以太網(wǎng)接入技術(shù)（寬帶接入技術(shù)課件）

第11講以太網(wǎng)簡(jiǎn)介一、以太網(wǎng)的發(fā)展10二、以太網(wǎng)的命名原則其中：n：以兆位每秒為單位的數(shù)據(jù)率（10表示10Mbps，100表示100Mbps，1000表示1000Mbps）信號(hào)：基帶或?qū)拵ь愋停˙ase指基帶傳輸，Broad指寬帶傳輸）物理介質(zhì)：表示介質(zhì)類型（①5指粗同軸電纜，距離500米；②2指細(xì)同軸電纜，距離200米；③F：光纖；④T：雙絞線；⑤L：長(zhǎng)波；⑥S：短波；⑦C：同軸電纜；⑧X：全雙工；）n-信號(hào)-物理介質(zhì)EEE802.3定義了一種縮寫(xiě)符號(hào)來(lái)表示以太網(wǎng)的某一標(biāo)準(zhǔn)二、以太網(wǎng)的命名原則100BaseT

表示傳輸速率為100Mbps表示以基帶方式傳輸表示傳輸介質(zhì)為雙絞線例：三、以太網(wǎng)分類共享式以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)快速以太網(wǎng)吉比特以太網(wǎng)十吉比特以太網(wǎng)（10G以太網(wǎng)）三、以太網(wǎng)分類1．共享式以太網(wǎng)共享式以太網(wǎng)中，所有的主機(jī)都平等地連接到同軸電纜上，所有主機(jī)發(fā)出的信號(hào)都會(huì)被其他主機(jī)接收，如果主機(jī)數(shù)目較多，則存在沖突與廣播泛濫的嚴(yán)重問(wèn)題，而且共享式以太網(wǎng)還會(huì)存在介質(zhì)可靠性差與無(wú)任何安全性的突出問(wèn)題。常用介質(zhì)10Base5：粗同軸電纜（5代表電纜的長(zhǎng)度字段長(zhǎng)度是500m）；10Base2：細(xì)同軸電纜（2代表電纜的長(zhǎng)度字段長(zhǎng)度是200m）。三、以太網(wǎng)分類2．標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)的速率是10Mbit/s，通常定位在網(wǎng)絡(luò)的接入層，標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)通常用于接入層最終用戶和接入層交換機(jī)之間的連接，一般不適用于匯聚層和核心層。像新一代的多媒體、影像和數(shù)據(jù)庫(kù)等對(duì)帶寬需求較大的業(yè)務(wù)也適合用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)。常用線纜（1）10BASE-5，粗同軸電纜，最大傳輸距離500m；（2）10BASE-2，細(xì)同軸電纜，最大傳輸距離200m；（3）10BASE-T，雙絞線，最大傳輸距離100m；（4）10BASE-F，光纖，最大傳輸距離2000m。三、以太網(wǎng)分類3．快速以太網(wǎng)快速以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)為IEEE802.3u，速率能達(dá)到100Mbit/s，為用戶提供更高的網(wǎng)絡(luò)帶寬?？芍苯佑糜诮尤雽釉O(shè)備和匯聚層設(shè)備之間的連接鏈路，也可為高性能的PC機(jī)和工作站提供100Mbit/s的接入。常用介質(zhì)100BaseTX，EIA/TIA5類（UTP）非屏蔽雙絞線2對(duì)，最大傳輸距離100m100BaseT4，EIA/TIA3、4、5類（UTP）非屏蔽雙絞線4對(duì)，最大傳輸距離100m；100BaseFX，多模光纖（MMF）線纜，最大傳輸距離550m～2km；單模光纖，（SMF）線纜，最大傳輸距離2km～15km。三、以太網(wǎng)分類4．吉比特以太網(wǎng)吉比特以太網(wǎng)是在基于以太網(wǎng)協(xié)議的基礎(chǔ)之上，對(duì)IEEE802.3以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行擴(kuò)展，快速達(dá)到了1Gbit/s。吉比特以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)為IEEE802.3z（光纖與銅纜）和IEEE802.3ab（雙絞線）。吉比特以太網(wǎng)一般用于匯聚層，提供接入層和匯聚層設(shè)備間的高速連接，也可在核心層提供匯聚層和高速服務(wù)器的高速連接以及核心設(shè)備間的高速互聯(lián)。三、以太網(wǎng)分類4．吉比特以太網(wǎng)常用介質(zhì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)線纜類型傳輸距離1000BaseT銅質(zhì)EIA/TIA5類（UTP）非屏蔽雙絞線4對(duì)100m1000BaseCX銅質(zhì)屏蔽雙絞線25m1000BaseSX多模光纖，50/62.5μm光纖，使用波長(zhǎng)為850nm的激光550m/275m1000BaseLX單模光纖，9μm光纖，使用波長(zhǎng)為1300nm的激光2～15km三、以太網(wǎng)分類5．十吉比特以太網(wǎng)（10G以太網(wǎng)）特點(diǎn)（1）保留802.3以太網(wǎng)的幀格式；（2）保留802.3以太網(wǎng)的最大幀長(zhǎng)和最小幀長(zhǎng)；（3）只使用全雙工工作方式，完全改變了傳統(tǒng)以太網(wǎng)的半雙工的廣播工作方式；（4）只使用光纖作為傳輸媒體而不使用銅線；（5）使用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路，支持星形結(jié)構(gòu)的局域網(wǎng)；（6）10G以太網(wǎng)數(shù)據(jù)率非常高，不直接和端用戶相連；（7）創(chuàng)造了新的光物理媒體相關(guān)（PMD）子層。四、以太網(wǎng)技術(shù)——CSMA/CD計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)是計(jì)算機(jī)之間共享物理網(wǎng)絡(luò)，初期的以太網(wǎng)是共享式以太網(wǎng)，同一時(shí)刻只能有一臺(tái)計(jì)算機(jī)訪問(wèn)線路，所以必須采用一種半雙工的方式來(lái)訪問(wèn)該物理線路，而且還必須有一種沖突檢測(cè)和避免的機(jī)制，這是為什么呢？四、以太網(wǎng)技術(shù)——CSMA/CD同一時(shí)刻若有二臺(tái)以上計(jì)算機(jī)發(fā)送

