以太網交換機工作原理

以太網交換機工作原理

言杉

目錄1.以太網的根底知識1.1以太網概述1.2MAC地址1.3以太網幀格式1.4CSMA/CD1.5沖突域與播送域1.6以太網的典型設備-HUB1.7全雙工以太網2.網絡層的概念2.1OSI模型2.2各層的作用2.3不同層對應的網絡設備3.局域網常見拓撲結構4.以太網交換機根底知識4.1概述4.2交換機數據轉發(fā)原理4.3交換機能分割沖突域4.4交換機工作模式4.5交換機的交換方式5.交換機硬件電路架構5.1模塊圖〔Gigabitswitch)5.2RJ45接口5.3MII/GMII/RMII接口5.4物理層特性5.4.1自協商5.4.2AutoMDI/MDIX5.4.3流量控制6.Winwingigabit交換機6.1概述6.2Loopdetect6.3方框圖6.4電路圖6.5Layoutguide7.交換機參考測試標準7.1RFC25447.2RFC2899以太網的根底知識

1.以太網概述-1以太網是在70年代初期由Xerox公司PaloAlto研究中心推出的。1979年Xerox、Intel和DEC公司正式發(fā)布了DIX版本的以太網標準，1983年IEEE802.3標準正式發(fā)布。初期的以太網是基于同軸電纜的，到八十年代末期基于雙絞線的以太網完成了標準化工作，即我們常說的10BASE-T。隨著市場的推動，以太網的開展越來越迅速，應用也越來越廣泛。下面簡單列一下以太網的開展歷程：70年代初，以太網產生；1929年，DEC、Intel、Xerox成立聯盟，推出DIX以太網標準；1980年，IEEE成立了802.3工作組；1983年，第一個IEEE802.3標準通過并正式發(fā)布通過80年代的應用，10Mb/s以太網根本開展成熟1990年，基于雙絞線介質的10BASE-T標準和IEEE802.1D網橋標準發(fā)布90年代，LAN交換機出現，逐步淘汰共享式網橋1992年，出現了100Mb/s快速以太網通過100BASE-T標準(IEEE802.3u)全雙工以太網(IEEE97)千兆以太網開始迅速開展(96)1000Mb/s千兆以太網標準問世(IEEE802.3z/ab)IEEE802.1Q和802.1P標準出現(98)10GE以太網工作組成立(IEEE802.3ae)以太網是一種能夠使計算機進行相互傳遞信息的介質，它利用二進制位形成一個個的字節(jié)，這些字節(jié)然后組合成一幀幀的數據。幀有一個起點，我們稱之為幀頭；也有終點，我們稱之為作幀尾。以太網由許多物理網段組合而成，每個網段包括一些導線和與導線相連的網絡設備。以太網上有很多網絡設備，每個設備都會接收到各種各樣的幀信息。那么，設備怎樣才能知道幀是否是直接對它進行訪問呢？其實，在每個幀報頭中，都包含有一個目地介質訪問控制地址〔MAC〕和一個源MAC地址，目的MAC地址就可以告訴網絡設備幀是否是對它進行直接訪問。如果設備發(fā)現幀的目的MAC地址與自己的MAC不匹配，設備將對不處理該幀。

以太網的根底知識

1.以太網概述-2MAC地址有48位，它可以轉換成12位的十六進制數，參見以下圖。這個數分成三組，每組有四個數字，中間以點分開。MAC地址有時也稱為點分十六進制數。為了確保MAC地址的唯一性，IEEE對這些地址進行管理。每個地址由兩局部組成，分別是供給商代碼和序列號。供給商代碼代表NIC〔網絡接口卡〕制造商的名稱，它占用MAC的前六位12進制數字，即24位二進制數字。序列號由供給商管理，它占用剩余的6位地址，或最后的24位二進制數字。以太網的根底知識

