE-T可以支持多种传输介质,目前制定了三种有关传输介质的标准:100BASE-TX100BASE-T4100BASE-FX100Mbps以太网的协议结构如图3.12所示。

3.12  100Mbps以太网的协议结构

2. 快速以太网的组网方式

   1100BASE-TX

    100BASE-TX5类无屏蔽双绞线方案,它是真正由10Base-T派生出来的。100BASE-TX类似于10Base-T,但它使用的是两对无屏蔽双绞线(UTP)或150Ω屏蔽双绞线(STP)。100BASE-TX是目前使用最广泛的快速以太网介质标准。100BASE-TX使用的2对双绞线中,一对用于发送数据,另一对用于接收数据。由于发送和接收都有独立的通道,所以100BASE-TX支持全双工操作。

100BASE-TX的硬件系统由以下几部分组成:带内置收发器、支持IEEE 802.3u标准的网卡,5类无屏蔽双绞线或150Ω屏蔽双绞线,8RJ-45连接器,100BASE-TX集线器(Hub)。有两类100BASE-TX集线器,Ⅰ类和Ⅱ类。Ⅰ类集线器在输入和输出端口上可以对线路信号重新编码,所以Ⅰ类集线器可以连接使用不同编码技术的介质系统,如100Base-TX100Base-T4Ⅱ类集线器的端口没有这种功能,它只是简单地将输入信号转发给其它端口,所以Ⅱ类集线器只能连接使用相同编码方案的介质系统,如100Base-TX100Base-FX

100BASE-TX的组网规则如下:

各网络站点须通过HUB100M)连入网络中。

传输介质用5类无屏蔽双绞线或150Ω屏蔽双绞线。

双绞线与网卡,或与HUB之间的连接,使用8RJ-45标准连接器。

网络站点与HUB之间的最大距离为100m

在一个冲突域中只能连接一个Ⅰ类HUB,网络的最大直径(站点—HUB—站点)为200m。如果使用Ⅱ类HUB,最多可以级连两个Ⅱ类HUB,网络的最大直径(站点—HUBHUB—站点)为205m

2100BASE-FX

  100BASE-FX是光纤介质快速以太网标准,它采用与100BASE-TX相同的数据链路层和物理层标准协议。它支持全双工通信方式,传输速率可达200Mbps

100BASE-FX的硬件系统包括单模或多模光纤及其介质连接部件、集线器、网卡等部件。用多模光纤时,当站点与站点不经HUB而直接连接,且工作在半双工方式时,两点之间的最大传输距离仅有412m;当站点与HUB连接,且工作在全双工方式时,站点与HUB之间的最大传输距离为2km。若使用单模光纤作为媒体,在全双工的情况下,最大传输距离可达10km

3100BASE-T4

100BASE-T43类无屏蔽双绞线方案,该方案使用43类(或4类、5类)无屏蔽双绞线介质。它能够在3UTP线上提供100Mbps的传输速率。双绞线段的最大长度为100m。目前这种技术没有得到广泛的应用。100BASE-T4的硬件系统与组网规则与100BASE-TX相同。

3.5.3 1000Mbps以太网

1. 千兆以太网的体系结构

19982月,IEEE 802委员会正式批准了千兆以太网标准IEEE 802.3z。千兆以太网的传输速率比快速以太网快10倍,数据传输率达到1000Mbps。千兆以太网保留着传统的10Mbps速率以太网的所有特征(相同的数据帧格式、相同的介质访问控制方式、相同的组网方法),只是将传统以太网每个比特的发送时间由100ns降低到1ns。千兆以太网的协议结构如图3.13所示。

IEEE 802.3z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,它定义了新的物理层标准(1000BASE-T)。1000BASE-T标准定义了千兆介质专用接口(GMIIGigabit Media Independent Interface,它将MAC子层与物理层分开。这样,物理层在实现1000Mbps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。

3.13  千兆以太网的协议结构

2. 千兆以太网的组网方式

IEEE 802.3z千兆以太网标准定义了三种介质系统,其中两种是光纤介质标准,包括1000Base-SX1000Base-LX;另一种是铜线介质标准,称为1000Base-CX

1000Base-SX是一种在收发器上使用短波激光作为信号源的媒体技术。这种收发器上配置了激光波长为770~860nm(一般为800nm)的光纤激光传输器,不支持单模光纤,仅支持62.5μm50μm两种多模光纤。对于62.5μm多模光纤,全双工模式下最大传输距离为275m,对于50μm多模光纤,全双工模式下最大传输距离为550m1000Base-SX标准规定连接光缆所使用的连接器是SC标准光纤连接器。

1000Base-LX是一种在收发器上使用长波激光作为信号源的媒体技术。这种收发器上配置了激光波长为1270~1355nm(一般为1300nm)的光纤激光传输器,它可以驱动多模光纤和单模光纤。使用的光纤规格为62.5μm50μm的多模光纤,9μm的单模光纤。对于多模光纤,在全双工模式下,最长的传输距离为550m;对于单模光纤,在全双工模式下,最长的传输距离可达5km。连接光缆所使用的是SC标准光纤连接器。

  1000Base-CX是使用铜缆的两种千兆以太网技术之一。1000Base-CX的媒体是一种短距离屏蔽铜缆,最长距离达25m,这种屏蔽电缆是一种特殊规格高质量的TW型带屏蔽的铜缆。连接这种电缆的端口上配置9针的D型连接器。1000Base-CX的短距离铜缆适用于交换机间的短距离连接,特别适用于千兆主干交换机与主服务器的短距离连接。

