宽带接入技术第4章.ppt

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第4章以太网接入技术,一、以太网的起源和发展历史,任务一认知以太网,4.1以太网概述,二、以太网的分类1共享式以太网共享式以太网的常用介质有：

（1）10Base5：

粗同轴电缆（5代表电缆的长度字段长度是500m）；

（2）10Base2：

细同轴电缆（2代表电缆的长度字段长度是200m）。

共享式以太网中，所有的主机都平等地连接到同轴电缆上，所有主机发出的信号都会被其他主机接收，如果主机数目较多，则存在冲突与广播泛滥的严重问题，而且共享式以太网还会存在介质可靠性差与无任何安全性的突出问题。

任务一认知以太网,4.1以太网概述,二、以太网的分类2标准以太网标准以太网的速率是10Mbit/s，通常定位在网络的接入层，最大传输距离为100m，标准以太网通常用于接入层最终用户和接入层交换机之间的连接，一般不适用于汇聚层和核心层。

像新一代的多媒体、影像和数据库等对带宽需求较大的业务也适合用标准以太网。

IEEE802.3常用的线缆有：

（1）10BASE-5，粗同轴电缆，最大传输距离500m；

（2）10BASE-2，细同轴电缆，最大传输距离200m；（3）10BASE-T，双绞线，最大传输距离100m；（4）10BASE-F，光纤，最大传输距离2000m。

任务一认知以太网,4.1以太网概述,二、以太网的分类3快速以太网概念：

快速以太网的标准为IEEE802.3u，其速率能达到100Mbit/s，为用户提供更高的网络带宽。

从标准以太网升级到快速以太网不需要对网络做太大的改动，通常只需将原有的集线器或者以太网交换机升级成快速以太网交换机，用户更换一块100Mbit/s的网卡即可，而网线等传输介质无需更换。

而网络的速度从10Mbit/s增加到100Mbit/s。

任务一认知以太网,4.1以太网概述,二、以太网的分类3快速以太网应用：

快速以太网的应用非常广泛，可以直接用于接入层设备和汇聚层设备之间的连接链路，也可以为高性能的PC机和工作站提供100Mbit/s的接入。

快速以太网的应用中，在接入层和汇聚层之间的链路上通常采用端口汇聚（Portaggregation）技术以提供更高的带宽。

快速以太网可以使用现有的UTP或者光缆介质。

和标准以太网相比，它的数据传输速率由10Mbit/s提升到100Mbit/s。

快速以太网通过端口自适应技术支持标准以太网10Mbit/s的工作方式。

任务一认知以太网,4.1以太网概述,二、以太网的分类3快速以太网快速以太网的采用传输介质有：

（1）100BaseTX，EIA/TIA5类（UTP）非屏蔽双绞线2对，最大传输距离100m；

（2）100BaseT4，EIA/TIA3、4、5类（UTP）非屏蔽双绞线4对，最大传输距离100m；（3）100BaseFX，多模光纤（MMF）线缆，最大传输距离550m2km；（4）单模光纤，（SMF）线缆，最大传输距离2km15km。

任务一认知以太网,4.1以太网概述,二、以太网的分类4吉比特以太网概念：

吉比特以太网是在基于以太网协议的基础之上，对IEEE802.3以太网标准进行扩展，将快速以太网的传输速率100Mbit/s提高了10倍，达到了1Gbit/s。

吉比特以太网的标准为IEEE802.3z（光纤与铜缆）和IEEE802.3ab（双绞线）。

任务一认知以太网,4.1以太网概述,二、以太网的分类4吉比特以太网应用：

吉比特以太网可用于交换机之间的连接，现在很多汇聚层、接入层的以太网交换机均提供吉比特接口，彼此之间互联可以组成更大的网络。

除此之外，以太网交换机还可以通过吉比特接口实现堆叠功能，通常指一个厂家的交换机通过软硬件的支持，将若干台交换机连接起来作为一个对象加以控制的方式，看起来就像一台交换机的应用模式一样。

