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1. 以太網(wǎng)技術(shù)特點8 E8 t- I& q! F7 N0 E
以太網(wǎng)技術(shù)起源于一個實驗網(wǎng)絡(luò),該實驗網(wǎng)絡(luò)的目的是把幾臺個人計算機以 3M 的速率連接起來。由于該實驗網(wǎng)絡(luò)的成功建立和突出表現(xiàn),引起了 DEC,Intel,Xerox 三家公司的注意,這三家公司借助該實驗網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)驗,最終在 1980 年發(fā)布了第一個以太網(wǎng)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)建議書。
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該建議書的核心思想是在一個 10M 帶寬的共享物理介質(zhì)上,把最多 1024 個計算機和其他數(shù)字設(shè)備進(jìn)行連接,當(dāng)然,這些設(shè)備之間的距離不能太大(最大 2.5 公里)。
/ Q1 r+ l1 k: O6 s之后,以太網(wǎng)技術(shù)在 1980年建議書的基礎(chǔ)上逐漸成熟和完善,并逐漸占據(jù)了局域網(wǎng)的主導(dǎo)地位。以太網(wǎng)的特點可以總結(jié)如下:$ p3 B5 z* o7 ]# u
(1)簡明性,這是以太網(wǎng)技術(shù)最大的特點,正是因為簡明性為將來的統(tǒng)治地位奠定了基礎(chǔ);(2)低成本,成本不要太高,一般的單位能夠有能力購買需要的部件來組建網(wǎng)絡(luò);(3)兼容性,不應(yīng)該對網(wǎng)絡(luò)層實現(xiàn)施加任何限制,即以太網(wǎng)的所有功能都在數(shù)據(jù)鏈路層實現(xiàn);
1 Y7 `+ a( t! p& \* Y% Q* B' ?(4)尋址靈活,應(yīng)該有一種機制來確定網(wǎng)絡(luò)中的一臺計算機、全部計算機或一組計算機;0 U8 N( |( y5 g' F$ U. P& O
(5)公平,各個終端應(yīng)該公平的享有帶寬;
( `: n' |9 t$ Q (6)高速,當(dāng)時來說,10M 的速率已經(jīng)是個天文數(shù)字了,所以把以太網(wǎng)的共享總線帶寬設(shè)計為 10M;3 r) b* E$ L/ z
(7)分層結(jié)構(gòu),數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議不應(yīng)該隨物理介質(zhì)的不同而變化;
" P9 @* _$ p$ f- T. M9 i, N' Q (8)全雙工,隨著以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展,共享介質(zhì)技術(shù)(即半雙工)已經(jīng)逐漸不能滿足需求,需要效率更高的全雙工技術(shù);
" D! p A, e! B6 m7 y (9)差錯控制,該技術(shù)應(yīng)該能夠發(fā)現(xiàn)傳輸中的錯誤并進(jìn)行糾正,如果不能糾正,則丟棄接收到的數(shù)據(jù);
1 d" }+ {# D" n: q( r. Y(10)速度靈活性,不應(yīng)該局限在 10M 的速率上,應(yīng)該能適應(yīng)不同的速率;
/ `* {- i% y1 o: |, X' B O(11)優(yōu)先級,網(wǎng)絡(luò)設(shè)備應(yīng)該能對一些關(guān)鍵性的業(yè)務(wù)提供優(yōu)先可靠的傳輸。. F9 m+ d2 o5 r* P8 N
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; O" U* f& C" ?2. 以太網(wǎng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)組織1980年IEEE制訂了802計劃,其目標(biāo)是為LAN技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化提供廣泛的工業(yè)框架。IEEE802又稱為LMSC(LAN /MAN Standards Committee,局域網(wǎng)/城域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)委員會),致力于研究局域網(wǎng)和城域網(wǎng)的物理層和MAC層規(guī)范,對應(yīng)OSI參考模型的下兩層。LMSC執(zhí)行委員會(Executive Committee)又下設(shè)工作組(Working Group)、研究組(Study Group)、技術(shù)顧問組(Technical Advisory Group)等等。
