以太网接入技术(802.3ah)
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21
接入网技术
10G以太网技术
两种类型的物理层装置
广域网物理层装置是一种加到局域网物理层 上的可扩充式操作功能
局域网和广域网物理层装置将支持每一类型 的独立物理媒体(PMD)，因此支持相同的传 输距离
IEEE 802.3ae最低传输距离要求
22
接入网技术
10G以太网技术的优势
站点获得访问网络媒体后，突发模式允许连续发送多帧， 直到达到1500 byte为止 1000Base-SX 1000Base-LX 1000Base-CX 1000Base-T
接入网技术
IEEE 802.3z标准包括
18
1000BASE X（802.3z标准）
1000BASE-SX 使用多模光纤和 850nm激光器
1000BASE-LX使用单模光纤或多模光 纤和1300nm激光器 1000BASE-CX使用短距离的屏蔽双绞 线电缆STP
19
接入网技术
1000BASE T（802.3ab标准）
使用4对5类线UTP
传输距离为25m－100m
采用载波延伸及分组突发技术
20
接入网技术
千兆位以太网的兼容性
23
接入网技术
总结：以太网技术的发展历程
1973 年Metcalfe（梅特卡夫） 博士在施乐实验室发明了 以太网, 并开始进行以太网拓扑的研究工作。 1976 年施乐公司构建基于以太网的局域网络,并连接了超 过100 台PC。 1980 年DEC、Intel 和施乐联手发布10Mbps 以太网标准 提议。 1983 年IEEE 802.3 工作组发布10BASE- 5“粗缆”以太 网标准, 这是最早的以太网标准。 1986 年IEEE 802.3 工作组发布10BASE- 2“细缆”以太 网标准。 1991 年IEEE 802.3 工作组发布10BASE- T“无屏蔽双绞 线( UTP) ”以太网标准。 1995 年IEEE 通过802.3u 100M以太网标准。
其中：
n： 以兆位每秒为单位的数据率
信号： 基带或宽带类型
物理介质：表示介质类型
9
接入网技术
例如:
100BaseT
表示传输介质为双绞线
表示以基带方式传输 表示传输速率为100Mbps
10
接入网技术
以太网帧格式
11
接入网技术
以太网的分类
传统以太网：标准为IEEE802.3，传输速率10Mbps，包 含有10BASE-5、10BASE-2、10BASE-T、10BASE-F等 标准。 快速以太网：标准为IEEE802.3u，传输速率100Mbps， 包含有100BASE-Tx、100BASE-Fx、100BASE-T4、 100BASE-T2等标准。 千兆以太网：标准为IEEE802.3z和IEEE802.3ab，传输 速率1000Mbps，包含有1000BASE-T、1000BASE-CX、 1000BASE-LX、1000BASE-SX等标准。 万兆以太网：标准为IEEE802.3ae，万兆以太网目前只能 在光纤上传输不能兼容在双绞线上传输,且这类设备价格昂 贵,现仍属初级阶级。
以太网组网灵活、简单、易于实现、技术成熟 已是园区网接入的主流
针对电信运营商开发的以太网接入网标准已经出台
IEEE802.3ah，也叫第一公里以太网EFM
4
以太网作为一种接入技术，许多问题有待解决
接入网技术
3.2 以太网知识回顾 3.2.1 以太网的诞生
3.2.2 以太网的标准
3.2.3 早期的以太网
以太网具有简单、经济、易维护特点， 得到广泛使用
电缆系统是无源的，站点(具有以太网卡 的主机)的接入与安装很方便 媒体访问控制协议的限制，以太网覆盖的 范围有限制 低负载时网络基本没有时延，当网络负载 重时，网络效率下降，存在发送时延不确 定的缺点