2.MAC地址常用以太網幀格式前同步字符：在每種格式的以太網幀的開始處都有64比特〔8字節(jié)〕的前同步字符，以下圖1所示。其中，前7個字節(jié)稱為前同步碼〔Preamble〕，內容是16進制數0xAA，最后1字節(jié)為幀起始標志符0xAB，它標識著以太網幀的開始。前導字符的作用是使接收節(jié)點進行同步并做好接收數據幀的準備。

以太網幀前導字符

以太網的根底知識

3.以太網幀格式-1

除此之外，不同格式的以太網幀的各字段定義都不相同，彼此也不兼容。常見幀格式有4種。2.Ethernet802.3raw幀格式在Ethernet802.3raw類型以太網幀中，原來EthernetII類型以太網幀中的類型字段被"總長度"字段所取代，它指明其后數據域的長度，其取值范圍為：46-1500。1.EthernetII類型以太網幀格式其中，2個字節(jié)標識的類型，即以太網幀所攜帶的上層數據，如16進制數0x0800代表IP協議數據，16進制數0x809B代表AppleTalk協議數據，16進制數0x8138代表Novell類型協議數據等。在不定長的數據字段后是4個字節(jié)的幀校驗序列〔Frame.CheckSequence，FCS〕，采用32位CRC循環(huán)冗余校驗對從"目標MAC地址"字段到"數據"字段的數據進行校驗。以太網的根底知識

3.以太網幀格式-23.Ethernet802.3SAP幀格式從圖中可以看出，在Ethernet802.3SAP幀中，將原Ethernet802.3raw幀中2個字節(jié)的0xFFFF變?yōu)楦?個字節(jié)的DSAP和SSAP，同時增加了1個字節(jié)的“控制〞字段，構成了802.2邏輯鏈路控制〔LLC〕的首部。新增的802.2LLC首部包括兩個效勞訪問點：源效勞訪問點〔SSAP〕和目標效勞訪問點〔DSAP〕。它們用于標識以太網幀所攜帶的上層數據類型，如16進制數0x06代表IP協議數據，16進制數0xE0代表Novell類型協議數據，16進制數0xF0代表IBMNetBIOS類型協議數據等。以太網的根底知識

3.以太網幀格式-34.Ethernet802.3SNAP幀格式Ethernet802.3SNAP類型以太網幀格式和Ethernet802.3SAP類型以太網幀格式的主要區(qū)別在于：

●2個字節(jié)的DSAP和SSAP字段內容被固定下來，其值為16進制數0xAA。

●1個字節(jié)的“控制〞字段內容被固定下來，其值為16進制數0x03。

●增加了SNAP字段，由下面兩項組成：

◆新增了3個字節(jié)的組織唯一標識符〔OrganizationallyUniqueIdentifier，OUIID〕字段，其值通常等于MAC地址的前3字節(jié)，即網絡適配器廠商代碼。

◆2個字節(jié)的"類型"字段用來標識以太網幀所攜帶的上層數據類型。

以太網的根底知識

3.以太網幀格式-4以太網的根底知識

4.CSMA/CD以太網使用CSMA/CD〔CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection，帶有沖突監(jiān)測的載波偵聽多址訪問〕。IEEE802.3標準確定的CSMA/CD檢測沖突的方法如下：

〔1〕當一個站點想要發(fā)送數據的時候，它檢測網絡查看是否有其他站點正在傳輸，即監(jiān)聽信道是否空閑。

〔2〕如果信道忙，那么等待，直到信道空閑；如果信道閑，站點就傳輸數據。

〔3〕在發(fā)送數據的同時，站點繼續(xù)監(jiān)聽網絡確信沒有其他站點在同時傳輸數據。因為有可能兩個或多個站點都同時檢測到網絡空閑然后幾乎在同一時刻開始傳輸數據。如果兩個或多個站點同時發(fā)送數據，就會產生沖突。