& c* u$ {. O; z我們熟知的IEEE 802的標(biāo)準(zhǔn),其標(biāo)準(zhǔn)草案首先在WG內(nèi)進(jìn)行投票,當(dāng)達(dá)到75%以上同意后,則視為通過,提交到LMSC進(jìn)行Sponsor Ballot的投票。在LMSC投票過程中,如果90%以上同意,則視為通過,IEEE 802就可以將其發(fā)布為正式的標(biāo)準(zhǔn),如IEEE 802.2、IEEE802.3、IEEE 802.11。IEEE 802一般會將他們的標(biāo)準(zhǔn)提交到ISO(國際標(biāo)準(zhǔn)化組織),ISO采納后會以ISO的名義發(fā)布,如已經(jīng)被ISO接受并發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)有:ISO/IEC 8802-1、ISO/IEC8802-2、ISO/IEC 8802-3、ISO/IEC 8802-5、ISO/IEC 8802-11等。
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6 L3 l# J/ a9 \6 G. L; y: b1985 年,以太網(wǎng)協(xié)議首次成為 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)(編號為 802.3),從此產(chǎn)生了大量的修訂版和增補版。其增補的版本如下:
) b( L/ Q4 Y1 s d (1)IEEE802.3 定于 1985 年 --10M 速率,采用同軸電纜作為傳輸介質(zhì)7 \ u; F1 d. E
(2)IEEE802.3i 定于 1990 年 --10M 速率,采用雙絞線作為傳輸介質(zhì)
) w' k' ]! q4 V0 F( _+ v. l5 O(3)IEEE802.3u 定于 1995 年 -- 100M 速率,采用雙絞線作為傳輸介質(zhì)
' z4 S# k+ [5 x5 P2 Z' x% @( ?, T -- 100M 速率,采用光纖作為傳輸介質(zhì)
* m7 q& Q1 L+ Q% l% h# q0 M(4)IEEE802.3z 定于 1998 年 -- 1000M 速率,采用光纖作為傳輸介質(zhì)# Z& r( ^' P B- G/ z
(5)IEEE802.3ab 定于 1999 年 -- 1000M 速率,采用雙絞線作為傳輸介質(zhì)7 ~2 @% ^. J ]" o+ [( g: v9 P4 }2 T
(6)IEEE802.3ae 定于 2001 年 -- 10G 速率,采用光纖作為傳輸介質(zhì)
; M# T5 R5 m/ Q4 j4 @ x(7)IEEE802.3ba 定于 2008 年 -- 100G 速率,采用光纖作為傳輸介質(zhì). Z1 y% Y: w/ i2 v. }
IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)已被ANSI采用為美國國家標(biāo)準(zhǔn),被NIST采用為政府標(biāo)準(zhǔn),并且被ISO作為國際標(biāo)準(zhǔn),稱之為ISO 8802。這些標(biāo)準(zhǔn)在物理層和MAC子層上有所不同,但在數(shù)據(jù)鏈路層上是兼容的。這些標(biāo)準(zhǔn)分成幾個部分。802.1標(biāo)準(zhǔn)對這組標(biāo)準(zhǔn)做了介紹并且定義了接口原語;802.2標(biāo)準(zhǔn)描述了數(shù)據(jù)鏈路層的上部,它使用了邏輯鏈路控制LLC(logical link control)協(xié)議。802.3到802.5分別描述了3個局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn),分別是CSMA/CD、令牌總線和令牌環(huán)標(biāo)準(zhǔn),每一標(biāo)準(zhǔn)均包括物理層和MAC子層協(xié)議。. d5 C% c- @" { O
3. 以太網(wǎng)在 OSI 七層模型中的位置按照OSI七層參考模型,互連的各個系統(tǒng)把各個網(wǎng)絡(luò)功能分七個層次實現(xiàn)。各個層次之間相互獨立互不干擾,這樣就可以實現(xiàn)最大限度的開放和靈活性。設(shè)備廠家只要按照層次之間的接口生產(chǎn)設(shè)備,就可以做到互通。因此這個七層模型是高效權(quán)威的,目前大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)都是參照這個模型進(jìn)行設(shè)計和開發(fā)的。
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但在以太網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)中,七層模型中層次之間互相獨立的規(guī)則就不適用了。因為開始的時候,以太網(wǎng)采用了一種共享介質(zhì)的方式來進(jìn)行數(shù)據(jù)通信,而不是傳統(tǒng)的全雙工通信。
/ I, S7 n0 }1 L- h8 ?隨著設(shè)備的發(fā)展,以太網(wǎng)中又引入了全雙工模式的通信,在這樣兩種通信模式并存的情況下,再進(jìn)行層次間的嚴(yán)格劃分就不容易了。
