《現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)》課件第6章

第6章現(xiàn)代局域網(wǎng)技術(shù)6.1100M快速以太網(wǎng)6.2以太網(wǎng)的交換技術(shù)6.31Gb/s高速以太網(wǎng)技術(shù)6.4光纖分布數(shù)據(jù)接口FDDI習(xí)題6.1.1快速以太網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)

100?M快速以太網(wǎng)的基本思想是：保留802.3幀格式和CSMA/CD協(xié)議，將數(shù)據(jù)傳輸從10?Mb/s提高到100?Mb/s，相應(yīng)位的時隙從100?ns減小到10?ns。從技術(shù)上講，100?M以太網(wǎng)可以完全照搬原來的10BASE5、10BASE2的標(biāo)準(zhǔn)，但因為使用UTP和集線器的10BASE-T優(yōu)點突出，所以100?M以太網(wǎng)基本上采用UTP與集線器的組網(wǎng)方式，而不再使用帶有分接頭或BNC接頭的同軸電纜。從OSI層次來看，快速以太網(wǎng)與傳統(tǒng)10?M以太網(wǎng)一樣仍然占有數(shù)據(jù)鏈路層和物理層，如圖6-1所示。從IEEE802標(biāo)準(zhǔn)來看，它具有MAC子層和物理層(包括物理介質(zhì))的功能。100?M以太網(wǎng)有三種不同的物理層標(biāo)準(zhǔn)，每種物理層連接不同的介質(zhì)，適合于不同的布線要求。6.1100?M快速以太網(wǎng)圖6-1高速以太網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)

(1)100BASE-TX：使用2對5類UTP雙絞線，一對用于發(fā)送數(shù)據(jù)，另一對用于接收數(shù)據(jù)。

(2)?100BASE-T4：使用4對3類UTP雙絞線，一對用于發(fā)送數(shù)據(jù)，一對用于接收數(shù)據(jù)。另兩對則是雙向的，將100?M的數(shù)據(jù)信號分配到3對電纜傳輸，從而降低了對電纜的要求。一般將100BASE-TX和100BASE-T4統(tǒng)稱為100BASE-T。站點與集線器的最大距離不超過100?m。

(3)?100BASE-FX：使用內(nèi)徑為62.5?μm，外徑為125μm的多模光纜。用它的一對光纜中的一路作發(fā)送，另一路作接收。站點與服務(wù)器的最大距離為185?m，服務(wù)器與工作站之間的最大距離為400?m。也可以使用單模光纖，最大距離可達2?km。6.1.2快速以太網(wǎng)系統(tǒng)的組成快速以太網(wǎng)系統(tǒng)的組成包括(如圖6-2所示)：●網(wǎng)絡(luò)適配器(網(wǎng)卡)?！裢庵檬瞻l(fā)器與收發(fā)器電纜?！窦€器?！耠p絞線或光纖電纜。圖6-2100?M快速以太網(wǎng)系統(tǒng)的組成

100?M快速以太網(wǎng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)適配器(網(wǎng)卡)與集線器連接有兩種方式。若網(wǎng)卡上內(nèi)置收發(fā)器，則網(wǎng)卡與集線器均通過RJ-45連接器連接無屏蔽雙絞線(與10BASE-T相同)；若是無收發(fā)器的網(wǎng)卡，則要配置外置收發(fā)器，在網(wǎng)卡上有一個40芯MII(介質(zhì)獨立接口)連接器，通過MII連接器外接收發(fā)器，再通過外接收發(fā)器用雙絞線與集線器連接。對于100BASE-FX以太網(wǎng)系統(tǒng)，網(wǎng)卡配置了SC連接器連接62.5/125多模光纜集線器，若使用外置光纜收發(fā)器，網(wǎng)卡也要通過40芯MII連接器連接外置光纜收發(fā)器。

100?M快速以太網(wǎng)系統(tǒng)的集線器是星形結(jié)構(gòu)的核心。集線器多種多樣。●按結(jié)構(gòu)分類：共享型和交換型?！癜唇橘|(zhì)分類：100BASE-TX(使用雙絞線的集線器)和100BASE-FX(使用光纜的集線器)?！癜丛O(shè)備分類：單臺非擴展型和可擴展疊堆型。一般集線器配置了8～24個端口，但不論多少端口，整個系統(tǒng)也只能是100?M帶寬的。端口數(shù)越多，則每個站點獲得的帶寬越少，因此一般端口數(shù)不超過24個。而交換型集線器能使整個系統(tǒng)的帶寬大大拓展。有關(guān)交換型以太網(wǎng)后面將作詳細介紹。疊堆型集線器就是把單個端口數(shù)有限的集線器疊堆成一個端口數(shù)成倍增加的疊堆式集線器，常用于小型系統(tǒng)中的干線設(shè)備。光纜作為介質(zhì)為系統(tǒng)擴展帶寬帶來極好的前景，光纜系統(tǒng)不僅有較強的抗干擾和抗信息泄漏的能力，而且有利于系統(tǒng)中設(shè)備之間距離的延伸。集線器到桌面可延伸到2?km(多模光纜)及40?km(單模光纜)。使用雙絞線的集成器價格低廉，安裝方便。目前使用雙絞線，在100?M傳輸率情況下，介質(zhì)段最長不超過100?m。6.1.3快速以太網(wǎng)與10BASE-T/FL性能比較