〔4〕當一個傳輸節(jié)點識別出一個沖突，它就發(fā)送一個擁塞信號，這個信號使得沖突的時間足夠長，讓其他的節(jié)點都能發(fā)現。

〔5〕其他節(jié)點收到擁塞信號后，都停止傳輸，等待一個隨機產生的時間間隙〔回退時間，BackoffTime〕后重發(fā)。

沖突域:指的是會產生沖突的最小范圍，在計算機和計算機通過設備互聯時，會建立一條通道，如果這條通道只允許瞬間一個數據報文通過，那么在同時如果有兩個或更多的數據報文想從這里通過時就會出現沖突了。沖突域1沖突域2沖突域3以太網的根底知識

5.沖突域與播送域-1播送域:指接收同樣播送消息的節(jié)點的集合,如果一個數據報文的目標地址是這個網段的播送地址IP或者目標計算機的MAC地址是FF-FF-FF-FF-FF-FF，那么這個數據報文就會被這個網段的所有計算機接收并響應，這就叫做播送。....播送域播送以太網的根底知識

5.沖突域與播送域-2以太網的根底知識

6.以太網的典型設備-HUB在局域網〔LAN-LocalAreaNetwork〕中，每個工作站都通過某種傳輸介質連接到網絡上。一般情況下，效勞器不會有很多網絡接口卡〔NIC〕。因此，不可能將所有的工作站都連接到效勞器上。因此，局域網中會使用HUB，這是網絡中很常用的設備。HUB是一種典型的采用以太網CSMA/CD機制的設備，其主要作用是：1,被用作網絡設備的集中點2.放大信號3.無路徑檢測或交換從HUB的作用可以看出，HUB對所連接的LAN只做信號的中繼，工作在網絡的物理層，連接在HUB上的所有物理設備相當于連接在同一根導線上，都處于同一個沖突域和播送域，如以下圖。因此，在網絡設備很多的情況下，設備之間的沖突將會很嚴重，并且導致播送泛濫，嚴重影響網絡的性能。以太網的根底知識

7.全雙工以太網當兩個以太網節(jié)點通過10baseT的電纜直接連接時，導線類似于以下圖。在這種情況下，數據可以通過兩種獨立的路徑傳輸和接收。由于只存在兩個節(jié)點，也就沒有總線，所以就可以在同一時間對信息進行雙向傳輸，而不會發(fā)生沖突。在這種情況下，以太網稱為全雙工以太網。為了實現全雙工以太網，兩個節(jié)點必須通過10baseT直接連接，而且NIC必須支持全雙工。OSI模型:即開放式通信系統(tǒng)互聯參考模型(OpenSystemInterconnection,OSI/RM,OpenSystemsInterconnectionReferenceModel)，是國際標準化組織(ISO)提出的一個試圖使各種計算機在世界范圍內互連為網絡的標準框架，簡稱OSI。以下圖即為OSI模型：

網絡層的概念

1.OSI模型1.物理層。物理層規(guī)定了激活、維持、關閉通信端點之間的機械特性、電氣特性、功能特性以及過程特性。物理層為上層協議提供了一個傳輸數據的物理媒體。屬于物理層定義的典型標準包括：EIA/TIARS-232、EIA/TIARS-449、V.35、RJ-45等。2.數據鏈路層。數據鏈路層在不可靠的物理介質上提供可靠的傳輸。數據鏈路層的作用包括：物理地址尋址、數據的成幀、流量控制、數據的檢錯、重發(fā)等。數據鏈路層協議的代表包括：SDLC、HDLC、PPP、STP、幀中繼等。3.網絡層。網絡層負責對子網間的數據包進行路由選擇。網絡層還可以實現擁塞控制、網際互連等功能。網絡層協議的代表包括：IP、IPX、RIP、OSPF等。4.傳輸層。傳輸層是第一個端到端，即主機到主機層次。傳輸層負責將上層數據分段并提供端到端的、可靠的或不可靠的傳輸。此外，傳輸層還要處理端到端的過失控制和流量控制問題。傳輸層協議的代表包括：TCP、UDP、SPX等。

