第1章 园区网设备接口互联.docx

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第1章园区网设备接口互联

第1章园区网设备接口互联

1.1园区网传输介质简介

传输介质按照有线和无线可以分为如下：

●有线传输介质：

双绞线、同轴电缆、光缆

●无线传输方式：

无线电波、微波、红外线、激光、蓝牙

衡量传输介质性能的主要技术指标有：

传输距离、传输带宽、衰减、抗干扰能力等。

无线传输方式主要用在有线无法延伸到或者架设有线耗资比较大的区域，而在园区网中主要就是使用有线传输介质，因此我们也这次的课程着重就是讲解有线传输这块，有线传输的主要的IEEE标准如图1－1所示：

图1－1

1.1.1同轴电缆

同轴电缆是早期网络用的最多的传输介质，用于组建总线型网络，总线型网络最大的缺点就是：

只要一点断开，整个网络就全部断开，后续的千兆以及万兆用到是同轴铜缆，但是在实际环境中还是极少使用，主要就是应用在高速存储设备之间的低成本的高速互联。

同轴电缆的传输标准以及特性如下描述：

●10Base5：

粗同轴电缆，采用插入式分接头；采用基带信号；最大支持段长为500米，最多段数为100。

其匹配电阻为75欧

●10Base2：

细同轴电缆，接头采用工业标准的BNC连接器组成T型插座；使用范围只有200米，每一段内仅能使用30台计算机，段数最高为30

●1000Base-CX：

用于屏蔽铜缆，传输距离为25米。

它主要应用在高速存储设备之间的低成本高速互连，不过目前采用这一技术的产品比较少见

●10GBase-CX4：

万兆铜缆传输标准，最大传输距离15米，锐捷网络是国内第一家支持该标准的网络厂商

1.1.2双绞线

双绞线分为UTP和STP，也就是UnshieldedTwisted-Pair非屏蔽双绞线和shieldedTwisted-Pair屏蔽双绞线，内部总共有八芯四对，分别为：

橙白、橙、绿白、兰、兰白、绿、棕白、棕，双绞线基本都是采用RG-45的连接器，由568B和568A两种线序标准，具体的传输标准如下：

●10Base-T：

双绞线电缆，一般都使用RJ-45连接器；最大有效传输距离是距集线器100m，即使是高质量的5类双绞线也只能达到150m

●100Base-TX：

使用5类以上双绞线，最大传输距离为100米

●1000Base-T：

定义在传统的五类双绞线上，传输距离为100米，应用于高速服务器和工作站的网络接入，也可作为建筑物内的千兆骨干连接

1.1.3光缆

这个是本讲的重点内容，光纤是平时我们做项目实施设备互联时采用的最多的传输介质，也是最容易搞混淆的，尤其是光纤接口类型、工作模式、传输距离等等，接下来将给大家做详细的讲解

光缆的类型，可以分为单模和多模

●单模：

当光纤的几何尺寸可以于光波长相比拟时，即纤芯的几何尺寸与光信号波长相差不大时，一般为5~10um，光纤只允许一种模式在其中传播，单模光纤具有极宽的带宽，特别适用于大容量、长距离的光纤通信

●多模：

多模光纤纤芯的几何尺寸远大于光波波长，一般为50um、62.5um；光信号是以多个模式方式进行传播的；多模光纤仅用于较小容量、短距离的光纤传输通信

在这里强调一点：

单模光可在多模光纤中传输，但多模光不能在单模光纤中传输

●光纤尾纤以及光模块的接口类型常用的主要有：

SC、LC、ST、FC、MT-RJ

●光纤的传输标准主要为：

百兆、千兆以及万兆的传输标准

大家都知道光纤传输有长波和短波之分，那主要的差别在哪里呢？

●长波：

长波的光信号波长在1310~1550nm之间，因具有衰减低，带宽宽等优点，适用于长距离、大容量的光纤传输。

●短波：

短波的光信号波长在600nm~900nm之间。

适用与短距离，小容量的光纤传输。

1.1.3.1百兆光纤传输标准

百兆传输标准为IEEE802.3u，百兆光纤中的S代表SINGLE，传输标准如图1－2所示

光纤协议

光纤标准

光纤尺寸

传输波长

传输距离

100Base-FX

多模

62.5/125µm

1310nm

2公里

100Base-FX-S

单模

9/125µm

1310nm

30公里

图1－2

1.1.3.2千兆光纤传输标准

光纤协议

光纤标准

光纤尺寸

传输波长

传输距离

1000Base-SX

多模

62.5/125µm

850nm

220米

50/125µm

500米

1000Base-LX

多模

62.5/125µm

1310nm

550米

50/125µm

单模

9/125µm

1310nm

10公里

1000Base-LH

单模

9/125µm

1310nm

70公里以上

1000Base-ZX

单模

9/125µm

1550nm

70～100公里

图1－3

IEEE802.3z分别定义了三种千兆传输标准:

1000Base-LX、1000Base-SX、1000Base-CX。

千兆光纤中的S代表SHORT，短波，只可接多模光纤，千兆光纤中的L代表LONG，长波，可接单、多模光纤。

传输标准如图1－3所示

●1000Base-SX

支持多模光纤，传输距离依据不同的光纤标准可从220米到550米，它主要应用在建筑物内的网络骨干连接。

●1000Base-LX

支持单模光纤，传输距离可达5公里以上；

支持多模光纤，传输距离可达550米（50u的多模），它主要应用在园区网络的骨干连接。

●1000Base-LH

用于单模光纤加长距离传输，一般可达70公里以上，主要应用在城域网上。

需要注意的是，1000BASE-LH是一种非标准协议，不同厂家互连必须经过兼容性测试。

●1000Base-ZX

工作在普通单模光纤链路上，最大传输距离达70公里以上,必须与单模光纤一起使用，这种光纤通常用于长距离电信应用中。

不能与多模光纤配合使用，因此，在那些经常使用多模光纤的应用环境（如楼宇的主干、水平布线）中，不能使用1000BASE-ZX。

作为千兆位以太网接口中的物理介质独立（PMD光转换器）部件使用，这在很多交换机和路由器中都能看到。

其信令速率为1250M波特率，收发8B/10B的编码数据。

注意：

当使用短距离的单模光纤时，在链路中应该插入一个线上光衰减器以免光接收机过载。

1.1.3.3万兆光纤传输标准

IEEE802.3ae是10GE的标准，802.3ae目前支持9um单模、50um多模和62.5um多模三种光纤增加新的编码方式64B/66B（传统千兆以太网使用8B/10B、百兆为4B/5B），万兆传输标准如图1－4所示

光纤协议

光纤标准

光纤尺寸

传输波长

传输距离

10GBase-LX4

多模

50/125µm

1310nm

300米

单模

9/125µm

10公里

10GBase-SR

多模

62.5/125µm

850nm

33米

50/125µm

65米，新型2000MHz/km多模光纤上最长距离300米

10GBase-LR

单模

9/125µm

1310nm

10公里

10GBase-ER

单模

9/125µm

1550nm

40公里

10GBase-SW

多模

62.5/125µm

850nm

33米

50/125µm

850nm

65米，新型2000MHz/km多模光纤上最长距离300米

10GBase-LW

单模

9/125µm

1310nm

10公里

10GBase-EW

单模

9/125µm

1550nm

40公里

图1－4

1.2园区网设备接口类型简介

1.2.1园区网设备接口的主要类型

●电接口类型

RJ-45接口：

锐捷网络全系列设备的固化和模块化电口；Mini-GBIC-GT模块；GBIC-GT模块均为RG-45接口

同轴电缆：

10GBASE-CX4模块，万兆铜缆接口

●光接口类型

SC接口：

RG-S1800系列、RG-S1900系列、RG-S2000系列、RG-S2100系列、RG-S2800系列、RG-S3500系列、RG-S5610的光口模块；GBIC-SX模块；GBIC-LX模块；10GBASE-SR模块；10GBASE-LR模块；10GBASE-ER模块

LC接口：

Mini-GBIC-SX模块；Mini-GBIC-LX模块；Mini-GBIC-LH模块；Mini-GBIC-ZX50模块；Mini-GBIC-ZX80模块；Mini-GBIC-ZX100模块

锐捷网络RG-S3700系列、RG-S5700系列、RG-S6000系列、RG-S6800E系列、RG-S8600系列、RG-S9600系列的千兆光口均为LC接口、万兆光口均为SC接口

RG-S4000系列、RG-S4909光口既有SC也有LC的接口，具体接口由配置的光模块决定。

早期的RG-S4900光口既有SC也有MT-RJ接口，具体接口由配置的光模块决定

SFP接口均使用Mini-GBIC模块，光接口均为LC

具体的如图1－5所示

产品型号

光口型号

接口类型

SC

LC

MT-RJ

RG-S1800系列

100M

√

RG-S1900系列

100M/1000M

√

RG-S2000系列

100M/1000M

√

RG-S2100系列

100M/1000M

√

STAR-S2800系列

100M/1000M

√

RG-S3500系列

100M/1000M

√

RG-S3500-12SFP/GT

1000M

√

RG-S3700系列

1000M

√

RG-S4009

100M/1000M

√

√

STAR-S4900

100M/1000M

√

√

RG-S4909

100M/1000M

√

√

STAR-S5610

100M/1000M

√

√

RG-S5700系列

1000M

√

10G

√

RG-S6000系列

1000M

√

10G

√

RG-S6800E系列

1000M

√

10G

√

RG-S8600系列

1000M

√

10G

√

RG-S9600系列

1000M

√

10G

√

图1－5

1.2.2园区网常用模块介绍

●GBIC-GT、Mini-GBIC-GT

●GBIC-SX、GBIC-LX

●Mini-GBIC-SX、Mini-GBIC-LX

很重要的一点：

GBIC-GT、Mini-GBIC-GT的1000M电口，只能工作在1000M全双工模式下！

1.3园区网设备互联典型故障分析

●园区网设备互联常见的故障基本可以归纳为如下三种：

不同厂商设备之间的互联、新老设备之间的互联、不同型号设备之间的互联。

以上三种园区网设备互联产生的故障，基本上都是由于双方的工作模式不一致造成，通过更改双方的工作模式可以得到解决。

最常见的就是光纤互联，双方必须工作在一致的模式下，要么都是强制模式，要么都是自动模式，如果双方的工作模式不一致，那么必定造成端口无法LINKUP，也有极少数是由于双方的光纤模块的芯片问题造成链路无法连接的情况发生。