某些高性能的UNIX或者视频点播服务器很容易具有上百兆的带宽需求，在这种情况下，采用吉比特以太网进行连接是非常好的选择。

对于高性能服务器比较集中的场合，通常也会需要使用吉比特以太网交换机进行网络互连。

吉比特以太网的数据传输速率是快速以太网的10倍，达到1000Mbit/s，吉比特以太网使用的协议仍遵从许多原始的以太网规范，所以，客户可以应用现有的知识和技术进行安装、管理和维护吉比特以太网。

吉比特以太网一般用于汇聚层，提供接入层和汇聚层设备间的高速连接，也可以在核心层提供汇聚层和高速服务器的高速连接以及核心设备间的高速互联。

任务一认知以太网,4.1以太网概述,二、以太网的分类4吉比特以太网三种传输介质。

（1）光纤（单模和多模），50m多模光纤、62.5m多模光纤和9/10m单模光纤，支持的波长有短波（850nm，称为1000BASE-SX）、长波（1300nm，称为1000BASE-LX）。

（2）使用4对线的5类UTP（1000BASE-T）。

（3）特殊的两对线STP电缆（也称为短铜跳线ShortCopperJumper）。

任务一认知以太网,4.1以太网概述,任务一认知以太网,4.1以太网概述,二、以太网的分类5十吉比特以太网（10G以太网）10Gbit/s以太网标准由IEEE802.3工作组于2000年正式制定，10G以太网仍使用与10Mbit/s和100Mbit/s以太网相同的形式，同样使用IEEE802.3标准的帧格式和流量控制方式。

10G以太网达到很高的传输速率，由于10G以太网技术的复杂性及原来传输介质的兼容性问题。

任务一认知以太网,4.1以太网概述,二、以太网的分类5十吉比特以太网10G以太网最主要的特点有：

（1）保留802.3以太网的帧格式；

（2）保留802.3以太网的最大帧长和最小帧长；（3）只使用全双工工作方式，完全改变了传统以太网的半双工的广播工作方式；（4）只使用光纤作为传输媒体而不使用铜线；（5）使用点对点链路，支持星形结构的局域网；（6）10G以太网数据率非常高，不直接和端用户相连；（7）创造了新的光物理媒体相关（PMD）子层。

任务一认知以太网,4.1以太网概述,一、CSMA/CD概念：

计算机网络的目标是计算机之间共享物理网络，初期的以太网是共享式以太网，同一时刻只能有一台计算机访问线路，所以必须采用一种半双工的方式来访问该物理线路，而且还必须有一种冲突检测和避免的机制，来避免多个设备在同一时刻抢占线路的情况，这就是所谓的CSMA/CD（带碰撞检测的载波监听多路访问）机制。

任务一认知以太网,4.2以太网技术,一、CSMA/CDCSMA/CD的工作过程：

计算机不断检测共享物理网络的状态，一旦检测到线路空闲就发送数据，如果不空闲则一直等待，但如果同时有另外一个设备也发送数据，则两个设备发送的数据必然会产生碰撞和冲突，这种冲突会被计算机检测到，马上停止发送自己的数据，然后再发送一连串干扰脉冲，然后等待一段时间之后再进行发送。

任务一认知以太网,4.2以太网技术,一、CSMA/CDCSMA/CD的应用发展：

早期的以太网运行在同轴电缆上面，必然采用共享式CSMA/CD访问机制，后来出现了基于双绞线的10BAST-T以太网，10BAST-T中终端设备通过双绞线连接到HUB上，利用HUB内部的一条共享总线进行互相通信。

物理上这种结构是星形的，但实际上逻辑结构还是总线形的，还是沿用了CSMA/CD的访问机制。

任务一认知以太网,4.2以太网技术,一、CSMA/CDCSMA/CD的应用发展：

快速以太网的速率为100Mbit/s，在数据链路层上跟10Mbit/s以太网没有区别，不过在物理层上提高了传输的速率，而且引入了更多的物理层介质，比如光纤、同轴电缆等。

运行在两对双绞线上的100Mbit/s以太网称为100BAST-TX，运行在光纤上的100Mbit/s以太网则为100BASE-FX，还有运行在四对双绞线上的100BAST-T4等。