網絡層的概念

2.各層的作用-15.會話層。會話層管理主機之間的會話進程，即負責建立、管理、終止進程之間的會話。會話層還利用在數據中插入校驗點來實現數據的同步。6.表示層。表示層對上層數據或信息進行變換以保證一個主機應用層信息可以被另一個主機的應用程序理解。表示層的數據轉換包括數據的加密、壓縮、格式轉換等。7.應用層。應用層為操作系統(tǒng)或網絡應用程序提供訪問網絡效勞的接口。應用層協議的代表包括：Telnet、FTP、HTTP、SNMP等。數據在各層之間的單位都是不一樣的，在物理層數據的單位稱為比特(bit);在數據鏈路層，數據的單位稱為幀(frame);在網絡層，數據的單位稱為數據包(packet);傳輸層，數據的單位稱為數據段(segment)。

網絡層的概念

2.各層的作用-2網絡層的概念

3.不同層對應的網絡設備-1交換機(Switch)是一種基于MAC〔網卡的硬件地址〕識別，能完成封裝轉發(fā)數據包功能的網絡設備。交換機可以“學習〞MAC地址，并把其存放在內部地址表中，通過在數據幀的始發(fā)者和目標接收者之間建立臨時的交換路徑，使數據幀直接由源地址到達目的地址，因此交換機工作在數據鏈路層。集線器(Hub〕是計算機網絡中連接多個計算機或其他設備的連接設備，是對網絡進行集中管理的最小單元。英文Hub就是中心的意思，像樹的主干一樣，它是各分支的聚集點。Hub是一個共享設備，主要提供信號放大和中轉的功能，它把一個端口接收的所有信號向所有端口分發(fā)出去。一些集線器在分發(fā)之前將弱信號加強后重新發(fā)出，一些集線器那么排列信號的時序以提供所有端口間的同步數據通信。路由器(Router)是一種連接多個網絡或網段的網絡設備，它能將不同網絡或網段之間的數據信息進行“翻譯〞，以使它們能夠相互“讀〞懂對方的數據，從而構成一個更大的網絡。路由器有兩大典型功能，即數據通道功能和控制功能。數據通道功能包括轉發(fā)決定、背板轉發(fā)以及輸出鏈路調度等，一般由特定的硬件來完成；控制功能一般用軟件來實現，包括與相鄰路由器之間的信息交換、系統(tǒng)配置、系統(tǒng)管理等。網絡層的概念

3.不同層對應的網絡設備-2internet路由器交換機/HUB局域網常見拓撲結構-1internet路由器交換機交換機/HUB交換機/HUB局域網常見拓撲結構-2交換機是用來連接局域網的主要設備，我們最常見的交換機的端口類型一般包括10Base-T、100Base-T、1000Base-T，其中10Base-T,100Base-T,1000Base-T一般是由10M/100M自適應端口提供，即通常我們所講的RJ-45端口。以太網交換機根底知識

1.概述11334422AB端口1端口1端口2端口2端口3端口3data如上圖，假設交換機A、BMAC地址表都是空的，我們通過兩個例子來說明交換機是如何實現數據的傳輸1.主機11給主機33發(fā)送一個數據幀2.主機44給主機11發(fā)送一個數據幀以太網交換機根底知識

2.交換機數據轉發(fā)原理-1data11334422AB端口1端口1端口2端口2data端口3端口3交換機A在接收從主機11發(fā)出的數據幀后，執(zhí)行以下操作步驟：1.交換機A查找MAC地址表,查看是否有此MAC地址〔有那么直轉給相應的端口〕2.假設沒有，學習主機11的MAC地址3.交換機A向除端口1的其它所有端口發(fā)送播送例1：主機11給主機33發(fā)送一個數據幀〔1〕以太網交換機根底知識