100?M快速以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.3u是從802.3標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展過來的，它繼承了10BASE-T和10BASE-FL技術(shù)，并進一步發(fā)展。100M快速以太網(wǎng)與10BASE-T/FL在MAC子層和物理層的性能上有相同之處，也有明顯的區(qū)別，比較如表6-1所示。從兩者在物理層的比較來看，除傳輸率相差10倍外，100BASE-TX環(huán)境中傳輸介質(zhì)的選擇只能是5類UTP，但增加了150?Ω特性阻抗的STP；在100BASE-FX環(huán)境中增加單模光纜SMF作為傳輸介質(zhì)。在物理層中，另一明顯差別在于編碼技術(shù)，快速以太網(wǎng)100BASE-TX/FX采用的代碼和編碼技術(shù)與FDDI標(biāo)準(zhǔn)相同，即采用了4B/5B代碼表示和NRZI編碼技術(shù)，在介質(zhì)上以時鐘為125?M的信號波特率來獲得100?M的代碼傳輸率。NRZI編碼技術(shù)與曼徹斯特編碼完全不同，它以信號跳變表示“1”，不跳變(即高或低電平)表示“0”來編碼4B/5B代碼。從兩者在MAC子層上的比較來看，由于幀結(jié)構(gòu)完全相同，因而其最大幀和最小幀長度也完全相等(分別為1516?B和64?B)。兩者傳輸率相差10倍后，每一位的時間寬度也相差10倍，100BASE-TX/FX為0.01?μs，而10BASE-T/FL為0.1?μs。在兩者CSMA/CD的介質(zhì)訪問控制方式機制完全一樣的情況下，碰撞槽時間在快速以太網(wǎng)系統(tǒng)環(huán)境中比10?Mb/s傳輸率以太網(wǎng)系統(tǒng)小了10倍。碰撞槽時間的明顯差別，反映到碰撞域范圍上也有明顯的差別。不論是10BASE-T/FL還是100BASE-TX/FX，它們對于交換和全雙工技術(shù)均是支持的。對于交換技術(shù)而言，除了所有端口均為10?M或100?M的交換式集線器外，在10?M交換式集線器上配置了1～2個100?M端口作為上連端口，在100?M交換集線器上配置了1～2個1?G的上連端口，上連端口用以連接服務(wù)器或(和)系統(tǒng)高速干線。對于100?M傳輸率的全雙工技術(shù)說來，由于快速以太網(wǎng)的碰撞域范圍較小，因此在10BASE-TX/FX環(huán)境中使用全雙工技術(shù)以拓寬整個以太網(wǎng)系統(tǒng)的范圍比在10?M以太網(wǎng)環(huán)境中更為重要和迫切。6.2以太網(wǎng)的交換技術(shù)6.2.1以太網(wǎng)交換的概念眾所周知，過去使用的10BASE5、10BASE2、10BASE-T以太網(wǎng)，甚至100BASE以太網(wǎng)系統(tǒng)均是一種共享式以太網(wǎng)系統(tǒng)，已越來越不能滿足多媒體應(yīng)用對網(wǎng)絡(luò)帶寬的要求。在整個系統(tǒng)中，受到CSMA/CD介質(zhì)訪問控制方式的制約，各站點去競爭和共享網(wǎng)絡(luò)的帶寬，那么整個系統(tǒng)的帶寬只是10?Mb/s，因而整個系統(tǒng)處在一個碰撞域范圍中。在此范圍中連接的站，在系統(tǒng)運行時每個站都可能往介質(zhì)上發(fā)送幀，那么每個站要占用介質(zhì)的幾率就是1/n(n為站數(shù))。比如說，在10?M共享型以太網(wǎng)系統(tǒng)的一個碰撞域中，每個站得到的帶寬只能是10?M/n，若n＝20，則每個站獲得的帶寬為500?kb/s。在一個碰撞域中站數(shù)越多，則每個站得到的帶寬越少，也就是說，每秒往介質(zhì)上最多能發(fā)送的數(shù)據(jù)量越少。當(dāng)然，以上討論每個站獲得的帶寬是一個平均數(shù)。強調(diào)在系統(tǒng)的一個碰撞域中，每個連接的站都在爭用介質(zhì)，以太網(wǎng)受到CSMA/CD的制約后，所有的站均在爭用介質(zhì)而共同分割帶寬，這就是所謂的“共享型”以太網(wǎng)。綜上所述，共享型以太網(wǎng)系統(tǒng)的不足之處在于：●受到CSMA/CD的約束，一個碰撞域的帶寬是固定的，對于10?M和100?M以太網(wǎng)環(huán)境而言，其系統(tǒng)的帶寬分別為10?Mb/s和100?Mb/s?！裨谝粋€碰撞域的系統(tǒng)中，每一個站點的平均帶寬為系統(tǒng)帶寬的1/n，其中n為站點數(shù)。當(dāng)n越大，即站點數(shù)越多時，每一站點得到的平均帶寬越小?！裨谝粋€碰撞域的系統(tǒng)中，可以只有一個工作組，也可能有多個工作組。在多個組的情況下，每個時刻只允許一個組中某個站點運行，其他組等待，即系統(tǒng)的帶寬被多個組所分割。●在多個組的碰撞域中，每個組運行的數(shù)據(jù)流被廣播到系統(tǒng)的所有站點上去，即除了本組的所有站點外，其他組的站點也都能感覺到該數(shù)據(jù)流的存在。因此共享型以太網(wǎng)對要求數(shù)據(jù)有一定安全性的環(huán)境來說是不合適的。●LAN的覆蓋范圍(即碰撞域的覆蓋范圍)受到CSMA/CD的制約。自從10BASE-T技術(shù)和產(chǎn)品出現(xiàn)后，由于其星形結(jié)構(gòu)的特點，以集線器為中心連接各個站點的物理結(jié)構(gòu)，為以太網(wǎng)系統(tǒng)中同一時刻建立多個數(shù)據(jù)通道提供了必要的基礎(chǔ)。在20世紀80年代后期，即10BASE-T出現(xiàn)后不久，就出現(xiàn)了交換式以太網(wǎng)集線器。到了90年代，隨著快速以太網(wǎng)技術(shù)和產(chǎn)品的發(fā)展，快速以太網(wǎng)的交換技術(shù)和產(chǎn)品得到了更快發(fā)展和廣泛應(yīng)用。交換型以太網(wǎng)系統(tǒng)中的交換式集線器也稱為以太網(wǎng)交換器或以太網(wǎng)交換機，以它為核心設(shè)備連接站點或者網(wǎng)段(如圖6-3所示)，交換器的各端口之間同時可以形成多個數(shù)據(jù)通道，端口之間幀的輸入和輸出已不再受到CSMA/CD介質(zhì)訪問控制協(xié)議的約束。比如，圖6-3中在交換機上同時存在了4個數(shù)據(jù)通道，它們可以是站與站、站與網(wǎng)段或者網(wǎng)段與網(wǎng)段之間的數(shù)據(jù)通道。網(wǎng)段是由多個站點構(gòu)成的一個共享借助的集合，一般一個共享式集線器連接若干個站點就構(gòu)成一個網(wǎng)段。圖6-3以太網(wǎng)交換機內(nèi)部具有多個通道既然不受CSMA/CD的約束，且在交換內(nèi)同時存在多個通道，那么就系統(tǒng)帶寬來說不再是只有10?M(對10BASE-T環(huán)境)或100?M(對100BASE-TX環(huán)境)，而與交換器所具有的端口數(shù)有關(guān)?？梢哉J為，若每個端口為10?M，則整個系統(tǒng)帶寬可達10?M×n，其中n為端口數(shù)，若n＝10，則系統(tǒng)帶寬可達100?M。因此，拓寬整個系統(tǒng)帶寬是交換型以太網(wǎng)系統(tǒng)最明顯的特點。在系統(tǒng)中包括了多個工作組的情況下，可以讓每個組單獨構(gòu)成一個網(wǎng)段，然后用一臺交換器連接多個網(wǎng)段。這些網(wǎng)段的運行是獨立的，雖然用交換器連接了這些網(wǎng)段，但不會像共享型集線器那樣，一個網(wǎng)段上的信息流擴散到其他端口，以致影響其他網(wǎng)段上組的運行。通過交換器可以隔離各個獨立網(wǎng)段的運行，不使信息流在各個端口上廣播。但另一方面，當(dāng)兩個獨立組需要交換數(shù)據(jù)時，交換器也能在兩個獨立組所在網(wǎng)段建立一條端口間的臨時數(shù)據(jù)通道，一旦交換結(jié)束，該通道隨即斷開。因此，交換器既能隔離網(wǎng)段又能保證網(wǎng)段間的連接功能。綜上所述，交換型以太網(wǎng)系統(tǒng)與共享型以太網(wǎng)系統(tǒng)相比有如下優(yōu)點：●每個端口上可以連接站點，也可以連接一個網(wǎng)段。不論是站點或網(wǎng)段均獨占10?M(或100?M)帶寬。●系統(tǒng)的最大帶寬可以達到端口帶寬的n倍(其中n為端口數(shù))。n越大，系統(tǒng)能達到的帶寬越高?！窠粨Q器連接了多個網(wǎng)段，每個網(wǎng)段都是獨立的、被隔離的。通過端口可以建立網(wǎng)段間的數(shù)據(jù)通道?！癖唤粨Q器隔離的獨立網(wǎng)段上數(shù)據(jù)流信息不會傳播到其他端口上，具有一定的數(shù)據(jù)安全性?！袢舳丝谥С秩p工傳輸方式，則端口介質(zhì)長度不受CSMA/CD制約，可以延伸距離；若端口只支持半雙工傳輸方式，則交換器的作用是連接網(wǎng)段以擴展網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍。6.2.2以太網(wǎng)交換機的工作原理用以太網(wǎng)交換機構(gòu)成的系統(tǒng)中，在交換機上完全擺脫了CSMA/CD介質(zhì)訪問控制方式的約束，交換機上同時存在著多個數(shù)據(jù)通道，交換機端口上連接的網(wǎng)段其信息流不會在其他端口上廣播等特點反映了其工作原理與共享型集線器完全不同。用共享型集線器組成的系統(tǒng)，在物理上看似星型結(jié)構(gòu)，但實際它的作用僅僅是作為物理層的中繼器，因此在邏輯上仍舊是一個具有多點接入的公共總線，也就是說，在邏輯上，共享型集線器上的各站點遵循著CSMA/CD介質(zhì)訪問控制方式。對于交換機組成的系統(tǒng)，物理上是星形連接的，并且同時有多個數(shù)據(jù)通道并存，在端口之間既隔離又連接的功能反映在邏輯上可以認為是一個受控制的多端口開關(guān)矩陣。圖6-4表示以太網(wǎng)交換機的工作原理，它有5個端口，2個不同口之間具有1個邏輯開關(guān)，這樣在交換器上可以存在20個邏輯開關(guān)控制著20個數(shù)據(jù)通道，每個數(shù)據(jù)通道實際上反映了1個端口發(fā)送幀、另一個端口接收幀的邏輯現(xiàn)象。顯然，正常工作時1個端口不能同時向2個及2個以上端口發(fā)送幀(廣播或組播幀除外)，1個通道上也不能同時進行雙向的數(shù)據(jù)傳輸(全雙工數(shù)據(jù)傳輸除外)。圖6-4以太網(wǎng)交換機的工作原理6.2.3以太網(wǎng)交換機的交換方式