所有这些物理介质都是沿用了CSMA/CD的访问方式，工作在半双工模式下。

任务一认知以太网,4.2以太网技术,二、全双工以太网和以太网交换机CSMA/CD采用半双工模式进行，例如传统的HUB设备是不支持全双工的，因为HUB的内部是一条共享总线，数据接收和发送都是在该总线上进行，没有办法进行全双工通信。

最好的方式是采用全双工模式，全双工就是数据的发送和接收可以同时进行，互不干扰。

任务一认知以太网,4.2以太网技术,交换机应该是一个多端口设备，每个端口可以连接终端设备或其他多端口设备，交换机内部的网络不是共享总线，一般采用一个数字交叉网络，该网络能同时支持多个终端、端口之间并行独立的数据传输，交换机为每个端口设置了缓冲区，可以暂时缓存终端发送过来的数据，等资源空闲之后再进行交换。

交换机的出现使以太网技术由传统的共享式结构转换为交换式结构，例如和传统的HUB比较，100Mbit/s交换机的每个端口可以独享200Mbit/s的带宽，大大提高了效率。

除此之外，VLAN（虚拟局域网）、优先级、冗余链路等技术都可以在交换机上实现。

任务一认知以太网,4.2以太网技术,三、以太网的应用

（1）计算机局域网：

这是以太网技术的主要应用，也是最成熟的应用。

许多计算机通过以太网连接起来，互相访问共享的文件和资源。

随着应用的发展，逐渐发展成客户机/服务器结构，网络上的大部分流量都在客户机跟服务器之间进行。

通常是把服务器连接到以太网交换机的一个高速端口（100Mbit/s）上，把其他客户机连接到以太网交换机的低速端口上，客户机通过以太网访问高速的服务器设备。

任务一认知以太网,4.2以太网技术,三、以太网的应用

（2）高速网络设备之间互连：

随着Internet的不断发展，一些传统的网络设备如路由器、网关、交换机之间的带宽已经不能满足要求，需要更高效的互连技术来连接这些网络设备，吉比特或10Gbit/s以太网成了首选的技术。

任务一认知以太网,4.2以太网技术,三、以太网的应用（3）用户接入手段：

用户通过以太网技术接入城域网，实现上网，文件下载，视频点播等业务，已经变得越来越流行。

之所以用以太网作为城域网的接入手段，是因为现在的计算机都支持以太网卡，这样对用户来说，不用更改任何软件和硬件配置就可以正常上网。

任务一认知以太网,4.2以太网技术,四、以太网的物理层概念：

物理层规定了两个设备之间的物理接口、电气特性、规程特性、机械特性等内容。

任务一认知以太网,4.2以太网技术,四、以太网的物理层1物理层标准从以太网诞生到目前为止，成熟应用的以太网物理层标准主要有以下几种：

10BASE2、10BASE5、10BASE-T、100BASE-TX、100BASE-T2、100BASE-T4、100BASE-FX、1000BASE-SX、1000BASE-LX、1000BASE-CX、1000BASE-TX。

任务一认知以太网,4.2以太网技术,四、以太网的物理层TX、T2、T4、FX、SX、LX、CX含义：

（1）100BASE-TX：

运行在两对五类双绞线上的快速以太网。

（2）100BASE-T4：

运行在四对三类双绞线上的快速以太网。

（3）100BASE-T2：

运行在2对三类双绞线上的快速以太网。

（4）100BASE-FX：

运行在光纤上的快速以太网，光纤类型可以是单模也可以是多模。

（5）1000BASE-SX：

运行在多模光纤上的1000Mbit/s以太网，S是指发出的光信号是长波长的形式。

（6）1000BASE-LX：

运行在单模光纤上的1000Mbit/s以太网，L是指发出的光信号是短波长的形式。

（7）1000BASE-CX：

运行在同轴电缆上的1000Mbit/s以太网。

任务一认知以太网,4.2以太网技术,四、以太网的物理层2RJ45接口传输介质及接口100BASE-TX是运行在两对五类双绞线上的快速以太网物理层技术，它除了规定运行的介质是五类或更高类双绞线外，还规定了设备之间的接口以及电平信号等。

该标准规定设备和链路之间的接口采用RJ-45水晶头，电平采用+5V和-5V交替的形式。

任务一认知以太网,4.2以太网技术