第1章以太网高级技术.ppt

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1、第1章 以太网高级技术,ISSUE 1.0,华为3Com网络学院第三学期,2,引入,以太网已经成为网络建设者的新宠 以太网以惊人的速度向前发展 从速率到结构都已经有了全新变革。,3,学习目标,掌握各种以太网标准的基本原理 掌握各种以太网交换结构的交换原理,学习完本课程，您应该能够：,4,课程内容,第一章 以太网技术的简要回顾 第二章 以太网发展简史 第三章 以太网技术标准 第四章 以太网交换结构,5,以太网技术的简要回顾,在IP网络大家庭中，以太网作为其中的一员工作在链路层； 向上提供链路数据传输服务，向下需要物理层作为传输数据流的基础； 在以太网链路层，可以进一步划分成如下子层： LLC子层

2、 MAC子层 在以太网物理层，可以进一步分成如下子层： PLS PCS PMA,6,课程内容,第一章 以太网技术的简要回顾 第二章 以太网发展简史 第三章 以太网技术标准 第四章 以太网交换结构,7,以太网发展简史,1973年，以太网之父Dr. Robert Metcalfe在Xerox发明了以太网； 1985年，IEEE正式推出标准以太网802.3 10Base-5的标准； 1988年，IEEE正式推出标准以太网802.3a 10Base-2的标准； 1990年，IEEE正式推出标准以太网802.3i 10Base-T的标准； 1993年，IEEE正式推出标准以太网802.3j 10Base

3、-F的标准； 1995年，IEEE正式推出快速以太网802.3u 100Base-T的标准； 1998年，IEEE正式推出千兆以太网802.3z 1000Bas-X的标准； 1999年，IEEE正式推出千兆以太网802.3ab 1000Base-T的标准； 2002年，IEEE正式推出万兆以太网802.3ae标准，包含了 10GBase-R，10GBase-W和10GBase-X。,8,课程内容,第一章 以太网技术的简要回顾 第二章 以太网发展简史 第三章 以太网技术标准 第四章 以太网交换结构,9,以太网技术标准,标准以太网 快速以太网 千兆以太网 万兆以太网,10,标准以太网,标准以太网是

4、最早的以太网技术标准，它包含如下成员： 10Base-5 10Base-2 10Base-T 10Base-F,11,标准以太网的实现模型,标准以太网的物理层： 物理信令子层（PLS） 实现MAC子层与PMA子层之间的数据转换和传输 物理介质附属子层（PMA） 实现数据在物理介质上的传输转化，同时完成介质冲突检测等功能 附属单元接口（AUI） 统一数据输入输出 实现物理介质非相关 介质相关接口（MDI） 提供与传输介质相连的接口,12,标准以太网的物理传输介质和连接器,13,标准以太网的编码,标准以太网采用曼切斯特编码 一个时钟周期传输一个bit，在时钟周期间使用电平翻转来表示bit信息 高电

5、平到低电平翻转为“0”，低电平到高电平翻转为“1” 时钟频率为10M,14,以太网技术标准,标准以太网 快速以太网 千兆以太网 万兆以太网,15,快速以太网,快速以太网在标准以太网的基础上进行了改进，速率得到大幅提升，并同时兼容了标准以太网技术： 100Base-T4 100Base-TX 100Base-FX 100Base-T2,16,快速以太网的实现模型,快速以太网的物理层 物理编码子层（PCS） 实现数据编解码 物理介质附属子层（PMA） 实现编码组信息和码流信息之间的转换 物理介质相关子层（PMD） 实现码流信息与物理信号之间的转换 自协商子层 实现不同以太网标准之间的协商匹配 介质

6、非相关接口（MII） 实现介质相关于介质非相关的隔离 介质相关接口（MDI）,17,快速以太网的编码,快速以太网不同的技术采用了不同的编码算法：,18,MII、MDI与MDI-X,MII是介质非相关接口的简称，是物理层内部接口 MDI是介质非相关接口的简称，使物理层与传输介质之间的一种接口 MII与MDI是一对相对的概念 MII提供与介质无关的服务，不同的介质可以使用相同的MII MDI提供与介质有关的服务，不同的介质具有不同的MDI MDI-X也是介质非相关接口，也位于物理层和传输介质之间。 MDI-X实际上是是MDI的一个变种，仅仅在输入输出的引脚上进行了交换。主要应用于DTE与DTE之间

7、的连接而产生。,19,以太网的自协商,以太网自协商的基础：FLP/NLP 快速链路脉冲（FLP） 快速链路脉冲是一连串的均衡间隔的数据脉冲，每个脉冲之间间隔为62.57s 每个快速链路脉冲是一个包含17个时钟脉冲和16个数据脉冲的脉冲串 数据脉冲表示了需要协商的信息参数,20,FLP的基本页信息,FLP的协商页分为基本页和消息页 基本页信息 S0-S4表示消息类型：始终为00001 A0-A7表示DTE所支持的技术能力,10BASE-T半双工,10BASE-T全双工,100BASE-TX半双工,100BASE-T4,全双工流控能力指示,100BASE-TX 全双工,保留,全双工非对称流控指示,

8、远程故障指示,成功收到协商页指示,下一页信息指示,21,FLP的消息页信息,消息页信息又分为格式化消息和非格式化消息 格式化消息与非格式化消息采用同样的结构 M0-M10（U0-U10）表示消息类型 T表示同步状态 ACK2表示能够兼容消息页指示能力 MP表示是格式化消息还是非格式化消息,22,技术能力优先级,在以太网自协商中，需要根据技术能力的优先级确定最终选择哪个技术能力与对方匹配，其技术能力级别如下：,23,MDI与MDI-X的自协商,以太网的标准自协商并不包含MDI和MDI-X的自协商 MDI与MDI-X的自协商解决了DTE与DTE之间的连接线缆交叉问题 MDI-X相对于MDI进行了引