    IEEE 802.3委员会公布的第二个铜线标准IEEE 802.3ab,即1000BASE-T物理层标准。1000BASE-T是使用5类无屏蔽双绞线的千兆以太网标准。1000BASE-T标准使用45类无屏蔽双绞线,其最长传输距离为100m,网络直径可达200m。因此,1000BASE-T能与10BASE-T100BASE-T完全兼容,它们都使用5UTP介质,从中心设备到站点的最大距离都是100m,这使得千兆以太网应用于桌面系统成为现实。

3.5.4 万兆以太网

万兆以太网是一种数据传输速率高达10Gbps、通信距离可延伸40km的以太网。它是在以太网的基础上发展起来的,因此,万兆以太网和千兆以太网一样,在本质上仍是以太网,只是在速度和距离方面有了显著的提高。万兆以太网继续使用IEEE 802.3以太网协议,以及IEEE 802.3的帧格式和帧大小。但由于万兆以太网是一种只适用于全双工通信方式,并且只能使用光纤介质的技术,所以它不需使用带冲突检测的载波监听多路访问协议CSMA/CD。这就意味着万兆以太网不再使用 CSMA/CD

1. 万兆以太网体系结构

10Gbps以太网的OSI IEEE 802层次结构仍与传统以太网相同OSI层次结构包了数据链路层的一部分和物理层的全部IEEE 802层次结构包括MAC子层和物理各层所具有的功能与传统以太网比差别较大特别是物理层更具有明显的特点10Gbps以太网体系结构如图3.14所示

3.14  10Gbps以太网体系结构

1)三类物理层结构

在体系结构中定义了10GBase-X10GBase-R10GBase-W三种类型的物理层结构。

10Gbase-X是一种与使用光缆的1000BaseX相对应的物理层结构PCS子层中使8B/10B编码为了保证获得10Gbps数据传输率利用稀疏波分复用技术CWDM 1300nm波长附近每隔约25nm间隔配置了四个激光发送器形成四个发送器 / 接收器对。为了保证每个发送器 / 接收器对的数据流速度为2.5Gbps每个发送器 / 接收器对必须在 3.125Gbps下工作

10GBase-R是在PCS子层中使用64B/66B编码的物理层结构为了获得10Gbps数据传输率其时钟速率必须配置在10.3Gbps

10GBase-W是一种工作在广域网方式下的物理层结构PCS子层中采用了64B/ 66B编码定义的广域网方式为 SONET OC-192因此其数据流的传输率必须与OC192 兼容即为9.686Gbps则其时钟速率为9.953Gbps

2)物理层各个子层的功能

物理层各个子层及功能如下所述。

物理媒体10Gbps以太网的物理媒体包括多模光纤MMF和单模光纤SMF两类

MMF又分50μm62.5μm 两种。由PMD子层通过媒体相关接口MDI连接光纤

物理媒体相关PMD子层其主要的功能一方面是向物理媒体上发送接收信号PMD层中包括了多种激光波长的PMD发送源设备PMD子层另一个主要功能是把上层PMA所提供的代码位符号转换成适合光纤媒体上传输的信号或反之。

物理媒体连接PMA子层PMA子层的主要功能是提供与上层之间的串行化服务 接口以及接收来自下层PMD的代码位信号并从代码位信号中分离出时钟同步信号在发送PMA 把上层形成的相应的编码与同步时钟信号融合后形成媒体上所传输的代码位符号送至下层PMD

广域网接口WIS子层WIS子层是处在PCSPMA之间的可选子层它可以把以太网数据流适配ANSI所定义的SONET STS-192cITU所定义的SDH VC-4-64c传输格式的以太网数据流该数据流所反映的广域网数据可以直接映射到传输层。

物理编码PCS子层PCS子层处在上层RS和下层PMA之间PCS 和上层的接口通过10Gbps媒体无关接口XGMII连接与下层连接通过PMA服务接口PCS的主要功能 是把正常定义的以太网MAC代码信号转换成相应的编码和物理层的代码信号。

协调(RS)子层和10Gbps媒体无关接口(XGMII)。RSXGMII实现了MAC子层与PHY层之间的逻辑连接,即MAC子层可以连接到不同类型的PHY层(10GBase-X 10GBase-R10Gbase-W)上。显然,对于10GBase-W类型来说,RS子层的功能要求是最复杂的

2. 万兆以太网的技术特点

万兆以太网与传统的以太网比较具有以下几方面的特点。

1MAC子层和物理层实现10Gbps传输速率。

2MAC子层的帧格式不变,并保留IEEE 802.3标准最小和最大帧长度。

3)不支持共享型,只支持全双工,即只可能实现全双工交换型10Gbps以太网,因此10Gbps以太网媒体的传输距离不会受到传统以太网CSMA/CD机理制约,而仅仅取决于媒体上信号传输的有效性。

4)支持星型局域网拓扑结构,采用点到点连接和结构化布线技术。

5)在物理层上分别定义了局域网和广域网两种系列,并定义了适应局域网和广域网的数据传输机制。

6)不能使用双绞线,只支持多模和单模光纤,并提供连接距离的物理层技术规范。

3. 万兆以太网在局域网中的应用

10Gbps以太网用做局域网,通常是组成主干网。例如,利用10Gbps以太网实现交换机到交换机、交换机到服务器以及城域网和广域网的连接。

10Gbps以太网在局域网中的应用如图3.15所示。图中主干线路使用10Gbps以太网,校园A、校园B、数据中心和服务器群之间用10Gbps以太网交换机的模块分别连接。

3.15  10G以太局域网应用

3.5 典型局域网的组网技术来自:http://www.woaidiannao.com/html/jcjc/jsjwlkc/5622.html

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