《局域網與城域網技術》chap3高速以太網課件

第三章高速以太網百/千/萬兆位以太網1本章內容3.1概述3.2快速以太網(FE)3.3千兆位以太網(GE)3.4萬兆位以太網(10GE)2第三章知識點沖突域與廣播域10/100/1000自適應如何完成10GBASE-T能否采用5類UTP線纜以太廣域網和以太局域網之間，如何實現(xiàn)速率匹配310BASE-T點到點鏈路采用全雙工傳輸模式，不會發(fā)生媒質的爭用問題，勿需安排因沖突而引起的重發(fā)。理論上，幀長度的最小值限制也可以取消。媒質使用效率可以提高，可用帶寬得以倍增。唯一需要保留的是相繼幀之間的時間間隔(IFG：Inter-FrameGap)。

5沖突域和MAC廣播域AliceBob10BASE-5沖突域=廣播域10BASE-T沖突域=廣播域HUB100BASE-T沖突域<=廣播域SWITCH6流量控制全雙工模式需要并發(fā)控制，接收站(通常為交換式集線器)在發(fā)生擁塞時向發(fā)送站通告，并要求發(fā)送站暫停發(fā)送數(shù)據(jù)幀。局限在MAC子層之內，對LLC子層或MAC子層而言透明。具有MAC到MAC的特點，相關的控制信號/幀不向MAC的上層傳遞。傳遞流量控制信息的MAC幀通過長度/類型字段的標識，以區(qū)別于其它以太網數(shù)據(jù)幀。

7星型和樹型網絡結構除了廣播幀之外，相互交換數(shù)據(jù)信息的站點，在交換機上不需要將傳送幀送不相關端口或站點。

百兆位以太網和千兆位以太網以全雙工模式為主，但依然保留了對半雙工模式的支持；萬兆位以太網則完全放棄了對半雙工模式的支持。

93.2快速以太網3.2.1協(xié)議結構3.2.2類型3.2.3類型3.2.4MAC控制子層3.2.5自動協(xié)商機理10PHY3.2.1快速以太網協(xié)議結構邏輯鏈路控制(LLC)媒質訪問控制(MAC)上層100BASE-T中繼器CSMA/CD分層OSI-RM分層ALPLSLTLNLDLLPHYLPCSPMAPMD自動協(xié)商PMAPCSPMD自動協(xié)商PMAPCSPMD自動協(xié)商傳輸媒質傳輸媒質RECONCILIATIONMIIMDIMDIPHY11MII(媒質無關接口)集成片之間，通過印刷電路連接母板與子板之間，通過2個或多個印刷電路板連接分立組件之間，通過一定長的線纜連接<幀間隔><前導><幀開始定界符><數(shù)據(jù)><幀結束定界符>幀結束定界符是通過MII上的帶外控制信號傳送的，未加入幀結構中

13PCS，PMA，MDIPCS與物理傳輸媒質有關，為送出的碼元流定義編碼的邏輯過程、復用和同步的邏輯過程，也對流出的數(shù)據(jù)規(guī)定碼元對位、解復用和解碼等邏輯過程。

物理媒質聯(lián)結(PMA)子層和媒質相關接口(MDI)，與10Mbps的PMA和MDI相似，并不是高速以太網特有的。14Auto-negotiation自動協(xié)議商為鏈路兩端的NIC提供交換各自能力信息的渠道，以便協(xié)商并選擇雙方都支持的最合適的運行方式采用帶外操作方法，其中脈沖編碼與10BASE-T的鏈路完整性測量過程相兼容可保護已有投資，便于平穩(wěn)升級15100BASE-X支持2對5類雙絞線的情況，也稱為100BASE-TX支持2根光纖傳輸，也稱為100BASE-FX不同物理傳輸媒質對應于不同PMD子層100BASE-TX為TP-PMD100BASE-FX為Fiber-PMD17100BASE-T4要求3類雙絞線纜裝配了4對絞線對。2對配置為半雙工操作方式。2對配置為單工方式，各自只為一個方向進行傳輸。幀數(shù)據(jù)的傳送既用到半雙工線對，也用到了單工線對。8B6T：8位長二進制數(shù)映射到6個三進制碼元。18100BASE-T2克服100BASE-T4在實際應用中的不利因素：不支持全雙工；不能工作于2對絞線對上