1．靜態(tài)交換與動態(tài)交換方式在靜態(tài)交換方式下，端口間的通道連接由人工預(yù)先在交換機中設(shè)定，端口間連接通道是固定的。若要改變端口間的連接通道，則必須人工重新配置，這種靜態(tài)交換的交換機并未實現(xiàn)端口間網(wǎng)段的隔離，而是一個類似于硬件的連接，一旦配置完成，端口間就一直按照固定的連接方式進行幀的交換。有一種稱為“端口交換機”的產(chǎn)品就采用了靜態(tài)交換方式。動態(tài)交換方式完全不同于靜態(tài)交換方式，它基于網(wǎng)橋工作原理。動態(tài)交換雖然最終也實現(xiàn)了兩個端口之間的連接，形成一個幀交換通道，但通道實現(xiàn)的機制不同于用人工進行配置的靜態(tài)交換方式。根據(jù)透明網(wǎng)橋工作原理，動態(tài)交換端口間通道的形成是基于MAC地址的操作，根據(jù)輸入端口上幀的目的地址查找“端口-地址”表，就能決定端口間的連接，形成幀傳送通道。而在連接過程中，只傳送一個幀，之后，通道自動斷開。連接過程實際上與幀傳送同時進行，且傳送一幀作一次連接。目前，動態(tài)交換方式的交換機被廣泛采用，雖然其有各種各樣的特點，但從本質(zhì)上來說，可以分為存儲轉(zhuǎn)發(fā)(StoreForward)、穿通(CutThrough)以及碎片丟棄(FragmentFree)三種方式。