以太网拥有自协商能力，但是经常出现这样的问题：

当一端打开自协商，另一端关闭自协商的情况下，协商结果和我们期望的不同。

例如：

连接好的A、B两个端口。

当A端口打开自协商，B端口关闭自协商且配置为100M全双工时，在A口得到的协商结果是100M半双工。

而我们一般希望A口也协商成B端口的最大能力，即100M全双工。

为什么会这样呢？

要从自协商的工作机理说起。

●自协商

自协商是通过一种叫做快速连接脉冲（FastLinkPulse）的信号实现的，简称FLP，FLP如图1－6所示。

自协商的双方通过FLP来交换数据。

图1－6

在具备自协商能力的端口没有Link的情况下，端口一直发送FLP，在FLP中包含着自己的连接能力信息，包括支持的速率能力、双工能力、流控能力等。

这个连接能力是从自协商能力寄存器中得到的（Auto-NegotiationAdvertisementRegister，PHY标准寄存器地址4）。

FLP中的编码方式如图1－7所示。

依靠脉冲位置编码携带数据。

一个FLP突发包含33个脉冲位置。

17个奇数位置脉冲为时钟脉冲，时钟脉冲总是存在的；16个偶数位置脉冲用来表示数据：

此位置有脉冲表示1，此位置没有脉冲表示0。

这样1个FLP的突发就可以传输16bit的数据。

自协商交互数据就这样通过物理线路被传输。

图1－7

如果两端都支持自协商，则都会接收到对方的FLP，并且把FLP中的信息解码出来。

得到对方的连接能力。

并且把对端的自协商能力值记录在自协商对端能力寄存器中（Auto-NegotiationLinkPartnerAbilityRegister，PHY标准寄存器地址5）。

同时把状态寄存器（PHY标准寄存器地址1）的自协商完成bit（bit5）置成1。

在自协商未完成的情况下，这个bit一直为0。

然后各自根据自己和对方的最大连接能力，选择最好的连接方式Link。

比如，如果双方都即支持10M也支持100M，则速率按照100M连接；双方都即支持全双工也支持半双工，则按照全双工连接。

一旦连接建立后，FLP就停止发送。

直到链路中断，或者得到自协商Restart命令时，才会再次发送FLP。

●并行检测

为了保证在对端不能支持自协商的情况下也能连接，引入了被称为并行检测（ParallelDetection）的机制。

在一端打开自协商，另一端关闭自协商的情况下，连接的建立就依靠并行检测功能实现。

并行检测机制是这样的：

在具有自协商能力的设备端口上，如果接收不到FLP，则检测是否有10M链路的特征信号或100M链路的特征信号。

如果设备是10M设备，不支持自协商，则在链路上发送普通连接脉冲（NormalLinkPulse）简称NLP。

NLP仅仅表示设备在位，不包含其它的额外信息。

NLP脉冲如图1－8所示：

图1－8

如果是100M设备，不支持自协商，则在没有数据的情况下，在链路上一直发送4B/5B编码的Idle符号。

并行检测机制如果检测到NLP，则知道对方支持10M速率；如果检测到4B/5B编码的Idle符号，则知道对方支持100M速率。

但是对方是否支持全双工、是否支持流控帧这些信息是无法得到的。

因此在这种情况下，认为对方只支持半双工，不支持全双工，且不支持流控帧。

基于以上原理，在对端不打开自协商时，打开自协商的一方只能协商成半双工模式。

802.3协议规定，通过并行检测建立连接后，PHY的状态寄存器（PHY标准寄存器地址1）的自协商完成bit（bit5）依然要置位成1，尽管链路上并非使用了真正的自协商操作。

同时规定在自协商完成bit为1的情况下，本地自协商能力寄存器（PHY标准寄存器地址4）和对端自协商能力寄存器（PHY标准寄存器地址5）是有意义的。

所以，要把寄存器5中的数据更新。

如果建立的连接为10M，则寄存器5的10M能力bit（bit5）置1，其它bit置0，表示对端只能支持10M半双工；如果建立的连接为100M，则寄存器5的100M能力bit（bit7）置1，其它bit置0，表示对端只能支持100M半双工。

附：

以太网发展历程

以太网技术由施乐公司（Xerox）于1973年提出并实现，当时的传输速率达到3Mbps，

之后在施乐、Digital、Intel的共同努力下于1980年推出了10MbpsDIX以太网标准。

1983年，以太网技术（802.3）正式确立

1995年3月，IEEE802.3u规范的通过

1998年6月，基于光纤介质和屏蔽双绞线的千兆以太网标准IEEE802.3z获得了通过

1999年9月，基于铜质双绞线（或非屏蔽双绞线）千兆以太网标准802..3ab获得了通过。

2002年6月份，万兆标准802.3AE获得了通过