雙向雙工基帶傳輸：一對絞線對上同時在兩個方面上發(fā)送編碼碼元鏈路兩段NIC在環(huán)路定時上采用主從工作模式5級脈沖幅度調制(PAM：PulseAmplitudeModulation)193.2.3100BASE-X物理層協(xié)調子層邏輯鏈路控制(LLC)媒質訪問控制(MAC)物理編碼子層(PCS)物理媒質聯(lián)結(PMA)子層光纖物理媒質相關(PMD)雙絞線物理媒質相關(PMD)光纖MDI雙絞線MDI上層協(xié)議層CSMA/CD分層100BASE-XRJ45SC100BASE-TX100BASE-FX媒質無關接口(MII)21鏈路長度采用5類UTP的鏈路長度最大為100米采用半雙工模式的光纖，從DTE到DTE的鏈路長度不超過400米

采用全雙工多模光纖時DTE到DTE的鏈路長度可達2千米

部署2個中繼器的網絡跨度，即任意一對結點間距離小于200米采用光纖時，部署1個中繼器的網絡跨度約為300米

22遠端故障生成遠端故障檢測鏈路監(jiān)測TXRXPMDxPMA載波偵聽發(fā)送接收發(fā)送比特流接收比特流PCSTXD<3:0>TX_ENTX_ERRXD<3:0>RX_DVRX_ERRX_CLKCRSTX_CLKCOL發(fā)送中接收中MIItx_bits[4:0]rx_bits[4:0]載波檢測rx_code-bitlink_statustx_code-bit故障中rx_nrzi-bittx_nrzi-bitsignal_statuslink_controlMDI發(fā)送接收carrier_statusrxerror_status234B/5B編碼數(shù)據(jù)碼組是4比特長的任意數(shù)據(jù)，來自或送往MII，在PCS中透明空碼組的作用是為了維持時鐘同步，它產生或終止于PCS控制碼組成對出現(xiàn)，用于MAC幀定界，也產生或終止于PCS25碼組值簡化表示名MII半字節(jié)值說明1111000000數(shù)據(jù)碼組0100110001數(shù)據(jù)碼組1010020010數(shù)據(jù)碼組1010130011數(shù)據(jù)碼組0101040100數(shù)據(jù)碼組0101150101數(shù)據(jù)碼組0111060110數(shù)據(jù)碼組0111170111數(shù)據(jù)碼組1001081000數(shù)據(jù)碼組1001191001數(shù)據(jù)碼組10110A1010數(shù)據(jù)碼組10111B1011數(shù)據(jù)碼組11010C1100數(shù)據(jù)碼組11011D1101數(shù)據(jù)碼組11100E1110數(shù)據(jù)碼組11101F1111數(shù)據(jù)碼組11111I未定義空碼組，填充流間空11000J0101流開始分界，總與K成對出現(xiàn)10001K0101流開始分界，總與J成對出現(xiàn)01101T未定義流結束分界，總與R成對出現(xiàn)00111R未定義流結束分界，總與T成對出現(xiàn)26Fiber-PMD的SC連接器SC類型連接器光纜光輸出光輸入接插鈕接入端發(fā)送端插座面板接插鈕槽293.2.4MAC控制子層MAC控制子層MA_DATA.indicationMA_CONTROL.indicationMA_DATA.requestMA_CONTROL.request發(fā)送幀接收幀MACLLC30MAC控制幀格式目標地址源地址長度/類型MAC控制操作碼MAC控制參數(shù)保留(發(fā)送零)6個八位組6個八位組2個八位組2個八位組(最小幀長-160)/8個八位組0x8808PAUSE

PAUSE=0x0001時長

0~65535個計量單位，一個單位對應于512比特的傳送時長313.2.510/100Mbps自動協(xié)商

自動協(xié)商的信息被封裝在一組脈沖中，這組脈沖稱為快速鏈路脈沖（FLP：FastLinkPulse）間隔62.57s的單脈沖10BASE-T的鏈路脈沖被命名為常規(guī)鏈路脈沖（NLP：NormalLinkPulse）:168ms32FLP/NLP脈沖樣式FLP突發(fā)脈沖序列NLP脈沖序列最多33個脈沖最多33個脈沖62.57s168ms33發(fā)送脈沖序列及編碼