8
接入网技术
以太网的命名原则
IEEE802.3定义了一种缩写符号来表示以太网 的某一标准实现： n -信号-物理介质
接入网技术
本章要求
2
第3章 以太网接入技术
本章主要内容
3.1 引言 3.2 以太网知识回顾 3.3 工作组以太网接入 3.4 802.3ah以太接入网
3
接入网技术
3.1 引 言
以太接入主要基于以下两种情况
基于工作组以太网的接入方式 基于现有其他基础技术的以太接入（802.3ah）
以太网正在成为主流的宽带接入技术
24
接入网技术
以太网技术的发展历程（续）
1998 年IEEE 通过802.3z 1000M 以 太网标准( 基于光纤和对称屏蔽铜缆)
1999 年IEEE 通过802.3ab 1000M以太网 标准( 基于五类线) 2002 年IEEE 通过802.3ae 10G 以太网标 准。
2010~2011 年预计发布100G 以太网标准。
当今标准，由IEEE 802.3工作组负责 1982年12月：802.3标准草案宣布 IEEE 802.3-1985：标准的第一个版本
必须与LLC子层一起使用 可以直接通过MAC向高层提供服务（可不需LLC）
接入网技术
IEEE802.3-2002：正式标准第二版（现行）
7
以太网是最常用的局域网
运行速度比T1和E1连接快几千倍，价格却与T1和 E1连接相当；结合局域网和广域网，推出新业务 PC的PCI总线32位，速率为33MHz，网络容量 1Gbps 服务器将使用64位PCI总线，使网络容量提高1倍； 下一代PCI-X标准使PCI总线的运行速率达到 133MHz，该速率可支持10G以太网 局域网带宽需求将达到10G～160G，势必要考虑 从交换机到服务器的新的链路标准、多个千兆以太 网链路的汇聚以及办公楼群之间的超高速连接，从 而使10G以太网水到渠成 网络容量增大有可能解决传统以太网服务质量问题
100Base-T4 是 4对双绞线 UTP Cat3 100m RJ-45
17
接入网技术
千兆比以太网
由IEEE 802.3和IEEE 802.3ab工作组制定 载波延伸
为能检测冲突，需将最大电缆长度减到10 m，这就无实 际用处了。它采用办法，竞争期变为512 byte
突发模式操作模式：
3.2.4 现今的以太网
5
接入网技术
3.2.1以太网的诞生
Bob Metcalf & David Boggs 1973年5月22日@PARC/Xerox
Metcalf在备忘录中命名了Ethernet
1976年6月： Metcalf & Boggs发表著名 论文
以太网：局域网的分布式信息分组交换
25
接入网技术
以太网技术发展30年
26
接入网技术
主要标准
802.3z：千兆以太网标准
802.3ab：802.3标准的1000BASE-T标准
802.3ad：链路聚合/捆绑 802.3ae： 万兆以太网标准 802.3ak：基于双绞线的万兆以太网 802.3ba：10万兆以太网标准
...
计算机 计算机 计算机
...
计算机
32
接入网技术
具有主干结构的企业网
重要原则
应该用主干(一个和所有LAN网段都有直 接连接的网络)将各种LAN网段互联。当 一个LAN有一个主干，每一对LAN网段可 以不通过第三个LAN网段进行通信
尽管所连接的各个子网本身是广播域，服 从自身布线和协议需求的限制，但这些互 连设备主要功能是决定如何发送分组到其 他网络，它们自己不使用CSMA/CD的机 接入网技术 理工作
1977年底： Metcalf等获得CSMA/CD等4 项专利
6
具有冲突检测的多点数据通信系统
接入网技术
3.2.2 以太网的标准