2.交換機數據轉發(fā)原理-2334422ABA端口1端口1端口2data端口2端口3端口3data主機22，查看數據包的目標MAC地址不是自己，丟棄數據包交換機B在接收到數據幀后，執(zhí)行以下操作步驟：1.交換機B查看MAC地址表，查看是否有此MAC地址〔有那么直轉給相應的端口〕2.假設沒有，學習源MAC地址和端口號3.交換機B向除源數據發(fā)送端口3外的向所有端口播送數據包11例1：主機11給主機33發(fā)送一個數據幀〔2〕以太網交換機根底知識

2.交換機數據轉發(fā)原理-3B334422ABA端口1端口1端口2端口2端口3端口3data11dataAA主機33，接收到數據幀主機44，丟棄數據幀例1：主機11給主機33發(fā)送一個數據幀〔3〕以太網交換機根底知識

2.交換機數據轉發(fā)原理-4334422AB端口1端口1端口2端口2端口3端口311data交換機B在接收到主機44發(fā)出的數據幀后，執(zhí)行以下操作步驟：1.交換機B學習源MAC地址和端口號2.交換機B查看MAC地址表，根據MAC地址表中的條目，單播轉發(fā)數據到端口3例2：主機44給主機11發(fā)送一個數據幀〔1〕以太網交換機根底知識

2.交換機數據轉發(fā)原理-5交換機A在接收到數據幀后，執(zhí)行以下操作：1.交換機A學習源MAC地址和端口號2.交換機A查看MAC地址表，根據MAC地址表中的條目，單播轉發(fā)數據到端口13.主機11，收到數據幀334422AB端口1端口1端口2端口2端口3端口311data例2：主機44給主機11發(fā)送一個數據幀〔2〕以太網交換機根底知識

2.交換機數據轉發(fā)原理-6AMAC地址端口號111443222333MAC地址端口號113442223331交換機最終的MAC地址表B以太網交換機根底知識

2.交換機數據轉發(fā)原理-7學習通過學習數據幀的源MAC地址來形成的MAC地址表播送假設目標地址在MAC地址表中沒有，交換機那么向除接收到該數據幀的端口外的其他所有端口播送該數據幀轉發(fā)假設目標地址在MAC地址表中存在，交換機根據MAC地址表單播轉發(fā)數據幀更新交換機MAC地址表的老化時間是一般最長是300秒，即MAC地址在MAC地址表中存在的時間。交換機假設發(fā)現一個幀的入端口和MAC地址表中源MAC地址的所在端口不同，交換機將MAC地址重新學習到新的端口以太網交換機根底知識

2.交換機數據轉發(fā)原理-8以太網交換機根底知識

3.交換機能分割沖突域從前面的轉發(fā)流程可看出，交換機分割沖突域，但是不分割播送域，即交換機的所有端口屬于同一個播送域。交換機分割沖突域，可提高傳輸效率沖突域1沖突域2沖突域3單工〔Simplex〕只有一個信道，傳輸方向只能是單向的半雙工〔Halfduplex〕只有一個信道，在同一時刻，只能是單向傳輸全雙工〔FullDuplex〕雙信道，同時可以有雙向數據傳輸ABABAB以太網交換機根底知識

4.交換機工作模式以太網交換機根底知識

5.交換機的交換方式-1直通轉發(fā)〔Cut-through〕前導SFD目的MAC源MAC長度DATAFCS7字節(jié)1字節(jié)6字節(jié)6字節(jié)2字節(jié)多達1500字節(jié)4字節(jié)直通轉發(fā)：不進行錯誤檢查正常幀殘幀超長幀正常幀殘幀超長幀存儲轉發(fā)〔Store-and-forward〕前導SFD目的MAC源MAC長度DATAFCS7字節(jié)1字節(jié)6字節(jié)6字節(jié)2字節(jié)多達1500字節(jié)4字節(jié)存儲轉發(fā)：對所有的錯誤進行檢查，延遲高正常幀殘幀超長幀正常幀以太網交換機根底知識

5.交換機的交換方式-2碎片隔離〔FragmentFree〕正常幀殘幀超長幀正常幀前導SFD目的MAC源MAC長度DATAFCS7字節(jié)1字節(jié)6字節(jié)6字節(jié)2字節(jié)多達1500字節(jié)4字節(jié)碎片隔離：檢查前64字節(jié)的數據，沒有增加顯著的延遲超長幀以太網交換機根底知識

