认识千兆以太网和路由交换机技术

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1、认识千兆以太网和路由交换机技术～教育资源库　　1、千兆以太网技术原理　　1.1早期以太网技术　　以太网：IEEE802.3定义了10Mbps的以太网标准，采用载波监听和冲突检测(CSMA/CD)协议，以半双工方式运行。从80年代末开始以太网取得了巨大的成功。10BaseT是运行在3类或更高类别的双绞线上的以太网，10Base2/5是运行在同轴电缆上的以太网，10BaseFL是运行在光纤上的以太网。由于冲突检测的协议要求一个512位的时间槽保证无错误的检测到冲突，所以以太网的距离覆盖范围受到了限制，10BaseFL最大的覆盖距离为2km，10BaseT在一个网

2、段内的最大覆盖距离为100m。　　快速以太网：IEEE802.3u定义了100Mbps的快速以太网标准，它可以用半双工的方式运行CSMA/CD协议，也可以有全双工的方式。由于快速以太网对以太网的后向兼容性，在90年代的中后期，快速以太网成为局域网中的主流技术。100BaseTX是运行于5类双绞线上的快速以太网，100BaseFX是运行于光纤上的快速以太网。对于以半双工方式运行的快速以太网，同样也有距离覆盖范围的限制，并且由于快速以太网以100Mbps的速率运行，时间槽长度同样是512位，所以它的最大距离覆盖范围是以太网的1/10，为200m。但是对于全双工方

3、式运行的快速以太网，在理论上就不再有距离的限制，而实际受限于电或光信号的衰减。如实际中运行在单模光纤上的100BasFXSMF的全双工快速以太网最大覆盖距离可达20km以上。　　1.2千兆以太网协议　　1998年6月在千兆以太网联盟的推动下IEEE正式发布了千兆以太网标准IEEE802.3。把以太网的速率提高到了1000MbPs。而在此之前的1997年，就已经有很多的厂商迫不及待地推出了千兆以太网的产品，结网络界带来了全新的解决方案。到了现在的2000年，我们已经可以很清晰地看到，不仅以太网和快速以太网在桌面和工作组级网络中打败了ATM，在城域网中，千兆以太

4、网也凭借其良好的兼容性和优异的性价比占据了绝对的上风。可以预见未来随着价格的下跌，千兆以太网会象快速以太网一样普及。　　1.2.1半双工千兆以太网MAC层协议　　对于快速以太网来说，512位的时间槽内电波或光可以传输400m远，如果在千兆以太网中，512位的时间槽内电波或光的传输距离则只有40m远，采用星型拓扑结构的半双工千兆以太网的覆盖半径只有20m。这样的距离覆盖范围在实际中无法得到大规模推广。为了解决这个问题，IEEE对以太网的MAC层协议作了第一次重大修改：载波扩展和帧突发。　　(1)载波扩展　　为了使千兆以太网的距离覆盖范围达到实用标准，半双工千兆

5、以太网时间槽长度扩展到了4096位，这样半双工千兆以太网的距离覆盖范围扩展到了160m。为了兼容以太网和快速以太网中的帧结构，半双工千兆以太网的最小帧长度仍需要保持为64byte。但考虑到时间槽长度为51byte，为了能够匹配时间糟的长度，当某个DTE发送小于512byte帧时，半双工千兆以太网MAC将在正常发送数据之后发送一个载波扩展序列直到一个时间精结束。例如：某DTE发送一个64byte帧，MAC将会在其后加入512-64=448byte的载波扩展序列。如果DTE发送的帧长度大于512byte，则MAC不做任何改变。　　在载波扩展的情况下，解决了半双工

6、千兆以太网距离覆盖范围的问题，但引入了一个新的问题：对于长度较小的以太网帧的发送效率降低了。对于一个64byte的帧来说，尽管发送速度较快速以太网增加了10倍，但发送时间增加了8倍。这样的效率并未比快速以太网提高多少，为了解决半双工千兆以太网的效率问题，IEEE又引入了帧突发这种技术。　　(2)帧突发　　帧突发的工作方式如下：对于DTE发送的第一个小于512byte的帧，依然使用载波扩展到512byte，但随后发送的小于512byte的短帧不再使用载波扩展，而是加入96bit的帧间隔序列后连续发送短帧，最长可以突发到65536位。这种做法可以成立的原因在于一

7、个正确配置的网络环境里，如果某个DTE开始发送数据后，其他DTE都可以通过载波监听协议检测到其信号并抑制本身的数据发射。使用了帧突发的半双工千兆以太网的效率得到了改善，当一个DTE连续的突发64byte帧并突发持续65536位时，其效率约为72%。　　1.2.2全双工千兆以太网MAC层协议　　在全双工千兆以太网中，由于每个千兆以太网DTE在通信时独占一个信道，因此不需要考虑以太网的冲突问题。自然，全双工千兆以太网也不受时间槽长度的限制，从而也没有距离覆盖范围的限制。　　与半双工方式相比，全双工千兆以太网的MAC层的区别主要有以下几点：　　(1)在接受活动中帧

8、的发送不会被推迟　　(2)全双工方式下的冲突指示将被