1個FLP突發(fā)脈沖由33個脈沖位置17個奇數(shù)號位置必須有一個鏈路脈沖用于時鐘信號的傳送；16個偶數(shù)號位置脈沖表示數(shù)據(jù)信息：有脈沖表示邏輯1，無脈沖表示邏輯0。16個數(shù)據(jù)編碼位構成一個“鏈路編碼字”(LinkCodeWord)，由FLP突發(fā)脈沖序列傳送34FLP突發(fā)脈沖的編碼示例

脈沖位置1脈沖位置2脈沖位置3脈沖位置4脈沖位置5脈沖位置6脈沖位置7D0D21D101數(shù)據(jù)編碼時鐘脈沖35基本頁基本鏈路編碼字稱為基本頁(basepage)選擇器字段(5b)，表示32種消息(取00001b)技術能力字段(8b)，與選擇器字段相關的支持能力RF字段(D13)，向對端告知遠端故障(RemoteFault)ACK字段(D14),通告對端已成功收到其鏈路碼字后續(xù)頁(NP:NextPage)字段,指明是否有附加鏈路碼字S0S1S2S3S4A0A1A2A3A4A5A7A7RFACK選擇器字段NPD0D1D2D3D4D5D6D7D8D9D10D11D12D13D14D15技術能力字段36技術能力字段的比特分配

比特技術最低線纜類型A010BASE-T2對線的3類雙絞線A110BASE-T全雙工2對線的3類雙絞線A2100BASE-TX2對線的5類雙絞線A3100BASE-TX全雙工2對線的5類雙絞線A4100BASE-T44對線的3類雙絞線A5全雙工鏈路的PAUSE操作無A6全雙工鏈路的不對稱PUASE操作無A7保留未用無373.3千兆位以太網3.3.1技術特點GbE

vsATM交換機技術協(xié)議分層結構協(xié)調子層和GMII381.GbE

vsATMATM目標定位于骨干,以太網定位于本地ATM以SDH作為主要的傳輸基礎，以太網部分采用了光纖傳輸技術ATM接口豐富但過于復雜，以太網接口單一易于升級和擴展ATM帶寬資源有效利用低但有QoS支持，以太網不予考慮趨勢：ATM技術分攤到IP和以太網392.交換技術引入二/三層交換，實現(xiàn)VLAN，支持安全配置、廣播抑制、高效組播性價比是IP路由器的8~16倍部署范圍可達數(shù)十千米已構成LAN/MAN的骨干，也是企業(yè)內部網的核心403.協(xié)議分層結構MAC控制LLCMAC協(xié)調PCSPMACX-PMDSX-PMDLX-PMDT-PMDMDIMDIMDIMDIPCSPMAPMDMDIMDIPCSPMAPMD千兆中繼器1000BASE-CX1000BASE-SX1000BASE-LX1000BASE-TPCSPMAGMIIGMII414.GMII<幀間隔><前導><幀開始定界符><數(shù)據(jù)><幀結束定界符><擴展>載波擴展(CarrierExtend)是一組特定數(shù)據(jù)(缺省為0x0F)給MAC子層提供了選擇機會，以決定是否要在一幀數(shù)據(jù)結束之后還保持一段占用時間，或者是否要求在突發(fā)的相繼兩幀之間增大間隔時間

423.3.21000BASE-X標準

鏈路配置1000BASE-CX1000BASE-SX(850nm)1000BASE-LX(1300nm)150STP支持不支持不支持125/62.5m多模光纖不支持支持支持125/50m多模光纖不支持支持支持125/10m多模光纖不支持不支持支持連接器IEC類型SFFMT-RJ或雙向SCSFFMT-RJ或雙向SC431000BASE-X特征1250Mbps全雙工,或單雙工8B/10B編碼技術幀間隙內插入IDLE碼組維持時鐘同步GMII接口采用了8比特長的數(shù)據(jù)通路自動協(xié)商功能中，鏈路段兩端設備通過特定碼組交換相關信息不同類型技術主要集現(xiàn)在MDI443.3.31000BASE-T標準