! @0 h! B+ i- K) v* G3 ?0 C _以太網(wǎng)針對不同的雙工模式提供不同的介質(zhì)訪問方法,在半雙工模式下采用的是CSMA/CD的訪問方式,而在全雙工模式下則可以直接進(jìn)行收發(fā)而不用預(yù)先判斷鏈路的忙閑狀態(tài)。這里需要注意的是:以太網(wǎng)中半雙工和全雙工是物理層的概念,而針對物理層的雙工模式提供不同訪問方式則是數(shù)據(jù)鏈路層的概念。這樣就形成了以太網(wǎng)的一個重要特點:數(shù)據(jù)鏈路層和物理層是相關(guān)的,針對物理層的不同工作模式(全雙工和半雙工)需要提供特定的數(shù)據(jù)鏈路層來訪問。這樣就導(dǎo)致了數(shù)據(jù)鏈路層和物理層有很大的相關(guān)性,給設(shè)計和應(yīng)用帶來不便。
% V7 j7 ]5 r7 |為了避免這種不便,以太網(wǎng)采用了另外一種方式,就是把數(shù)據(jù)鏈路層再進(jìn)行分層。分為邏輯鏈路控制子層(LLC )和媒體訪問控制子層(MAC ),這樣不同的物理層對應(yīng)不同的MAC子層,LLC子層則可以完全獨立。
' U3 G$ @: d+ s+ z$ H 下面以100M或1000M為例,對MAC子層和PHY層的術(shù)語進(jìn)行解釋:
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圖 1-1 100M 和 1000M 以太網(wǎng)在 OSI 模型中的位置% @( b, S: I4 m( F1 U
AUI(Attachment Unit Interface):附加單元接口,是連接在計算機網(wǎng)卡和網(wǎng)線之間的一個十五針的接口。在10BASE-5網(wǎng)絡(luò)(細(xì)以太網(wǎng))中,各網(wǎng)線之間通過中繼器相連。以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.3定義了附加單元接口的物理層標(biāo)準(zhǔn)。這種15針的附加單元接口也被稱為DB-15接口或DIX接口,之所以稱為DIX是因為定義以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的三家公司DigitalEquipment Corporation,Intel,Xerox的首字母分別為D、I、X。
# h8 v! e% P! sMAU(Medium Attachment Unit):媒體附加單元。在最初的粗電纜以太網(wǎng)中,MAU典型地夾到以太網(wǎng)電纜上。在大部分現(xiàn)代交換或集線以太網(wǎng)系統(tǒng)中,沒有MAU或AUI接口存在,CAT5電纜直接連接到一個在主機或路由器上的以太網(wǎng)插口上。& z- G) j' A1 |/ M8 q: H, L
MII(Media Independent Interface):媒體獨立接口,用于10/100M以太網(wǎng)MAC與PHY互聯(lián)。MII支持3種互聯(lián)方式:PCB板內(nèi)互聯(lián)、母板和子卡間互聯(lián)以及板間通過電纜互聯(lián)。- o! ?8 y# C0 Q. g
GMII(Gigabit Media Independent Interface):吉比特媒體獨立接口,是 MII 的擴展,用于 1000M 以太網(wǎng) MAC 與 PHY 的 PCB 板內(nèi)互聯(lián)。GMII 的時鐘速度為 125MHz。GMII 的 GTX_CLK 與 MII 的 TX_CLK 方向是不同的,要想做到 10M,100M,1000M兼容需要多接一根百兆發(fā)送時鐘。
# z4 h% V) a; f( V( G. B9 WMDI(MEDIUM DEPENDENT INTERFACE):媒體相關(guān)接口。每種以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)都定義了自己的 MDI,分別對應(yīng)各種傳輸介質(zhì)。
N0 x- N' r5 [5 t(1)10BASE2 運行在同細(xì)軸電纜上的10M以太網(wǎng)。8 ?- Z6 Q" _8 z* s+ x. L
(2)10BASE5 運行在同粗軸電纜上的10M以太網(wǎng)。6 I( |" J( \2 |3 u
(3)10BASE-T 運行在兩對三類雙絞線上的10M以太網(wǎng)。
2 {6 F. m6 F2 M4 {. R(4)10BASE-F 運行在光纖上的10M以太網(wǎng)。
6 h3 |* x# e+ t( R! f$ l2 f4 Z(5)100BASE-TX 運行在兩對五類雙絞線上的快速以太網(wǎng)。+ F" {. m) v) M9 \1 H! v
(6)100BASE-T4 運行在四對三類雙絞線上的快速以太網(wǎng)。! h& b: B6 K2 L+ P+ m$ x# r, K
(7)100BASE-T2 運行在兩對三類雙絞線上的快速以太網(wǎng)。
( o8 [9 K# I6 F% Z9 f(8) 100BASE-FX 運行在光纖上的快速以太網(wǎng)。) I/ I4 X5 T/ t& C* A
(9) 1000BASE-CX 運行在同軸電纜上的1000M以太網(wǎng)。6 g0 U1 r, f! }
(10)1000BASE-X 運行在光纖上的1000M以太網(wǎng)。