9、脚的交换，某些DTE可以支持MDI和MDI-X的自动协商和转换,MDI,MDI/MDI-X,1,2,3,6,1,2,3,6,1,2,3,6,24,以太网技术标准,标准以太网 快速以太网 千兆以太网 万兆以太网,25,千兆以太网,千兆以太网在快速以太网的基础上进行了进一步的发展，其具体的千兆以太网技术有： 1000Base-X 1000Base-SX 1000Base-LX 1000Base-CX 1000Base-T,26,千兆以太网的实现模型,千兆以太网的物理层： 物理编码子层（PCS） 实现数据编解码 物理介质附属子层（PMA） 实现编码组信息和码流信息之间的转换 物理介质相关子层（PMD

10、） 实现码流信息与物理信号之间的转换 千兆介质非相关接口（GMII） 实现介质相关于介质非相关的隔离 介质相关接口（MDI）,27,千兆以太网的编码,千兆以太网中采用了两种不同的编码： 1000Base-X：8B/10B 1000Base-T：4D-PAM5,28,以太网技术标准,标准以太网 快速以太网 千兆以太网 万兆以太网,29,万兆以太网,万兆以太网除了在速率上有了进一步提高，同时还为了兼容广域网的连接而产生了新的技术应用： 10GBase-R 专用光纤传输，同千兆以太网 10GBase-W 采用SDH/SONET作为传输 10GBase-X 采用WDM技术传输,30,万兆以太网的实现模

11、型,万兆以太网的物理层： 物理编码子层（PCS） 实现数据编解码 WAN接口子层（WIS） 实现PCS编码信息在SDH/SONET上传输封装 物理介质附属子层（PMA） 实现编码组信息和码流信息之间的转换 物理介质相关子层（PMD） 实现码流信息与物理信号之间的转换 万兆介质非相关接口（XGMII） 实现介质相关于介质非相关的隔离 介质相关接口（MDI）,31,万兆以太网的XGMII、XGXS和XAUI,万兆以太网的XGMII 数据传输采用并行传输的方式 32个数据通道和4个控制通道（Channel） 每8个数据通道和1个控制通道组成一个大的通路（LANE） 传输距离小（最大7厘米） 万兆以太

12、网的XGXS 扩展XGMII的传输距离 将高速率数据转换为低速率数据 万兆以太网的XAUI 扩展XGMII的传输距离（最大50厘米） 连接XGXS子层 8B/10B编码传输,32,万兆以太网的PCS和PMA,10GBase-X的PCS和PMA PCS完成XGMII的并行数据到PMA的并行数据转换 XGMII传输数据32Bit宽 PMA接收数据10Bit宽 采用8B/10B的编码算法 10GBase-R&10GBase-W的PCS和PMA PCS完成XGMII的并行数据到PMA的并行数据转换 XGMII传输数据32Bit宽 PMA接收数据16Bit宽 采用64B/66B的编码算法,33,64B/

13、66B编码,64B/66B编码 将两个32Bit宽的数据块合并构成64Bit数据块 扰码计算，防止长时间高电平或低电平 增加同步标志域2Bit 数据信息块：01 控制信息块：10 速率匹配 16Bit宽数据流,34,万兆以太网的WIS和PMD,万兆以太网的WIS专门完成PCS编码产生的码元信息在SONET/SDH传输通道中的传输封装 WIS采用SONET的VC4-64c 通道传输数据 VC4-64c 的传输速率为：9.95328Gbps SONET的段开销和通道开销降低了净负荷 WIS的传输速率为：9.58464Gbps 万兆以太网的PMD 10GBase-R PMD：64B/66B编码组 1

14、0GBase-W PMD ： 64B/66B编码组 10Gbase-LX4 PMD ：8B/10B编码组,35,课程内容,第一章 以太网技术的简要回顾 第二章 以太网发展简史 第三章 以太网技术标准 第四章 以太网交换结构,36,以太网交换结构,以太网交换结构的发展： 总线 无交换，共处同一冲突域 总线交换 不同的冲突域共享一个总线资源进行数据交换 共享内存交换 不同的冲突域共享内存资源采用读写操作完成数据交换 CrossBar交换 不同冲突域两两之间独享资源进行数据交换,37,总线交换,总线交换是最原始的交换结构 所有冲突域共享同一总线资源完成数据交换 总线资源有限 交换能力受限于总线资源

15、最大交换容量：小于10G,38,共享内存交换,共享内存交换实际上也是总线交换的一种 共享资源为内存 采取读写操作完成交换 高速内存的发展提高了交换容量：小于100G 读写操作的延迟限制了交换能力的提升。,39,CrossBar交换,CrossBar交换是目前最为先进的交换结构。 通过矩阵结构实现两两之间任意连接 两两之间独立交换，不受任何其它端口影响 快速的矩阵开关控制实现高速交换 速率高达T级,40,交换结构的比较,从交换容量、网络应用、生产成本和实现难度进行比较，可以发现各有所长，仍然在以太网世界占据了一席之地,41,本章总结,以太网网络结构 以太网发展简史 以太网的技术标准 标准以太网 快速以太网 千兆以太网 万兆以太网 以太网的交换结构,华为3Com技术有限公司,华为3Com公司网址: www.huawei- 华为3Com技术论坛网址: forum.huawei-,