2．存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換方式存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換是動態(tài)交換方式中最常用的一種方式。當(dāng)幀從端口進入交換機時，首先把接收到的整個幀暫存在該端口的高速緩存中(如圖6-5所示)。交換機根據(jù)緩存中幀的目的地址查“端口-地址”表(通過自學(xué)習(xí)生成的)，得到輸出端口號，然后把幀轉(zhuǎn)發(fā)到輸出端口，經(jīng)輸出端口高速緩存后輸出到目的站上。圖6-5存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換工作方式存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換方式最主要的優(yōu)點是幀的傳輸可靠。從源站到目的站傳輸幀的過程中，分別進行了兩次鏈路差錯檢驗，首先是從源站到交換器輸入端口這一段鏈路上進行第一次幀的傳輸后的差錯檢驗。差錯檢驗的內(nèi)容包括去除由于鏈路產(chǎn)生碰撞而形成的幀碎片以及CRC檢驗。若CRC檢驗發(fā)現(xiàn)出錯，則要求源站重發(fā)幀直至CRC檢驗正確為止，否則指出鏈路有故障而要求排除故障。第二次差錯檢驗發(fā)生在輸出端口至目的站的鏈路上。差錯檢驗同樣包括去除碎片和CRC檢錯糾錯過程。因此在可靠性較差的鏈路環(huán)境中選用存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換方式是比較合適的。存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換方式的主要缺點在于通過交換機有較長的延遲時間，自輸入端接收的幀經(jīng)串/并行轉(zhuǎn)換后，完整地存放在高速緩存中，整個過程要消耗較多的時間開銷。當(dāng)找到輸出端口號后，幀的輸出又要經(jīng)過并/串轉(zhuǎn)換過程消耗時間。顯然，幀的長度越長，消耗的時間越多。