5.交換機的交換方式-3交換機硬件電路架構

1.模塊圖(Gigabitswitch)Port1RJ45Transformer1PHY1MAC1MAC2MACnTransformernPHYnTransformer2PHY2Port1RJ45PortnRJ45SwitchControllerMDI/MDIXMDI/MDIXMDI/MDIXGMII

GMII

GMII

IC1IC21.RJ45Pin序及定義Pin10/100BASE-TX1000BASE-TX1TX+BI_DA+2TX-BI_DA-3RX+BI-DB+4n/cBI-DC+5n/cBI-DC-6RX-BI-DB-7n/cBI-DD+8n/cDI-DD-交換機硬件電路架構

2.RJ45接口2.

MDI/MDIX接口MDI：Media

Dependent

Interface〔介質有關接口〕MDIX：(Media

Dependent

Interface–x

mode)交叉模式介質相關接口

MDI/DMIX是IEEE為以太網絡RJ-45接口所制定的標準。X代表交錯配置

(crossover)，MDI的針腳定義為：1.Tx+、2.Tx-、3.Rx+、6.Rx-，MDIX的針腳定義為：1.Rx+、2.Rx-、3.Tx+、6.Tx-。3.MII/RMII/GMII接口MII：MediaIndependentInterface〔介質無關接口〕它是IEEE-802.3定義的以太網行業(yè)標準。MII標準接口用于連快FastEthernetMAC-block與PHY?！敖橘|無關〞說明在不對MAC硬件重新設計或替換的情況下，任何類型的PHY設備都可以正常工作,接口包括分別用于發(fā)送器和接收器的兩條獨立信道。每條信道都有自己的數據、時鐘和控制信號。交換機硬件電路架構

3.MII/GMII/RMII接口-1RMII：ReducedMediaIndependantInterface

MII支持10兆和100兆的操作，一個接口由14根線組成，它的支持還是比較靈活的，但是有一個缺點是因為它一個端口用的信號線太多，如果一個8端口的交換機要用到112根線，16端口就要用到224根線，到32端口的話就要用到448根線，一般按照這個接口做交換機，是不太現實的，所以現代的交換機的制作都會用到其它的一些從MII簡化出來的標準，比方RMII、SMII、GMII等。

RMII是簡化的MII接口，在數據的收發(fā)上它比MII接口少了一倍的信號線，所以它一般要求是50兆的總線時鐘。RMII一般用在多端口的交換機，它不是每個端口安排收、發(fā)兩個時鐘，而是所有的數據端口公用一個時鐘用于所有端口的收發(fā)，這里就節(jié)省了不少的端口數目。RMII的一個端口要求7個數據線，比MII少了一倍，所以交換機能夠接入多一倍數據的端口。和MII一樣，RMII支持10兆和100兆的總線接口速度。

交換機硬件電路架構

3.MII/GMII/RMII接口-2GMII：GigabitMII〔1000M介質無關接口〕GMII采用8位接口數據，工作時鐘125MHz，因此傳輸速率可達1000Mbps。同時兼容MII所規(guī)定的10/100Mbps工作方式。

GMII接口數據結構符合IEEE以太網標準。該接口定義見IEEE802.3-2000。

發(fā)送器：

GTXCLK——吉比特TX..信號的時鐘信號〔125MHz〕

TXCLK——10/100M信號時鐘

TXD[7..0]——被發(fā)送數據

TXEN——發(fā)送器使能信號

TXER——發(fā)送器錯誤〔用于破壞一個數據包〕

注：在千兆速率下，向PHY提供GTXCLK信號，TXD、TXEN、TXER信號與此時鐘信號同步。否那么，在10/100M速率下，PHY提供TXCLK時鐘信號，其它信號與此信號同步。其工作頻率為25MHz〔100M網絡〕或2.5MHz〔10M網絡〕。