DIX标准： DEC/Intel/Xerox
早期标准，便于使用但权威性不足 Ethernet Ⅰ(1980)、Ethernet Ⅱ(1982)
IEEE 标准
接入网技术
第3章 以太网接入技术
1
接入网技术
第3章 以太网接入技术
本章教学重点
来自百度文库
工作组以太网的主要特点 基于工作组以太网的接入存在的问题 两种以太接入模式：PPP0E和802.1X 以太接入网标准802.3ah概要 掌握工作组以太网作为接入面临的问题，以及 采用接入控制措施 掌握以太接入网802.3ah的几种接入模式和特 点
接入网技术
IEEE 802.3定义了自动协商协议
16
快速以太网
指标 全双工 电缆对数 电缆类型 最大距离 接口类型
100Base-TX 是 两对双绞线 UTPCat5 STP 1 100m RJ-45或DB9
100Base-FX 是 一对双绞线 多/单模光纤 200m，2km MIC ST SC
单播(unicast)帧(一对一)，即目的MAC地 址为一个单一的MAC地址，如00-50-56C0-3F-01。 广播(broadcast)帧(一对全体)，即发送给 所有站点的帧(全1地址)，也就是目的MAC 地址为FF-FF-FF-FF-FF-FF。 多播(multicast)帧(一对多)，即发送给一 部分站点的帧。
27
接入网技术
以太LAN的设计应考虑的因素
小型以太网有两种拓扑结构，即星型和总线拓扑 如果网络较大，则要在这两种拓扑的基础上进行扩 展，形成多星或树型结构 如果网络覆盖面很大，考虑使用交换机或路由器这 样的互连设备建立网络主干，并由此建立更为复杂 的网络拓扑 还要考虑 网络传输媒体 互连设备 网络中设备数量 28 媒体接入机制 接入网技术
35
集线器 ... 工作站 工作站 工作站 工作站
31
接入网技术
没有主干的机构LAN的例子
不推荐使用的设计
如果计算机科学系的集线器出现了故障，电气 工程系和系统工程系将不能再通信 电气工程系和系统工程系之间的所有系之间的 流量都必须通过计算机科学系，这样将使计算 机科学系的LAN网段负载过重
集线器 集线器 集线器
...
计算机 计算机 计算机 计算机 计算机
12
接入网技术
传统以太网 CSMA/CD的工作原理
先听后发、边发边听、冲突停止、延时重发
冲突信号返回 冲突产生
冲突信号返回
A发出的数据
B发出的数据
A计算机 MAC地址为MACA
B计算机 MAC地址为MACB
C计算机 MAC地址为MACC
13
接入网技术
14
接入网技术
根据帧的目的地址，我们可以把 帧分为以下三种帧：
工作组级LAN
指覆盖一个办公室的计算机网络 一般可使用一个或多个集线器将办公室中的所有 站点连接起来，这样在这些机器之间就能够共享 10 Mb/s或100 Mb/s的带宽 如果某些应用要求消耗更高的带宽，则需要用 LAN交换机来代替集线器
集线器
...
29
计算机 计算机 计算机
接入网技术
中等规模LAN—一种混合性拓
能与10/100 Mb/s网络很好融合
使用相同媒体接入协议及相同帧格式和帧长
非常适合用作主干来连接路由器和集线器等
提高千兆比以太网使用价值的另一个特性是在非 共享连接上以全双工模式运行的能力 全双工不再需要冲突检测，这将加快高端服务器 与集线器之间或集线器与集线器之间的数据传输
千兆比以太网能够直接应用到桌面
扑结构
... 工作站
集线器 以太网 集线器 集线器
工作站
工作站
... ...
计算机 计算机 计算机 计算机 计算机
...
计算机
30
接入网技术
中等规模LAN— 多星拓扑结 构
集线器 或交换 机 集线器
集线器
集线器
... ...
计算机 计算机 计算机 计算机 计算机
...
计算机 计算机 计算机
...