3．穿通交換方式穿通交換方式針對存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換方式延遲時間過長的缺點進行改進，它借助于幀的目的地址，當(dāng)輸入端接收到幀開始的6個字節(jié)(目的地址)后，交換機根據(jù)目的地址查“端口-地址”表，獲得輸出端口號后，就把整個幀導(dǎo)向輸出端口，避免了存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換方式中幀的串/并、并/串轉(zhuǎn)換和緩存的時間消耗。穿通交換方式最主要的優(yōu)點是端口間交換時間短，但是這種優(yōu)點是以犧牲幀傳輸?shù)目煽啃宰鳛榇鷥r的，顯然在幀傳輸過程中無法進行差錯檢驗，一直到目的站接收到幀后，才做一次差錯檢驗，去除碎片以及CRC檢錯糾錯。此時的碎片有可能發(fā)生在源站與交換機的鏈路上，而碎片還要經(jīng)過交換機遍及到目的站的鏈路。同樣，CRC錯誤的發(fā)生也可能在開始的那段鏈路上而一直傳到目的站才被發(fā)現(xiàn)，此后，目的站要求源站重發(fā)幀。如此跨越兩個鏈路及交換機的檢錯和糾錯過程消耗了大量時間，特別是當(dāng)鏈路的可靠性較差時，穿通交換方式會在差錯檢驗過程中消耗較多的時間。因此穿通方式適用于鏈路可靠性較高的環(huán)境中，在此環(huán)境中，可以充分發(fā)揮穿通方式交換時間短的特點。

4．碎片丟棄交換方式碎片丟棄交換方式是存儲轉(zhuǎn)發(fā)和穿通兩種交換方式的折中方案。當(dāng)交換機的輸入端口上幀輸入到了512?bit時，交換器就可以根據(jù)前6個字節(jié)目的地址查交換機中的“端口-地址”表，獲得輸出端口號后，就把幀導(dǎo)向輸出端口，完成端口間幀的交換。這種交換方式在源站和交換機輸入端口的鏈路上仍不進行CRC差錯檢驗和糾錯，而若鏈路上出現(xiàn)碎片，必定是長度小于512?bit的殘幀，則被鏈路的終端自動丟棄。只有當(dāng)幀的長度超過512?bit時(認為是一個完全的幀)，才能夠轉(zhuǎn)發(fā)到輸出端口，從輸出端口至目的站的這段鏈路上仍會出現(xiàn)碰撞而使目的站丟棄幀碎片。從源站至目的站，經(jīng)過2段鏈路和1個交換機，幀傳輸?shù)腃RC檢驗工作與穿通交換方式一樣，只在目的站上進行。若CRC檢驗有錯，則目的站要求源站重發(fā)該幀直至目的站接收正確為止，否則按鏈路故障處理(在若干次重發(fā)幀的CRC檢錯后)，要求排除鏈路故障。碎片丟棄交換方式只是穿通交換方式的一種改進，優(yōu)點在于前段鏈路上產(chǎn)生的幀碎片不會傳播到目的站。顯然，由于必須在512?bit后才開始幀的交換，與穿通交換方式比較，交換延遲時間要長。對于可靠性較差的鏈路環(huán)境，碎片丟棄交換方式與穿通交換方式一樣會消耗大量的時間在CRC檢錯和糾錯過程上，并未顯出其交換方式的特點。碎片交換方式的交換機適合在鏈路可靠且前段鏈路重負荷(即容易產(chǎn)生碰撞)的環(huán)境中使用，才能進行高效率的幀交換工作。6.2.4以太網(wǎng)交換機的分類以太網(wǎng)交換機大致可分為單臺(不可疊堆)、可疊堆式以及廂體模塊式三類。由于交換機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與共享式集線器完全不同，因此交換機不像共享式集線器那樣容易疊堆集成。因此早期的以太網(wǎng)交換機不能疊堆，只能單臺使用。疊堆集成并不是簡單地把設(shè)備物理上疊堆在一起，而是邏輯上仍是單臺設(shè)備的串接。對于共享型集線器來說，疊堆集成后便成為端口數(shù)目成倍增長的另一臺共享型集線器，并非幾臺共享型集線器物理上簡單地串接。而交換機疊堆后，不僅端口數(shù)量成倍增長，而且整個疊堆設(shè)備在邏輯上構(gòu)成完整的一臺交換機，該交換機的帶寬成倍增長。這是共享型集線器所不可比擬的。可疊堆的交換機設(shè)備可以單臺使用，但若把它們疊堆時，為了連接各臺交換機，在外部附加一個集成裝置作為背板總線(如圖6-6所示)。如果交換機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)采用總線交換結(jié)構(gòu)，則附加裝置比較簡單；如果交換機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)采用矩陣交換結(jié)構(gòu)，則附加裝置就比較復(fù)雜。圖6-6交換機的疊堆方式廂體模塊式交換機是疊堆集成的進一步發(fā)展(如圖6-7所示)。每一個單獨的交換機以模塊式插入廂體中的母板上，母板結(jié)構(gòu)猶如疊堆集成交換的附加裝置，每一交換機模塊上提供了8～16個端口。若交換機的端口處在同一模塊上，則就在該模塊上完成端口間的幀交換工作，不必跨越母板；若交換的端口處在兩個不同的模塊上，則完成幀交換工作必須經(jīng)過母板上的傳輸總線，即幀從一個模塊跨越母板后到達另一模塊。母板上為交換模塊提供了若干個固定插槽，母板總線的帶寬至少應(yīng)該是所有模塊帶寬的總和。

