第5章 以太网组网技术

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5.3.2 快速以太网系统组成
1．传输介质 在100Mbps快速以太网中使用了双绞线与光缆 两种传输介质。对于100BASE-TX，可以使用5类 100Ω阻抗的非屏蔽双绞线，也可使用屏蔽双绞线。 在100BASE-TX环境中，2种双绞线的最长网段均 为100m。在使用3类不屏蔽双绞线的100BASE-T4 和100BASE-T2环境中，这种非屏蔽双绞线的最长 网段也为100米。 2．集线器 集线器是星型结构的核心。 按结构分类：共享型和交换型 按媒体分类：100BASE-TX和100BASE-FX， 即使用双绞线还是使用光缆的集线器 按设备分类：独立型，堆叠式和厢体式。
5.4 交换式以太网
5.4.1 共享式以太网存在的问题
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传统的以太网技术是建立在“共享介质”的基础 上，网上所有节点共享一条公共通信传输介质。通 过介质访问控制方法CSMA/CD，每个节点都能够 “公平”地使用公共传输介质。在网络技术的讨论 中，人们常将数据传输速率称为信道带宽。例如以 太网的传输介质上数据传输速率为10Mbps，那么它 的带宽是10Mbps。如果网中有n个节点，那么每个 节点平均能分配到的带宽(10/n)将越来越少。因为以 太网的n个节点共享一条10Mbps的公用通信信道， 所以当网络节点数n增大、网络通信负荷加重时，冲 突和重发现象将大量发生，网络效率急剧下降，网 络传输延迟增长，网络服务质量下降。
5.1.2 以太网技术的解决方案
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第一种方案是提高Ethernet数据传输速率，从 10Mbps提高到100Mbps，甚至到1Gbps。 第二种方案是将一个大型局域网划分成多个用 网桥或路由器互连的子网。通过减少每个子网内 部节点数的方法，使每个子网的网络性能得到改 善，而每个子网的介质访问控制仍采用CSMA/CD 的方法，这个方案导致了局域网互连技术的发展。 第三种方案是将“共享介质方式”改为“交换 方式”，这就促进了“交换式以太网”技术的发 展。
5.4.2
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交换机的功能和工作原理
交换机拥有一条很高带宽的背部总线和内部交 换矩阵。交换机的所有的端口都挂接在这条背部 总线上，控制电路收到数据包以后，处理端口会 查找内存中的地址对照表以确定目的MAC（网卡 的硬件地址）的NIC（网卡）挂接在哪个端口上， 通过内部交换矩阵迅速将数据包传送到目的端口， 目的MAC若不存在才广播到所有的端口，接收端 口回应后交换机会“学习”新的地址，并把它添 加入内部MAC地址表中。
5.2.2 10BASE-2以太网
1．组建10BASE-2的基本网络设备 网卡：带有BNC接头的以太网卡。 细同轴电缆：直径5mm，阻抗50欧姆细同轴电缆。 BNC T型连接器：也称为T型接头，T型接头用于细 同轴电缆与网卡的连接。 BNC连接器头：用于连接细同轴电缆与T型接头。 BNC圆形连接器：用于连接两段细同轴电缆。 BNC终结器
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5.3.3 100BASE-T组网要点
① 电缆的选择。组建100BASE-T网，最好使用 5类或超5类UTP电缆，为了防止电磁干扰，总干 线部分还要考虑铺设光缆或带屏蔽的STP电缆。 ② 节点间的距离。使用5类UTP电缆，一根电缆 的最大长度为100米，使用多模光缆则为2000米。 节点距离另一个制约因素是冲突域的限制。 ③ 中继器使用方法。在快速以太网中有Ⅰ类和 Ⅱ类两种中继器。Ⅰ类能把来自输入端口的信号 变换成适合其它端口类型的信号，因此可实现诸 如100BASE-TX/FX网段和100BASE-T4网段这类 使用不同信号技术的网段间的连接。Ⅱ类对来自 端口的信号不进行变换，直通而过，因此对于使 用不同信号技术网段间不能进行连接。 ④ 网络管理条件。
5.3.5 自动协商功能
