以太网及其交换技术.ppt

Page1,2020/5/23,1以太网产生与IEEE802.3以太网（Ethernet）是由美国Xerox公司和Stanford大学联合开发并于1975年提出的，目的是为了把办公室工作站与昂贵的计算机资源连接起来，以便能从工作站上分享计算机资源和其他硬件设备。70年代中期由XeroxPaloAltoResearchCenter(BobMetcalfe)提出，数据率为2.94M，称为Ethernet（以太网）。经DEC,IntelandXerox公司改进为10M标准(DIX标准)。,第四章以太网及其交换技术一、传统以太网,Page2,2020/5/23,1983年IEEE802委员会公布的802.3局域网络协议（CSMA/CD），基本上和Ethernet技术规范一致，于是，Ethernet技术规范成为世界上第一个局域网的工业标准。1985年定名为IEEE802.3，数据率从1M到10M(现已发展到1000M)，支持多种传输媒体。Ethernet是指基带总线LAN。Ethernet和IEEE802.3的帧格式不同。,Page3,2020/5/23,2、Ethernet的主要技术规范,拓扑结构：总线型。介质访问控制方式：CSMA/CD。传输速率：10Mbps。传输介质：同轴电缆（50）或双绞线。最大工作站数：1024个。最大传输距离：2.5km（采用中继器）。报文长度：641518Byte（不计报文前的同步序列）。,Page4,2020/5/23,3、IEEE802.3规范,传统以太网IEEE802.3同轴电缆EthernetIEEE802.3a细缆EthernetIEEE802.3i双绞线IEEE802.3j光纤快速以太网FEIEEE802.3u双绞线，光纤千兆以太网GEIEEE802.3z屏蔽短双绞线、光纤IEEE802.3ab双绞线,Page5,2020/5/23,4、IEEE802.3布线介质标准,10Base5粗同轴10Base2细同轴10BaseT双绞线10BaseF光纤MMF100BaseT双绞线100BaseF光纤MMF/SMF1000BaseX屏蔽短双绞线/MMF/SMF1000BaseT双绞线,Page6,2020/5/23,粗同轴电缆，可靠性好，抗干扰能力强收发器:发送/接收,冲突检测,电气隔离AUI:连接件单元接口总线型拓扑用于网络骨干连接,1)、10Base5,Page7,2020/5/23,1)、10Base5,最大段长度500米每段最多站点数100,两站点间最小距离2.5米,网络最大跨度2.5公里,连接处通常采用插入式分接头（vampiretap），将其触针小心地插入到同轴电缆的内芯。,vampiretap,Page8,2020/5/23,细同轴电缆，可靠性稍差BNCT型接头连接总线型拓扑用于办公室LAN,2)、10Base2,Page9,2020/5/23,2)、10Base2,细缆,BNC接头,NIC,每段最大长度185m每段最多站点数30,两站点间最短距离0.5m,网络最大跨度925m,网络最多5个段,接头处采用工业标准的BNC连接器组成T型插座，,Page10,2020/5/23,10BASE-2以太网连接,Page11,2020/5/23,3)、10BaseT,双绞线介质（UTP）以Hub（集线器）为中心节点。Hub多端口转发器。拓扑结构为星形，逻辑上仍然是总线形。转发器/中继器的作用：将信号放大并整形后再转发，消除信号传输的失真和衰减。转发器/中继器/HUB物理层设备(工作在物理层)。用于小型LAN。,NIC,HUB,段最大长度100m,Page12,2020/5/23,10BASE-T以太网连接,返回本节,Page13,2020/5/23,4)、10BaseF,使用光纤进行长距离连接，例如建筑物间连接。星形拓扑结构最常见的布线标准：10BaseFL-异步点到点链路，链路最长2km,6、10Broad36,使用75电缆连接，拓扑结构为树形用于宽带LAN,Page14,2020/5/23,5、IEEE802.3的体系结构与功能实现,物理层,电缆,连接器,收发器,AUI电缆,网卡,站接口,数据封装/解封（MAC帧）,链路管理（CSMA/CD协议）,曼彻斯特编码/译码,发送/接收,MAC,LLC,Page15,2020/5/23,6、传统局域网的缺点,传统的局域网技术是建立在“共享介质”的基础上，典型的介质访问控制方法是CSMS/CD、TokenRing、TokenBus；介质访问控制方法用来保证每个结点都能够“公平”地使用公共传输介质；例如，Ethernet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；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，网络效率将会急剧下降，网络传输延迟将会增长，网络服务质量将会下降。