计算机
注意
33
建立企业网主干网的几种方法
解决这一问题的有效方法是为规模较大 的企业网建立一个高速、可扩展的主干 网 建立企业网主干网方法如下
利用LAN交换机 利用千兆比以太网 利用大中型路由器
接入网技术
34
利用交换机进行互连
文件服务器
打印服务器
数据库服务器
主干网
交换机 ... 集线器 ... 工作站
15
接入网技术
快速以太网
符合100Base-T规格的以太网 两种不兼容的标准
100Base-T的802.3u标准 100VG-AnyLAN的802.12标准(应用较少)
IEEE 802.3u标准包括
100Base-T4 100Base-TX 100Base-FX
该协议适用于10/100Mb/s双速以太网卡，速率升级无 需人工干预，自动检测，自行配置完成
接入网技术
10G以太网技术
两种类型的物理层装置
广域网物理层装置是一种加到局域网物理层 上的可扩充式操作功能
局域网和广域网物理层装置将支持每一类型 的独立物理媒体(PMD)，因此支持相同的传 输距离
IEEE 802.3ae最低传输距离要求
22
接入网技术
10G以太网技术的优势
站点获得访问网络媒体后，突发模式允许连续发送多帧， 直到达到1500 byte为止 1000Base-SX 1000Base-LX 1000Base-CX 1000Base-T
接入网技术
IEEE 802.3z标准包括
18
1000BASE X（802.3z标准）
1000BASE-SX 使用多模光纤和 850nm激光器
1000BASE-LX使用单模光纤或多模光 纤和1300nm激光器 1000BASE-CX使用短距离的屏蔽双绞 线电缆STP
19
接入网技术
1000BASE T（802.3ab标准）
使用4对5类线UTP
传输距离为25m－100m
采用载波延伸及分组突发技术
20
接入网技术
千兆位以太网的兼容性
23
接入网技术
总结：以太网技术的发展历程
1973 年Metcalfe（梅特卡夫） 博士在施乐实验室发明了 以太网, 并开始进行以太网拓扑的研究工作。 1976 年施乐公司构建基于以太网的局域网络,并连接了超 过100 台PC。 1980 年DEC、Intel 和施乐联手发布10Mbps 以太网标准 提议。 1983 年IEEE 802.3 工作组发布10BASE- 5“粗缆”以太 网标准, 这是最早的以太网标准。 1986 年IEEE 802.3 工作组发布10BASE- 2“细缆”以太 网标准。 1991 年IEEE 802.3 工作组发布10BASE- T“无屏蔽双绞 线( UTP) ”以太网标准。 1995 年IEEE 通过802.3u 100M以太网标准。
其中：
n： 以兆位每秒为单位的数据率
信号： 基带或宽带类型
物理介质：表示介质类型
9
接入网技术
例如:
100BaseT
表示传输介质为双绞线
表示以基带方式传输 表示传输速率为100Mbps
10
接入网技术
以太网帧格式
11
接入网技术
以太网的分类
传统以太网：标准为IEEE802.3，传输速率10Mbps，包 含有10BASE-5、10BASE-2、10BASE-T、10BASE-F等 标准。 快速以太网：标准为IEEE802.3u，传输速率100Mbps， 包含有100BASE-Tx、100BASE-Fx、100BASE-T4、 100BASE-T2等标准。 千兆以太网：标准为IEEE802.3z和IEEE802.3ab，传输 速率1000Mbps，包含有1000BASE-T、1000BASE-CX、 1000BASE-LX、1000BASE-SX等标准。 万兆以太网：标准为IEEE802.3ae，万兆以太网目前只能 在光纤上传输不能兼容在双绞线上传输,且这类设备价格昂 贵,现仍属初级阶级。
以太网组网灵活、简单、易于实现、技术成熟 已是园区网接入的主流
针对电信运营商开发的以太网接入网标准已经出台
IEEE802.3ah，也叫第一公里以太网EFM
4
以太网作为一种接入技术，许多问题有待解决
接入网技术
3.2 以太网知识回顾 3.2.1 以太网的诞生
3.2.2 以太网的标准
3.2.3 早期的以太网
以太网具有简单、经济、易维护特点， 得到广泛使用