＝》信號(hào)互相干擾（沖突，Collision，碰撞）

＝》此次傳輸失敗。CDAEB核心問(wèn)題：廣播信道的訪問(wèn)控制

＝信道共享技術(shù)＝信道分配策略＝介質(zhì)訪問(wèn)控制四、以太網(wǎng)技術(shù)——CSMA/CDCSMA/CD=CarrierSenseMultipleAccess

withCollisionDetection

=載波監(jiān)聽(tīng)多點(diǎn)接入/沖突檢測(cè)

是隨機(jī)訪問(wèn)算法－爭(zhēng)用型協(xié)議CSMA/CD的工作原理可概括成四句話，即：

先聽(tīng)后說(shuō)，邊說(shuō)邊聽(tīng)，沖突停止，隨機(jī)延遲后重發(fā)四、以太網(wǎng)技術(shù)——CSMA/CD載波監(jiān)聽(tīng)：先聽(tīng)再說(shuō)發(fā)送前先監(jiān)聽(tīng)總線上是否有信號(hào)如果有，則停止發(fā)送數(shù)據(jù)(避免沖突)，

同時(shí)繼續(xù)監(jiān)聽(tīng)，直至發(fā)現(xiàn)信道空閑時(shí)，發(fā)送數(shù)據(jù).沖突檢測(cè)：邊說(shuō)邊聽(tīng)邊發(fā)送，邊檢測(cè)，是否與別人發(fā)送沖突，