圖6-7廂體模塊結(jié)構(gòu)廂體模塊式交換機不僅結(jié)構(gòu)完整、緊湊，而且擴展和管理方便。除此之外，還具有以下優(yōu)點：●維修方便：廂體上每一個模塊都可以熱插拔，即模塊有故障后，可以不關(guān)電源更換模塊?！窀呖煽啃裕涸O(shè)備運行高可靠性反映在三個方面。一是電源備份；二是可以采用無源母板結(jié)構(gòu)；三是母板上有源的交換引擎(Engine)可以另用模塊，并且該交換引擎模塊也采用雙備份技術(shù)?！裣到y(tǒng)集成和配置靈活：在廂體中不僅可以插入多種以太網(wǎng)交換模塊，例如100?M模塊或10?M模塊，而且還可以插入FDDI或ATM模塊。這樣在一個廂體中，就可以集成多種網(wǎng)絡(luò)。更進一步，還可插入路由器等設(shè)備模塊。6.2.5以太網(wǎng)交換機的結(jié)構(gòu)

1．軟件執(zhí)行交換結(jié)構(gòu)這種結(jié)構(gòu)實際上借助于CPU與RAM的硬件環(huán)境，以特定的軟件來實現(xiàn)交換機端口之間的幀交換(如圖6-8所示)。從A端口輸入串行傳輸?shù)膸?，進入交換機后把幀的串行代碼轉(zhuǎn)換成并行代碼暫存在快速RAM中，此時CPU檢查幀中的目的地址，并把幀的目的地址與RAM中已經(jīng)存在的“端口-地址”表相比較，獲得輸出端口號B，這樣輸入與輸出端口間就建立了交換連接。此后，即把RAM中寄存的幀轉(zhuǎn)向輸出端口，并把并行代碼再轉(zhuǎn)換成串行代碼從輸出端口輸出。圖6-8軟件執(zhí)行交換結(jié)構(gòu)原理由于交換中所有的功能均由軟件來實現(xiàn)，因此這是一種比較靈活的結(jié)構(gòu)，但是也存在著交換機疊堆困難，無法處理信息的廣播，以及隨著功能的增加性能下降等缺點。特別是當(dāng)交換機的端口數(shù)越來越多時，僅靠一個CPU執(zhí)行軟件來處理多組端口間通道同時工作，負擔(dān)很重難以承受，因此該結(jié)構(gòu)逐漸被淘汰。

2．矩陣交換結(jié)構(gòu)

隨著VLSI芯片技術(shù)的發(fā)展，構(gòu)成一個以太網(wǎng)交換機可以完全采用硬件方法來實現(xiàn)(如圖6-9(a)所示)。一個矩陣交換結(jié)構(gòu)的交換機，其內(nèi)部主要由4部分組成：輸入、輸出、交換矩陣以及控制處理。圖6-9矩陣交換方式(a)矩陣交換結(jié)構(gòu)；(b)矩陣交換邏輯原理幀從輸入端輸入后，根據(jù)幀的目的地址，在交換機的“端口-地址”表中找到輸出端口號，根據(jù)這個輸出端口號就能在交換矩陣中找到一條路徑，達到所希望的輸出端口。當(dāng)輸入和輸出端口數(shù)相等時，便組成一對一的通道，輸出端口上不會產(chǎn)生幀傳輸擁塞現(xiàn)象。但當(dāng)輸入端口與輸出端口數(shù)不等時，特別當(dāng)輸出端口數(shù)目小于輸入端口數(shù)目時，在輸出端口處會產(chǎn)生幀的擁塞。為了避免擁塞而導(dǎo)致幀的丟失，必須在輸入和輸出部分增加幀的緩沖區(qū)，在緩沖區(qū)中進行幀的排隊。如果局域網(wǎng)的幀具有優(yōu)先權(quán)機制，那么在輸入或輸出部分中還必須保證高優(yōu)先權(quán)的幀優(yōu)先處理。交換矩陣的邏輯機制如圖6-9(b)所示，當(dāng)幀輸入時，接通了合適的交換開關(guān)連接到矩陣的輸出端上去。圖上表示了3個交換通道同時接通進行幀的交換。矩陣交換的優(yōu)點是利用硬件交換，結(jié)構(gòu)緊湊，交換速度快，延遲時間短。但這種結(jié)構(gòu)的交換機不便于簡單疊堆以擴展端口數(shù)和帶寬，而交換機上端口數(shù)的擴展會導(dǎo)致整個內(nèi)部結(jié)構(gòu)變動較大，不僅交換矩陣要重新設(shè)計和配置，且輸入和輸出部分的緩沖和排隊功能也變得越來越強。矩陣交換由于其多條通道獨立工作，因此對于每個通道的工作情況的監(jiān)控隨著端口數(shù)目的增加也變得越難于實現(xiàn)，不利于交換機性能監(jiān)控和運行管理。從交換矩陣工作的特點明顯地看到，這種結(jié)構(gòu)要在交換矩陣中實現(xiàn)幀的廣播傳送是有困難的。即使矩陣交換結(jié)構(gòu)有以上不足，但由于交換速度快，硬件延遲時間短等優(yōu)點，因而目前很多交換機產(chǎn)品仍采用這種結(jié)構(gòu)。