4 Z' r% F8 Z# [9 Z$ r" W(11)1000BASE-T 運行在四對五類雙絞線上的1000M以太網(wǎng)。
* r4 ?/ g& G4 a1 r(12) 10GBASE-SR 運行在光纖上的10G以太網(wǎng)。# o- j/ I5 Z( l3 t, `3 r
(13)10GBASE-LR 運行在光纖上的10G以太網(wǎng)。
* f3 s0 X7 L7 m ^& G5 r# B K(14) 10GBASE-ER 運行在光纖上的10G以太網(wǎng)。 S3 n% q: O1 a% V5 }. W
(15)40GBASE-KR4 運行在電背板上的40G以太網(wǎng)。" Q6 ~( O" u0 m
(16)40GBASE-CR4 運行在專用電纜上的40G以太網(wǎng)。0 M$ l9 `& \; y. b
(17)100GBASE-CR10 運行在專用電纜上的100G以太網(wǎng)。
( _8 `" N% Q4 A, U X: }(18)40GBASE-SR4 運行在光纖上的40G以太網(wǎng)。! m- w0 H+ b" r
(19)100GBASE-SR10 運行在光纖上的100G以太網(wǎng)。2 r2 F4 N7 Q( i' |: V
(20) 40GBASE-LR4 運行在光纖上的40G以太網(wǎng)。& b# ?5 {$ i# \2 k
(21)100GBASE-LR4 運行在光纖上的100G以太網(wǎng)。4 u x. H7 f$ `, t
(22)100GBASE-ER4 運行在光纖上的100G以太網(wǎng)。4 x6 H9 I* @. J0 |' T' [7 P& S
上述標(biāo)準(zhǔn)中有些已經(jīng)被淘汰,有的用的很少,F(xiàn)在主流的傳輸介質(zhì)是雙絞線和光纖。; y/ t: q- \- M& Y) s! g: n
PLS(PHYSICAL LAYER SIGNALING):物理層信令,10Mbase-T 中的可選子層,用于LLC 和 MAU 之間的邏輯和功能耦合。
, P6 e8 W- j$ j& |/ yPCS(PHYSICAL CODING SUBLAYER):物理編碼子層,位于 MII/GMII 與 PMA 之間,進(jìn)行數(shù)據(jù)的編解碼。0 S/ v$ c# ~2 f2 M
PMA(PHYSICAL MEDIUM ATTACHMENT):物理介質(zhì)連接子層,位于 PCS 與 PMD 之間,負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的收發(fā),沖突檢測,時鐘恢復(fù)等。
) o& a: a0 V' TPMD(Physical Medium Dependent):物理介質(zhì)相關(guān)子層,直接與MDI相連,負(fù)責(zé)具體信號的處理。0 n- o9 _0 W' ^ k
PHY(Physical Layer entity):PCS、PMA、PMD 三部分組成 PHY。
8 P8 w, u K6 y2 o( v5 Z+ j, H' t萬兆以太網(wǎng)有兩種不同的物理層:局域網(wǎng)物理層和廣域網(wǎng)物理層,這兩種物理層的數(shù)據(jù)率并不一樣。局域網(wǎng)物理層使用簡單的編碼機制在暗光纖(Dark fiber)和暗波長(Dark wavelength)上傳送數(shù)據(jù)。而廣域網(wǎng)物理層則需要增加一個 SONET/SDH 組幀子層,以便利用SONET/SDH 作為第一層來傳送數(shù)據(jù)。下面介紹與百兆千兆不同的幾個概念。7 s. X2 X5 p( V& l4 I
XGMII:包括 10GBase-R、10GBase-RW 等。10GBase-SR/SW 傳輸距離按照波長不同由 2~300m。10GBase-LR/LW 傳輸距離為 2m~10km。10GBase-ER/EW 傳輸距離為 2m~40km。它們各自對應(yīng)不同的串行局域網(wǎng)物理層設(shè)備。
7 R9 ^, Q# t( Q! aWIS(廣域網(wǎng)接口)子層:WIS 子層是可選的物理子層,可用在 PMA 與 PCS 之間,產(chǎn)生適配 ANSI 定義的 SONET STS-192C 傳輸格式或 ITU 定義 SDH VC-4-64c 容器速率的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)流。該速率數(shù)據(jù)流可以直接映射到傳輸層而不需要高層處理。: `" y7 c( j$ ~; l5 A m4 ?6 |
RS(協(xié)調(diào)子層):協(xié)調(diào)子層的功能是將 XGMII 的通路數(shù)據(jù)和相關(guān)控制信號映射到原始 PLS 服務(wù)接口定義(MAC/PLS)接口上。XGMII 接口提供了 10Gbps MAC 和物理層間的邏輯接口。XGMII 和協(xié)調(diào)子層使 MAC 可以連接到不同類型的物理介質(zhì)上。( a, ]: {* K/ y
FCS(前向糾錯子層):前向糾錯子層是可選的物理子層,可用在 PMA 和 PCS 子層之間,以保證數(shù)據(jù)的正常傳輸。 |
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