交換機硬件電路架構

3.MII/GMII/RMII接口-3接收器：

RXCLK——接收時鐘信號〔從收到的數據中提取，因此與GTXCLK無關聯〕

RXD[7..0]——接收數據

RXDV——接收數據有效指示

RXER——接收數據出錯指示

COL——沖突檢測〔僅用于半雙工狀態(tài)〕

管理配置

MDC——配置接口時鐘

MDIO——配置接口I/O

管理配置接口控制PHY的特性。該接口有32個存放器地址，每個地址16位。其中前16個已經在“IEEE802.3,2000-22.2.4ManagementFunctions〞中規(guī)定了用途，其余的那么由各器件自己指定。交換機硬件電路架構

3.MII/GMII/RMII接口-41.自協商〔Autonegotiation)交換機硬件電路架構

4.物理層特性--1.自協商-1自協商功能允許一個網絡設備將自己所支持的工作模式信息傳達給網絡上的對端，并接受對方可能傳遞過來的相應信息。自協商功能完全由物理層芯片設計實現，因此并不使用專用數據報文或帶來任何高層協議開銷。在鏈路初始化時，自協商協議向對端設備發(fā)送16bit的報文并從對端設備接收類似的報文。自協商的內容主要包括速度、雙工、流控等等，一方面通知對端設備自身可工作的方式，另一方面，從對端發(fā)來的報文中獲得對端設備可以工作的方式。如果對端設備不支持自協商，缺省的假設是：鏈路工作于半雙工模式。交換機硬件電路架構

4.物理層特性--1.自協商-22.智能MDI/MDIX自動識別(AutoMDI/MDIX)交換機硬件電路架構

4.物理層特性--2.AutoMDI/MDIX3.流量控制(flowcontrol

)網絡擁塞一般是由于速率不匹配〔如100M向10M端口發(fā)送數據〕和突發(fā)的集中傳輸而產生的，它可能導致這幾種情況：延時增加、丟包、重傳增加，網絡資源不能有效利用。IEEE802.3x規(guī)定了一種64字節(jié)的“PAUSE〞MAC控制幀的格式。當端口發(fā)生阻塞時，交換機向信息源發(fā)送“PAUSE〞幀，告訴信息源暫停一段時間再發(fā)送信息。在實際的網絡中，尤其是一般局域網，產生網絡擁塞的情況極少，所以有的廠家的交換機并不支持流量控制。高性能的交換機應支持半雙工方式下的反向壓力和全雙工的IEEE802.3x流控。有的交換機的流量控制將阻塞整個LAN的輸入，降低整個LAN的性能；高性能的交換機采用的策略是僅僅阻塞向交換機擁塞端口輸入幀的端口，保證其他端口用戶的正常工作。交換機硬件電路架構

4.物理層特性--3.流量控制Winwingigabit交換機

1.概述1.Outline10M/100M/1000MInternalPowerMetalCase8portSwithingHub2.Features?SupportAuto-Negotiation(10/100/1000,Full/Half-Duplex)?SupportAuto-MDIX?SupportFlowControl(Full-Duplex:IEEE802.3x,Half-Duplex:Backpresure)?CanbeFowardingandFilteringatfullwirespeed?SupportJumboFrame?SupportLEDsperportforstatus?LOOPDetection?PowerSavingmode(Linkdownmode/Cablelengthmode)Loopdetect:

我們知道，交換機是采用單線級聯樹狀拓撲結構，不允許發(fā)生：

1.上級交換機有一個以上的端口同時聯到下一級或更下一級的交換機 2.同一交換機兩個或多個端口互聯

這樣會造成網絡故障，具有Loopdetect交換機，幫助布線人員及時發(fā)現物理連接上的錯誤。

工作原理：

具有Loopdetect功能的交換機，會周期性的發(fā)送Loopdetect數據包，通過比對收到的Loopdetect數據包的MAC與隨機數，如果發(fā)現是它自己發(fā)出來的，這就是說發(fā)生了網絡發(fā)Loop的情況，它將提示發(fā)生Loop的端口，方便用戶排除問題。下面是發(fā)生Loopdetect的機種情形：Winwingigabit交換機