若沖突，立即停止發(fā)送，隨機(jī)延遲后再去“載波監(jiān)聽(tīng)”四、以太網(wǎng)技術(shù)——CSMA/CD為什么有了載波監(jiān)聽(tīng)（先聽(tīng)再說(shuō)），

還要沖突檢測(cè)（邊說(shuō)邊聽(tīng)）

即，為什么測(cè)到信道閑再發(fā)送，仍會(huì)沖突？

原因：

電磁波傳播需要時(shí)間，而監(jiān)聽(tīng)只能測(cè)到本站接入點(diǎn)的信號(hào)。

當(dāng)某個(gè)站監(jiān)聽(tīng)到總線是空閑時(shí)，總線不一定是空閑的。測(cè)到信道閑再發(fā)送，仍然沖突，情況一t0時(shí)，當(dāng)C站發(fā)送完畢，A站和B站都測(cè)得信道空閑，都立即發(fā)送數(shù)據(jù)，結(jié)果導(dǎo)致了沖突。時(shí)間t0CBA用戶四、以太網(wǎng)技術(shù)——CSMA/CD測(cè)到信道閑再發(fā)送，仍然沖突,情況二原因：

電磁波傳播需要時(shí)間，而監(jiān)聽(tīng)只能測(cè)到本站接入點(diǎn)的信號(hào)。當(dāng)某個(gè)站監(jiān)聽(tīng)到總線是空閑時(shí)，也可能總線并非是空閑的。t0時(shí)A開(kāi)始發(fā)送T1=t0十－時(shí)

B開(kāi)始發(fā)送t0十－/2時(shí)發(fā)生沖突ABAB

－

/2設(shè)：為信號(hào)在最遠(yuǎn)的二站間的傳播時(shí)間AB

－

四、以太網(wǎng)技術(shù)——CSMA/CDt0十－/2時(shí)發(fā)生沖突

/2AB

t0十

時(shí)，B測(cè)到?jīng)_突，停止發(fā)送t0十2

－時(shí),A測(cè)到?jīng)_突

停止發(fā)送AB

沖突信號(hào)四、以太網(wǎng)技術(shù)——CSMA/CD1kmABt沖突t=2

A檢測(cè)到發(fā)生沖突t=

B發(fā)送數(shù)據(jù)B檢測(cè)到發(fā)生沖突t=

t=0單程端到端傳播時(shí)延記為

四、以太網(wǎng)技術(shù)——CSMA/CD思考：經(jīng)過(guò)2

時(shí)間沒(méi)有檢測(cè)到?jīng)_突，可以肯定這次發(fā)送不會(huì)發(fā)生沖突概念：以太網(wǎng)將2

稱為爭(zhēng)用期(contentionperiod)

，

或沖突窗口，競(jìng)爭(zhēng)時(shí)間片、時(shí)間槽、沖突時(shí)間片。四、以太網(wǎng)技術(shù)——CSMA/CD理論上，CSMA/CD協(xié)議的爭(zhēng)用期為2