3．總線交換結(jié)構(gòu)總線交換結(jié)構(gòu)(如圖6-10所示)的交換機在它的母板上配置了一條總線，采用時分復(fù)用技術(shù)，各個端口均可以往總線上發(fā)送幀，即各個輸入端口所發(fā)送到總線上的幀均按時隙在總線上傳輸。對于輸出端口，當(dāng)幀輸入時，根據(jù)幀的目的地址獲得輸出端口號，在確定的端口上輸出幀。圖6-10總線交換結(jié)構(gòu)總線交換結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)點：

(1)便于疊堆擴展。與軟件執(zhí)行和矩陣交換兩種結(jié)構(gòu)相比，總線交換結(jié)構(gòu)的交換機疊堆和集成(以擴展端口數(shù)和帶寬)比較容易實現(xiàn)。

(2)容易監(jiān)控和管理。由于所有輸入和輸出的信息流量均集中在總線上，不像矩陣交換結(jié)構(gòu)那樣分散在各個端口間的通道上，因此對交換機性能監(jiān)控和管理比較容易。

(3)容易實現(xiàn)幀的廣播。從一個輸入端口上輸入的幀在總線結(jié)構(gòu)上很容易廣播到所有輸出端口上輸出。

4．共享型存儲器交換結(jié)構(gòu)共享型存儲器交換結(jié)構(gòu)的特點是使用大量的高速RAM來存儲輸入數(shù)據(jù)(如圖6-11所示)。由于數(shù)據(jù)直接從存儲器傳輸?shù)捷敵龆丝?，因而在交換機中完全不需要復(fù)雜的背板，結(jié)構(gòu)簡單。這種結(jié)構(gòu)的交換機比較容易實現(xiàn)疊堆擴展，但擴展到一定程度時，會產(chǎn)生延時。另外，由于在這種結(jié)構(gòu)中增加冗余交換引擎不僅復(fù)雜，而且成本高，因此，它最適合于小型交換機，或者疊堆式交換機和廂體模塊式交換機中的交換模塊。圖6-11共享存儲器交換6.2.6以太網(wǎng)交換機的技術(shù)指標(biāo)

1．“端口–地址”表大小在交換機中，數(shù)據(jù)幀能按目的地址正確轉(zhuǎn)發(fā)取決于對“端口-地址”表的使用。同樣，交換機能支持多少數(shù)目的工作站，也取決于“端口-地址”表中表項的數(shù)目。因此，交換機中“端口-地址”表的大小被視為影響網(wǎng)絡(luò)設(shè)備能力的一個約束條件?！岸丝?地址”表的大小有兩個影響因素：每個端口支持的地址數(shù)目以及交換機支持的地址數(shù)目。每一個“端口-地址”表約束條件僅在端口支持網(wǎng)段連接時有效；交換機支持的地址總數(shù)代表了對整個交換機有影響的約束條件。許多以太網(wǎng)交換機每個端口最多可以支持1024個地址用于連接網(wǎng)站或網(wǎng)段，而交換機總共能支持的地址數(shù)為8192個，這意味著，一臺有16個端口的交換機，如果其中已有8個端口滿負荷工作，那么余下的8個端口將不能利用，因為該交換器已經(jīng)用完了所有地址表的表項。所以，必須綜合考慮每個端口和交換機所支持的地址數(shù)目，將兩者與所期望的條件做比較。

2．體系結(jié)構(gòu)交換機有三種基本體系結(jié)構(gòu)：①使用專用集成電路(ASIC)；②使用復(fù)雜指令系統(tǒng)(CISC)；③使用精簡指令系統(tǒng)(RISC)。使用ASIC結(jié)構(gòu)通常延時會很低，性能也很高，但是由于其在升級時電路必須被替換，所以升級難以完成。而使用CSIC和RISC結(jié)構(gòu)的交換機，它們都利用可置換ROM中的指令進行工作。雖然這些區(qū)別看起來微不足道，但有時卻會造成很大影響。舉個例子，為了實施虛擬局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，需要把交換器升級。如果交換機是基于ASIC的，可能需要請技術(shù)人員到公司進行升級。而如果交換機是基于RISC或CISC的，則可以簡單地從廠商的WWW網(wǎng)址或電子公告牌下載新發(fā)布的軟件來進行升級。