2.Loopdetect-11.同一交換機兩個或多個端口互聯Winwingigabit交換機

2.Loopdetect-2Winwingigabit交換機

2.Loopdetect-32.上級交換機有一個以上的端口同時聯到下一級Winwingigabit交換機

2.Loopdetect-4Winwingigabit交換機

2.Loopdetect-5Winwingigabit交換機

2.Loopdetect-6Winwingigabit交換機

2.Loopdetect-73.上級交換機有一個以上的端口同時聯到下一級或更下一級的交換機Winwingigabit交換機

2.Loopdetect-8Winwingigabit交換機

3.方框圖Winwingigabit交換機

4.電路圖Winwingigabit交換機

5.Layoutguide-1一、一般的guideline:1.去耦電容盡可能接近的RTL8370引腳。2.網絡變壓器盡可能的靠近RTL8370。3.RJ45插座盡可能的靠近網路變壓器。4.所有的線路不能走90度直角。5.組件面和焊接面沒有放零件的區(qū)域要鋪銅并通過via連接到GND。二、clock電路1.晶振〔crystal〕盡可能的靠近RTL8370。2.Clock走線必須用GND包圍。3.為了消除干擾，SCK走線必須遠離其它線路，。4.保證晶振〔crystal〕或OSC電路與其它線路有一定的clearancearea。5.不要讓clock線通過內層Groundplane有GAP部份〔也就是說Clock走線時，對應到內層的Groundplane必須是連續(xù)的，完整的)。Winwingigabit交換機

5.Layoutguide-2三、Powerplane:需依據電路電源劃分Powerplane，例如：AVDDL,DVDDL，AVDDH，DVDDIO。四、Groundplane:1.確保systemGround的連續(xù)和完整，從網絡變壓器的初級一直到延伸到板子其它區(qū)域。2.systemGround與ChassisGround必需有一個間隙。五.E-PAD〔散熱焊盤〕layout注意：為了減小芯片的溫度，在RTL8370Footprint需要用多個via(drillsize=20~24mil),并且在組件面和焊接面鋪上大面積的銅，然后通過via與groundplane。六、MII/TMII/RGMII/GMII信號線Layoutguide1.為減小交差干擾，需確保內部走線間的距離3倍于走線的寬度〔例如，如果線寬是6mil,那么內部走線間距應是18mil或更多〕。2.當走線超過5inches,保護走線應該放在信號線之間。這個保護走線應通過許多的via連接到地。3.輸出端的電阻需要靠近輪出引腳。4.RGMII線路的阻抗應為50ohm,RGMII的每一組TX與RX的寬度必須在25mil以內。5.RGMII走線時要防止使用Via或換層。七、EthernetMDI差動信號1.確保差動信號線對的的阻抗在100ohm+-10%。2.針對4層板PCBLayout,差動線對的所有microstrip走線的線寬應為5mil,線對的線間距應為7mil。〔如Figure1所示〕3.針對2層板PCBLayout,差動線對的所有microstrip走線的線寬應為7mil,線對的線間距應為5mil。〔如Figure2所示〕4.確保差動線對盡可能的靠近并且走線也要盡可能一樣。5.走線時要防止使用Via或換層。6.在兩個端口的差動線對之間保持30mil最小間隙。Winwingigabit交換機

5.Layoutguide-3八、ESD保護1.在網終變壓器的次級，兩個差動線對或信號線之間保持80mil的最小間隙去改善ESD保護。2.在信號線與結構GND之間保持80mil的最小間隙去改善ESD保護。3.在系統(tǒng)GND與機構GND間保持80mil的最小間隙去改善ESD保護。Winwingigabit交換機

5.Layoutguide-3交換機測試參考標準

1.RFC2544由于IETF(互