工程上，10M以太網(wǎng)，取51.2

s為爭(zhēng)用期的長(zhǎng)度。在爭(zhēng)用期內(nèi)可發(fā)送512bit，即64字節(jié)。爭(zhēng)用期長(zhǎng)度，又稱為512位延遲(51.2us)。以太網(wǎng)在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，若前64字節(jié)沒(méi)有發(fā)生沖突，則后續(xù)的數(shù)據(jù)就不會(huì)發(fā)生沖突。爭(zhēng)用期的長(zhǎng)度第12講以太網(wǎng)接入技術(shù)一、以太網(wǎng)技術(shù)——全雙工以太網(wǎng)和以太網(wǎng)交換機(jī)CSMA/CD采用半雙工模式，例如傳統(tǒng)的HUB設(shè)備是不支持全雙工的，因?yàn)镠UB的內(nèi)部是一條共享總線，數(shù)據(jù)接收和發(fā)送都是在該總線上進(jìn)行，沒(méi)有辦法進(jìn)行全雙工通信。最好的方式是采用全雙工模式，全雙工就是數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收可以同時(shí)進(jìn)行，互不干擾。一、以太網(wǎng)技術(shù)——全雙工以太網(wǎng)和以太網(wǎng)交換機(jī)交換機(jī)應(yīng)該是一個(gè)多端口設(shè)備，每個(gè)端口可以連接終端設(shè)備或其他多端口設(shè)備，交換機(jī)內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)不是共享總線，一般采用一個(gè)數(shù)字交叉網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)能同時(shí)支持多個(gè)終端、端口之間并行獨(dú)立的數(shù)據(jù)傳輸，交換機(jī)為每個(gè)端口設(shè)置了緩沖區(qū)，可以暫時(shí)緩存終端發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，等資源空閑之后再進(jìn)行交換。一、以太網(wǎng)技術(shù)——自動(dòng)協(xié)商機(jī)制為什么會(huì)有自動(dòng)協(xié)商機(jī)制？在基于五類線的以太網(wǎng)上，不同端口之間存在不同的工作模式，在速率上有10Mbit/s、100Mbit/s、1000Mbit/s或自適應(yīng)等，在雙工模式上有全雙工和半雙工等，如果對(duì)每個(gè)設(shè)備的端口進(jìn)行進(jìn)行配置，則工作必然繁雜，而且容易出問(wèn)題。使用1ms的脈沖來(lái)攜帶自動(dòng)協(xié)商信息。16ms每個(gè)大脈沖插入16小脈沖……一、以太網(wǎng)技術(shù)——自動(dòng)協(xié)商機(jī)制一、以太網(wǎng)技術(shù)——自動(dòng)協(xié)商機(jī)制系統(tǒng)加電的時(shí)候（建立鏈路連接時(shí)候），首先檢測(cè)自動(dòng)協(xié)商標(biāo)志，如果允許，則從配置寄存器讀出支持模式標(biāo)志，編碼后通過(guò)空閑脈沖發(fā)送出去。發(fā)送出去的編碼格式稱為基頁(yè)。如果接收到對(duì)方的基頁(yè)，則跟自己發(fā)送的基頁(yè)比較，找出支持能力的交集，選取最優(yōu)組合運(yùn)行。雙工模式運(yùn)行速率流量控制…...101010101…...二、以太網(wǎng)的物理層物理層規(guī)定了兩個(gè)設(shè)備之間的物理接口、電氣特性、規(guī)程特性、機(jī)械特性等內(nèi)容。物理層標(biāo)準(zhǔn)：10BASE2、10BASE5、10BASE-T、100BASE-TX、100BASE-T2、100BASE-T4、100BASE-FX、1000BASE-SX、1000BASE-LX、1000BASE-CX、1000BASE-TX二、以太網(wǎng)的物理層——RJ45接口RJ45接口通常用于數(shù)據(jù)傳輸，最常見(jiàn)的應(yīng)用為網(wǎng)卡接口。RJ45頭跟據(jù)線的排序方法T568B線序：橙白、橙、綠白、藍(lán)、藍(lán)白、綠、棕白、棕T568A線序：綠白、綠、橙白、藍(lán)、藍(lán)白、橙、棕白、棕二、以太網(wǎng)的物理層——RJ45接口五、以太網(wǎng)的物理層——RJ45接口使用RJ45接頭的線有兩種：直通線（不同設(shè)備）交插線（相同設(shè)備）三、以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層的特點(diǎn)：數(shù)據(jù)鏈路層和物理層是相關(guān)的數(shù)據(jù)鏈路層的分層結(jié)構(gòu)三、以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層——MAC子層作用（1）鏈路級(jí)的站點(diǎn)標(biāo)識(shí)：在數(shù)據(jù)鏈路層識(shí)別網(wǎng)絡(luò)上的各個(gè)站點(diǎn)。（2）鏈路級(jí)的數(shù)據(jù)傳輸：從上層（LLC子層）接收數(shù)據(jù)，附加上MAC地址和控制信息后把數(shù)據(jù)發(fā)送到物理鏈路上。分類半雙工MAC物理層運(yùn)行模式是半雙工時(shí)提供訪問(wèn)；全雙工MAC物理層運(yùn)行模式是全雙工時(shí)提供訪問(wèn)；注意：這兩種MAC都是集成在網(wǎng)卡中的，網(wǎng)卡初始化的時(shí)候一般進(jìn)行自動(dòng)協(xié)商，根據(jù)自動(dòng)協(xié)商的結(jié)果決定運(yùn)行模式，然后根據(jù)運(yùn)行模式選擇相應(yīng)的訪問(wèn)MAC。6字節(jié)（48位）的MAC地址，稱為MAC-48