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由于快速以太网技术、产品和应用的急剧发展， 在使用UTP介质的环境中，网卡和集线器的端口 RJ-45上可能支持多种工作模式，可能是 100BASE-TX、T2或T4，也可能是10BASE-T， 且还可能是支持全双工模式，因此当2个设备端口 间进行连接时，为了达到逻辑上的互通，可以人 工进行工作模式的配置。但在新一代产品中，引 入了端口间自动协商的功能，不必人工配置。(注 意，在使用屏蔽双绞线STP及光缆作为媒体的设 备中不支持自动协商功能)。当端口间进行自动协 商后，就可以获得一致的工作模式。
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5.3.6 10M/100Mbps自适应功能
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为了与原来的10BASE-T系统共存并使10BASET系统平滑地过渡到快速以太网的环境中去，在 新的快速以太网环境中，提供了端口间10M与 100M传输率的自动匹配功能，或称为 10M/100Mbps自适应功能。这样不仅继承了原有 的以太网技术，并且最大限度地保护了用户原来 的投资。
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5.2.4 10BASE-F以太网
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10BASE-F是一种使用光纤作为传输介质的以太 网技术，它的传输率为10Mbps。10BASE-F标准 定义了3种不同的光纤规范：10BASE-FL、 10BASE-FB、10BASE-FP。其中10BASE-FL是常 用的光纤以太网标准，而10BASE-FB和10BASEFP都没有被广泛采用。 10BASE-FL的主要性能指标如下： 可采用单模或多模光纤。 如采用多模光纤，网段最大长度可达2km。 如果使用中继器，最多允许使用2个中继器。
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100BASE-T4支持4对三类非屏蔽双绞线UTP， 其中有3对线用于数据传输，1对线用于冲突检测。 因为它没有单独专用的发送和接收线，所以不可 能进行全双工操作。
3．100BASE-T2
100BASE-T2支持2对3类非屏蔽双绞线UTP。其 中1对线用于发送数据，另1对用于接收数据，因 而可以进行全双工操作。 4．100BASE-FX 100BASE-FX支持2芯的多模(62.5μm或125μm) 或单模光纤。100BASE-FX主要是用作高速主干 网，从节点到集线器的距离可以达到412米。 由于目前所建设的布线系统中，一般传输网络 信息都选用超5类双绞线或光纤， 所以在一般的 局域网中100BASE-TX与100BASE-FX使用得最普 及。
5.2 传统以太网组网技术
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5.2.1 10BASE-5以太网
1．组建10BASE-5的基本网络设备
2．10BASE-5的主要性能指标
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如果不使用中继器，最大粗缆长度不能超过500米。 工作站与收发器之间的最大距离为50米。 两个相邻收发器之间的最小距离为2.5米，收发器 电缆的最大长度为50米。 如果使用中继器，一个10BASE-5网中最多只允许 使用4个中继器，连接起来五个网段。工作站只允 许安装在其中的三个网段上，其余的用于扩充距 离。 通过中继器连接后的粗缆网段最大长度不能超过 2500米。 一个网段上最多允许100台工作站，中继器被看作 工作站。
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5.3.4 100BASE-T集线器的中继规则
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由于多数产品并不出示其设备延迟值，可参考 表5.4计算共享LAN的网络直径。表中的网卡延迟 包含了DTE、MAC延迟。原则是在共享LAN内， 任意两个网站之间所经过的设备、缆线的总延迟 不大于2.56μs。 一般说来，组建高速共享LAN可遵守3-2-1规则。 即在1个高速共享LAN内，最多用2个Ⅱ类高速集 线器，两网站间最多经过3条电缆，但两个高速集 线器之间的电缆长度不能超过5米，集线器到节点 连线小于100米UTP。
第5章 以太网组网技术