,Page16,2020/5/23,高速局域网的解决方法,第一种方案是：提高Ethernet的数据传输速率：10Mbps100Mbps1Gbps；第二种方案是：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；第三种方案是：将“共享介质方式”改为“交换方式”，这就导致了“交换式局域网”技术的发展；高速=高性能？,Page17,2020/5/23,二、高速局域网,1、100Mbps快速以太网简述,又称快速以太网(FastEthernet，FE)，包括100Base-TX和100Base-FX。与10Mbps网络的比较：拓扑结构和媒体布线方法几乎完全一样；传输率快10倍；帧结构和介质访问控制方式沿用IEEE802.3。,3种不同的物理层标准：,MAC子层,100BaseFX,100BaseTX,2对5类UTP,光纤,4对3类UTP,100BaseT4,Page18,2020/5/23,快速以太网组成实例,网卡(外置或内置收发器)、收发器(外置)与收发器电缆集线器（双绞线或光纤接口）双绞线及光缆,外置光纤收发器,光纤,100BaseFX集线器,100BaseTX集线器,100BaseTX集线器,光纤,插有光纤接口网卡,UTP5,UTP5,UTP5,UTP5,光纤,UTP5,Page19,2020/5/23,100BASE-TX组网方法,两级交换机快速以太网组网图,Page20,2020/5/23,100BASE-T与10BASE-TMbps的比较,Page21,2020/5/23,2.交换式以太网,以网络交换机为主干的以太网拓扑仍为星形结构（总线/HUBLAN_SWITCH）为何要使用网络交换机？以太网共享介质网络共享介质网络中站点数的增加将导致LAN的性能降低，相当于多个子信道分享通信线路。解决：网络分段(减少站点数)网络交换总线网络或基于集线器的网络：网络总带宽=10Mbps，n个站点共享，每站点平均带宽10/nMbps；基于网络交换机的网络：允许多个信道同时传输信息，不受CSMA/CD的限制，网络总带宽=（n/2n）*10Mbps，每个连接的带宽为10Mbps；,Page22,2020/5/23,使用交换机后，可建立多个并发的通信。例如：8个端口可建立4个并发通信，总带宽=(8/2)*10Mbps=40Mbps在访问服务器的流量非常大的网络中，可在交换机上设置1-2个高速端口(100Mbps/1Gbps)，把服务器与该高速端口相连，便可大大提高服务器访问的速度。这种连接服务器的方法又称为Big-Pipe。,10Mbps网络交换机,Page23,2020/5/23,交换机的两种用法(以10Mbps网络交换机为例)：(1)端口下接站点：站点独占10Mbps带宽(2)端口下接网段：网段中所有站点共享10Mbps带宽,共享10M,独享10M,共享10M,独享10M,网络交换机Switch,HUB,HUB,Page24,2020/5/23,交换式局域网示例,并发连接；S=N*10Mbps,Page25,2020/5/23,3、千兆以太网(GigabitEthernet，GE),1)千兆以太网的简介两种标准：802.3z和802.3ab802.3z1000BaseX屏蔽短双绞线/MMF/SMF802.3ab1000BaseT无屏蔽双绞线(5类，6类)连接距离较短：1000BaseX:双绞线-25米；MMF-550米；SMF-3km1000BaseT:5类双绞线100米拓扑结构和媒体布线方法同10/100BaseT相同；传输速率比100BaseT快10倍；帧结构和介质访问控制方式仍沿用IEEE802.3。允许网络平滑升级到千兆主干，具有较好的兼容性。,Page26,2020/5/23,2)以太网向千兆位以太网的升级方法,（1）交换机到交换机链路的升级（2）交换机到服务器链路的升级（3）快速以太网骨干网的升级（4）共享式FDDI骨干网的升级（5）高性能工作站的升级,Page27,2020/5/23,3）、IEEE802.3Z千兆以太网的结构模型,Page28,2020/5/23,4）、千兆位以太网的应用,千兆位以太网与多个交换机的连接原理,