电缆系统是无源的，站点(具有以太网卡 的主机)的接入与安装很方便 媒体访问控制协议的限制，以太网覆盖的 范围有限制 低负载时网络基本没有时延，当网络负载 重时，网络效率下降，存在发送时延不确 定的缺点
8
接入网技术
以太网的命名原则
IEEE802.3定义了一种缩写符号来表示以太网 的某一标准实现： n -信号-物理介质
接入网技术
本章要求
2
第3章 以太网接入技术
本章主要内容
3.1 引言 3.2 以太网知识回顾 3.3 工作组以太网接入 3.4 802.3ah以太接入网
3
接入网技术
3.1 引 言
以太接入主要基于以下两种情况
基于工作组以太网的接入方式 基于现有其他基础技术的以太接入（802.3ah）
以太网正在成为主流的宽带接入技术
24
接入网技术
以太网技术的发展历程（续）
1998 年IEEE 通过802.3z 1000M 以 太网标准( 基于光纤和对称屏蔽铜缆)
1999 年IEEE 通过802.3ab 1000M以太网 标准( 基于五类线) 2002 年IEEE 通过802.3ae 10G 以太网标 准。
2010~2011 年预计发布100G 以太网标准。
当今标准，由IEEE 802.3工作组负责 1982年12月：802.3标准草案宣布 IEEE 802.3-1985：标准的第一个版本
必须与LLC子层一起使用 可以直接通过MAC向高层提供服务（可不需LLC）
接入网技术
IEEE802.3-2002：正式标准第二版（现行）
7
以太网是最常用的局域网
运行速度比T1和E1连接快几千倍，价格却与T1和 E1连接相当；结合局域网和广域网，推出新业务 PC的PCI总线32位，速率为33MHz，网络容量 1Gbps 服务器将使用64位PCI总线，使网络容量提高1倍； 下一代PCI-X标准使PCI总线的运行速率达到 133MHz，该速率可支持10G以太网 局域网带宽需求将达到10G～160G，势必要考虑 从交换机到服务器的新的链路标准、多个千兆以太 网链路的汇聚以及办公楼群之间的超高速连接，从 而使10G以太网水到渠成 网络容量增大有可能解决传统以太网服务质量问题
100Base-T4 是 4对双绞线 UTP Cat3 100m RJ-45
17
接入网技术
千兆比以太网
由IEEE 802.3和IEEE 802.3ab工作组制定 载波延伸
为能检测冲突，需将最大电缆长度减到10 m，这就无实 际用处了。它采用办法，竞争期变为512 byte
突发模式操作模式：
3.2.4 现今的以太网
5
接入网技术
3.2.1以太网的诞生
Bob Metcalf & David Boggs 1973年5月22日@PARC/Xerox
Metcalf在备忘录中命名了Ethernet
1976年6月： Metcalf & Boggs发表著名 论文
以太网：局域网的分布式信息分组交换
25
接入网技术
以太网技术发展30年
26
接入网技术
主要标准
802.3z：千兆以太网标准
802.3ab：802.3标准的1000BASE-T标准
802.3ad：链路聚合/捆绑 802.3ae： 万兆以太网标准 802.3ak：基于双绞线的万兆以太网 802.3ba：10万兆以太网标准
...
计算机 计算机 计算机
...
计算机
32
接入网技术
具有主干结构的企业网
重要原则
应该用主干(一个和所有LAN网段都有直 接连接的网络)将各种LAN网段互联。当 一个LAN有一个主干，每一对LAN网段可 以不通过第三个LAN网段进行通信
尽管所连接的各个子网本身是广播域，服 从自身布线和协议需求的限制，但这些互 连设备主要功能是决定如何发送分组到其 他网络，它们自己不使用CSMA/CD的机 接入网技术 理工作
1977年底： Metcalf等获得CSMA/CD等4 项专利
6
具有冲突检测的多点数据通信系统
接入网技术
3.2.2 以太网的标准
DIX标准： DEC/Intel/Xerox
早期标准，便于使用但权威性不足 Ethernet Ⅰ(1980)、Ethernet Ⅱ(1982)
IEEE 标准
接入网技术
第3章 以太网接入技术
1
接入网技术
第3章 以太网接入技术
本章教学重点