HHRTDX<5:4>TRTRDX<5:4>TDX<5:4>RDX<5:4>125MbaudHHRTDX<3:2>TRTRDX<3:2>TDX<3:2>RDX<3:2>125MbaudHHRTDX<1:0>TRTRDX<1:0>TDX<1:0>RDX<1:0>125MbaudHHRTDX<7:6>TRTRDX<7:6>TDX<7:6>RDX<7:6>125MbaudPAM5碼元PAM5碼元4線對5類UTPPCSPCSPMAPMA250Mbps250MbpsH：混合器（Hybrid）

451.物理層主要功能每對雙絞線的數(shù)據(jù)傳輸速率為250Mbps2比特的數(shù)據(jù)采用4維5級的PAM編碼，相應的線路速率為125M波特

自動協(xié)商功能由鏈路段的兩端,通過協(xié)商設置主從關系通常將多端口設備置為主462.PCS的編解碼算法LFSR(線性反饋移位寄存器：LinearFeedbackShiftRegister)隨機化傳輸數(shù)據(jù)

碼元符號編碼器LSFR值與符號字發(fā)生器比特編碼發(fā)生器數(shù)據(jù)編碼器比特碼元映射符號編碼器GMIITxDn[7:0]Scrn[32:0]Sxn[3:0]Syn[3:0]Sgn[3:0]Scn[7:0]Sdn[8:0]TAnTBnSnAnTDnTCnSnBnSnCnSnDnAnBnCnDn473.自動協(xié)商1000BASE-T要求必須支持；物理層在交換自動協(xié)商基本頁后，不停頓的再交換1個1000BASE-T格式頁和2個1000BASE-T的無格式頁；主從角色的決擇，依據(jù)手動優(yōu)先、多端口優(yōu)先為主和種子值大者優(yōu)先的原則。48基本頁和后續(xù)頁的比特設置比特定義說明基本頁D151指示存在后續(xù)頁第0頁(后續(xù)消息頁)M10:M08

第1頁(后續(xù)無格式頁)U10:U50保留未用U41=有/0=無對半雙工的支持U41=有/0=無對全雙工的支持U21=多口/0=單口端口數(shù)目類型U11=主/0=從手動配置的主從值U01=是是否能手動配置主從第2頁(后續(xù)無格式頁)U10:U0種子(Seed)主從種子值493.4萬兆位以太網不再共享帶寬碰撞或沖突檢測，載波監(jiān)聽和多址接入已不再重要保留了以太網幀結構10GBASE-W支持廣域網接口，與SONETOC-192兼容，其時鐘為9.953Gbit/s，數(shù)據(jù)流為9.585Gbit/s最長傳輸距離可達40千米省略MAN骨干網設備的POS和ATM鏈路

503.4.1協(xié)議分層結構5110G串行物理媒體層

10GBASE-[E/L/S][R/W/X][/4]10GBASE-[媒質類型][編碼方案][波長數(shù)]R：Regularreach,常規(guī)長度W：WIS(WANInterfaceSub-layer)X:eXtended52常見規(guī)范10GBASE-[E/L/S][R/W/X][/4]名稱描述最大傳輸距離(m)10GBASE-SR850nm串行局域網物理層設備30010GBASE-LR1310nm串行局域網物理層設備10k10GBASE-ER1550nm串行局域網物理層設備40km10GBASE-SW850nm串行廣域網物理層設備30010GBASE-LW1310nm串行廣域網物理層設備10km10GBASE-EW1550nm串行廣域網物理層設備40km533.4.2WAN幀定界和速率調整與傳統(tǒng)的以太網兼容，必須保持用以太網的幀格式來承載業(yè)務為適于OC-192c幀格式傳輸，需在物理層實現(xiàn)從以太網幀到OC-192c幀格式的映射廣域網進行長距離、高速率傳輸時必然會導致線路信號頻率和相位產生較大的抖動，而以太網的傳輸是異步的，在接收端實現(xiàn)信號同步比較困難

54修改千兆位以太網幀格式

復接MAC幀的過程中用2字節(jié)替換前導頭的2個字節(jié)作為長度字段，然后對這8個字節(jié)進行CRC-16校驗，將最后得到的兩個字節(jié)作為HEC插入SFD之后修改后的以太網對抖動不敏感，對時鐘的要求不高增強了物理層的網絡管理和維護，可在物理線路上實現(xiàn)保護倒換

避免了繁瑣的同步復用，不是從低速