例，16進(jìn)制數(shù)表示：02-60-8C-0A-8C-6D

高3字節(jié)：塊地址，BlockID

，機(jī)構(gòu)標(biāo)識(shí)符OUI

(OrganizationallyUniqueIdentifier),由IEEE注冊(cè)管理機(jī)構(gòu)RAC統(tǒng)一有償分配給廠商，全球唯一：

例：02-60-8C代表3COM公司一個(gè)廠商可以買(mǎi)多個(gè)塊號(hào)。只有223個(gè)塊（第一字節(jié)的最低位為I/G位）低3字節(jié)：塊內(nèi)地址，擴(kuò)展標(biāo)識(shí)符EUI

(ExtendedUniqueIdentifier)由廠商分配（Vendorassigned），塊內(nèi)唯一代表該廠商制造的一個(gè)產(chǎn)品(如一塊網(wǎng)卡)?！癕AC地址”實(shí)際上是適配器標(biāo)識(shí)

由此，保證了每個(gè)產(chǎn)品都具有唯一的MAC地址。三、以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層——MAC子層網(wǎng)卡上的硬件地址路由器1A-24-F6-54-1B-0E00-00-A2-A4-2C-0220-60-8C-C7-75-2A08-00-20-47-1F-E420-60-8C-11-D2-F6路由器同時(shí)連接到兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)上，因此它有兩塊網(wǎng)卡和兩個(gè)硬件地址。三、以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層——MAC子層MAC-48地址串行發(fā)送的順序101011001101111001001000000000000000000010000000內(nèi)存十六進(jìn)制表示的EUI-48地址：AC-DE-48-00-00-80001101010111101100010010000000000000000000000001低位在前第1字節(jié)順序第2第3第4第5第6802.3CA

ED

84

00

00

08三、以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層——MAC子層802.3/4的EUI-48地址十六進(jìn)制表示的EUI-48地址：AC-DE-48-00-00-80二進(jìn)制表示的EUI-48地址：第1字節(jié)第6字節(jié)001101010111101100010010000000000000000000000001最低位最先發(fā)送最高位最低位最高位最后發(fā)送低位在前I/G比特第1字節(jié)順序第2第3第4第5第6802.3802.4機(jī)構(gòu)惟一標(biāo)志符OUI

（23位）擴(kuò)展惟一標(biāo)志符EUI

（24位）CAED84000008I/G（第一字節(jié)最低位b0）

I/G=0：?jiǎn)蔚刂稩ndividualI/G=1：組地址Group，三、以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層——MAC子層MAC地址的分類（從結(jié)構(gòu)角度劃分）單播地址（一對(duì)一）：這種類型的MAC地址唯一地標(biāo)識(shí)了以太網(wǎng)上的一個(gè)終端（比如網(wǎng)卡等），實(shí)際上這樣的地址是固化在硬件里面的，I/G=0，例：0==0==-e0-fc-00-00-06，也即0000000==0==-...組播地址（一對(duì)多）：這是一個(gè)邏輯