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工作组以太网的主要特点 基于工作组以太网的接入存在的问题 两种以太接入模式：PPP0E和802.1X 以太接入网标准802.3ah概要 掌握工作组以太网作为接入面临的问题，以及 采用接入控制措施 掌握以太接入网802.3ah的几种接入模式和特 点
接入网技术
IEEE 802.3定义了自动协商协议
16
快速以太网
指标 全双工 电缆对数 电缆类型 最大距离 接口类型
100Base-TX 是 两对双绞线 UTPCat5 STP 1 100m RJ-45或DB9
100Base-FX 是 一对双绞线 多/单模光纤 200m，2km MIC ST SC
单播(unicast)帧(一对一)，即目的MAC地 址为一个单一的MAC地址，如00-50-56C0-3F-01。 广播(broadcast)帧(一对全体)，即发送给 所有站点的帧(全1地址)，也就是目的MAC 地址为FF-FF-FF-FF-FF-FF。 多播(multicast)帧(一对多)，即发送给一 部分站点的帧。
27
接入网技术
以太LAN的设计应考虑的因素
小型以太网有两种拓扑结构，即星型和总线拓扑 如果网络较大，则要在这两种拓扑的基础上进行扩 展，形成多星或树型结构 如果网络覆盖面很大，考虑使用交换机或路由器这 样的互连设备建立网络主干，并由此建立更为复杂 的网络拓扑 还要考虑 网络传输媒体 互连设备 网络中设备数量 28 媒体接入机制 接入网技术
35
集线器 ... 工作站 工作站 工作站 工作站
31
接入网技术
没有主干的机构LAN的例子
不推荐使用的设计
如果计算机科学系的集线器出现了故障，电气 工程系和系统工程系将不能再通信 电气工程系和系统工程系之间的所有系之间的 流量都必须通过计算机科学系，这样将使计算 机科学系的LAN网段负载过重
集线器 集线器 集线器
...
计算机 计算机 计算机 计算机 计算机
12
接入网技术
传统以太网 CSMA/CD的工作原理
先听后发、边发边听、冲突停止、延时重发
冲突信号返回 冲突产生
冲突信号返回
A发出的数据
B发出的数据
A计算机 MAC地址为MACA
B计算机 MAC地址为MACB
C计算机 MAC地址为MACC
13
接入网技术
14
接入网技术
根据帧的目的地址，我们可以把 帧分为以下三种帧：
工作组级LAN
指覆盖一个办公室的计算机网络 一般可使用一个或多个集线器将办公室中的所有 站点连接起来，这样在这些机器之间就能够共享 10 Mb/s或100 Mb/s的带宽 如果某些应用要求消耗更高的带宽，则需要用 LAN交换机来代替集线器
集线器
...
29
计算机 计算机 计算机
接入网技术
中等规模LAN—一种混合性拓
能与10/100 Mb/s网络很好融合
使用相同媒体接入协议及相同帧格式和帧长
非常适合用作主干来连接路由器和集线器等
提高千兆比以太网使用价值的另一个特性是在非 共享连接上以全双工模式运行的能力 全双工不再需要冲突检测，这将加快高端服务器 与集线器之间或集线器与集线器之间的数据传输
千兆比以太网能够直接应用到桌面
扑结构
... 工作站
集线器 以太网 集线器 集线器
工作站
工作站
... ...
计算机 计算机 计算机 计算机 计算机
...
计算机
30
接入网技术
中等规模LAN— 多星拓扑结 构
集线器 或交换 机 集线器
集线器
集线器
... ...
计算机 计算机 计算机 计算机 计算机
...
计算机 计算机 计算机
...
计算机
注意
33
建立企业网主干网的几种方法
解决这一问题的有效方法是为规模较大 的企业网建立一个高速、可扩展的主干 网 建立企业网主干网方法如下
利用LAN交换机 利用千兆比以太网 利用大中型路由器
接入网技术
34
利用交换机进行互连
文件服务器
打印服务器
数据库服务器
主干网
交换机 ... 集线器 ... 工作站
15
接入网技术
快速以太网
符合100Base-T规格的以太网 两种不兼容的标准
100Base-T的802.3u标准 100VG-AnyLAN的802.12标准(应用较少)
IEEE 802.3u标准包括
100Base-T4 100Base-TX 100Base-FX
该协议适用于10/100Mb/s双速以太网卡，速率升级无 需人工干预，自动检测，自行配置完成