• • • • • • • • • 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 5.9 以太网的发展 传统以太网组网技术 快速以太网组网技术 交换式以太网 千兆以太网 万兆以太网 虚拟局域网技术 实训：局域网的连接 实训：以太网交换机的VLAN配置
5.1
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2．10BASE-2的主要性能指标
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如果不使用中继器，最大细缆长度不能超过185米。 如果使用中继器，最多允许使用4个中继器，连接 5条细缆网段。其中只有三个网段可以连接工作站， 其它网段仅用于扩展距离。 两个相邻BNC T型连接器之间的距离应是0.5米的 整数倍，并且最小距离为0.5米。 每个网段最多允许30个节点，中继器、网桥和路 由器、服务器、工作站等都称作节点。 通过中继器连接后的细缆网段最大长度不能超过 925米。 对无盘工作站，还要在网卡上插入一块远程启动 EPROM芯片。
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5.3 快速以太网组网技术
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5.3.1 快速以太网标准 100Mbps快速以太网(Fast Ethernet)的数据传 输率为100Mbps。快速以太网保留着传统的 10Mbps以太网的所有特征，即相同的帧格式，相 同的介质访问控制方法CSMA/CD，相同的组网方 法，而只是把每个比特发送时间由100ns降低到 10ns。
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2．10BASE-T的主要性能指标
集线器与网卡之间和集线器之间的最长距离均为 100米， 集线器数量最多为4个，即任意两节点之间的距离 不会超过500米。 HUB可级联以便扩充，HUB之间可用同轴电缆相 连，最大间距为100米。 HUB可通过同轴电缆或光纤与其它LAN相连以形 成大型以太网。 若不使用网桥，最多可连接1023个节点。 对无盘工作站，还要在网卡上插入一块远程启动 EPROM芯片。
5.2.5 传统以太网中继规则
在传统以太网中： (DTE延迟+MAC延迟+中继 器延迟+电缆延迟)≤25.6μs 其中，数据在任一节点内收发所花费的时间为 DTE延迟。由网卡进行冲突检测和收发所花费的 时间为MAC延迟。DTE和MAC延迟往往合并计 算。走过一段电缆的时间为电缆延迟。通过中继 器整形放大所花的时间为中继器延迟。由此而制 定了组建10Mbps以太网的5-4-3-2-1中继规则，即： 5是局域网最多可有5个网段。 4是全信道上最多可连4个中继器。 3是其中3个网段可连节点。 2是两个网段只用来扩长而不连任何节点，其目 的是减少竞发节点的个数，减少发生冲突的机率。 1是由此组成一个共享局域网。
1．100BASE-TX 100BASE-TX支持2对五类非屏蔽双绞线UTP或 2对一类屏蔽双绞线STP。其中1对双绞线用于发 送，另1对双绞线用于接收数据。因此100BASETX是一个全双工系统，每个节点可以同时以 100Mbps的速率发送与接收数据。
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2．100BASE-T4
5.2.3 10BASE-T以太网
1．组建10BASE-T的基本网络设备 网卡：要求带有RJ-45插头的以太网卡。 集线器HUB：是以太网的中心连接设备，用在 10BASE-T中的集线器类型主要有普通集线器、堆 叠式集线器等。 双绞线：根据网络性能要求可选用三类或五类 双绞线。 RJ-45插头：双绞线两端必须安装RJ-45插头， 以便插在网卡和集线器中的RJ-45插座上。
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以太网的发展
5.1.1 以太网的技术标准 以太网是目前使用最为广泛的局域网，从70年 代末就有了正式的网络产品。在整个80年代中以 太网与PC机同步发展，其传输速率自80年代初的 10Mbps 发展到90年代达到100Mbps，而且目前已 经出现了10Gbps的以太网产品。以太网支持的传 输介质从最初的同轴电缆发展到双绞线和光缆。 星型拓扑的出现使以太网技术上了一个新台阶， 获得了更迅速的发展。从共享式以太网发展到交 换式以太网，并出现了全双工以太网技术，致使 整个以太网系统的带宽成十倍、百倍地增长，并 保持足够的系统覆盖范围。