3．自適應(yīng)端口為了提供一種從10?M升級到100?M帶寬的機制，國家半導(dǎo)體公司開發(fā)了一套名為Nway的芯片組。該芯片組有自動感知數(shù)據(jù)傳輸率的能力，這就是所謂的自適應(yīng)能力。這種能力使得交換機端口既可以支持10?M速率，又可以支持100?M速率。但是，這個特性僅當(dāng)連接一個10/100?M網(wǎng)卡時有效。否則，對這些數(shù)據(jù)傳輸率不固定的端口，必須用交換機控制臺來設(shè)定其運行速度。

4．母板傳輸率交換機的母板傳輸率可以確定該交換機支持大量并發(fā)交叉連接的能力和進行廣播傳輸?shù)哪芰?。舉個例子，假設(shè)一臺64端口的10BASE-T交換機的母板傳輸率為400?Mb/s，而該交換機最多可以支持64/2＝32個交叉連接，它的母板傳輸率至少必須為32×10?Mb/s＝320?Mb/s。然而，當(dāng)某個端口接收幀的目的地址在“端口-地址”表中無法找到時，交換機將把該幀廣播輸出到除接收端口外的所有端口。所以，在非阻塞模式下，該交換機必須有64×10?Mb/s＝640?Mb/s的傳輸率才能滿足要求。

5．幀碎片預(yù)防在有些交換機中，大多數(shù)的幀碎片(不正常結(jié)束的幀)都是在一定時間內(nèi)幀發(fā)生碰撞而產(chǎn)生的，這段時間等于接收64個字節(jié)的時間。在10?M的以太網(wǎng)上，這段時間等于51.2?μs。在穿通式交換環(huán)境中，延時被最小化，而幀碎片有可能被送往目的地址。為了防止這種情況發(fā)生，有些交換器允許用戶增加一段51.2?μs的延時，這使交換機有足夠長的時間確認幀的長度，如果幀長足夠大，它極有可能不是幀碎片。另一些交換機簡單地把51.2?μs的延時綁定到穿通方式，使其也具有這種錯誤預(yù)防特性。不管是哪一種方法，這段延時僅對支持以太網(wǎng)網(wǎng)段的穿通式交換器有效。

6．“胖通道”術(shù)語“胖通道”指高速端口。它是一個主要由10?M端口構(gòu)成的交換機中的100?M端口，或者10/100?M、100?M交換器中的155?MATM端口或千兆以太網(wǎng)端口。

7．過濾率和轉(zhuǎn)發(fā)率過濾率表示交換機在一段確定的時間內(nèi)，解釋幀目的地址的能力。而轉(zhuǎn)發(fā)率則表示在一段確定時間內(nèi)，交換機所轉(zhuǎn)發(fā)的幀的數(shù)目。過濾率和轉(zhuǎn)發(fā)率決定著交換機解釋和轉(zhuǎn)發(fā)幀的能力。在考慮這兩個指標(biāo)時，理解以太網(wǎng)上最大的幀傳輸率非常重要。在一個10?M以太網(wǎng)中，幀和幀之間有9.6?μs的距離。既然以太網(wǎng)幀的最大長度為1526字節(jié)，而每個位脈沖的時間是100?ns，我們可以計算出每幀的時間：

9.6?μs＋1526?byte×8?bit/byte×100?ns/bit＝9.6?μs＋12?208?bit×100?ns/bit＝1.23?ms所以，在1秒鐘內(nèi)最多會有1/1.23?ms＝812個最長幀通過。對于72字節(jié)的最短幀，每幀的時間計算如下：

9.6?μs＋72?byte×8?bit/byte×100?ns/bit＝67.2×10－6s因此，在10?M的以太網(wǎng)上，一秒鐘內(nèi)最多有1/67.2×10－6＝14?880個最短幀通過。如果使用100?M快速以太網(wǎng)，最小幀和最大幀的傳輸率是10?M網(wǎng)絡(luò)的10倍，則快速以太網(wǎng)每秒傳輸?shù)淖钚妥畲髱瑪?shù)分別為148?800個和8120個。要注意，這里是指交換機上每個端口的幀傳輸率。

8．流量控制流量控制是指對傳輸過程進行有序的調(diào)節(jié)。在一個交換的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，流量控制常被用來防止丟失數(shù)據(jù)和隨后的數(shù)據(jù)重傳。造成數(shù)據(jù)丟失的原因是，在源端口和目的端口之間數(shù)據(jù)傳輸率不匹配。比如，一臺服務(wù)器通過100?M快速以太網(wǎng)接口與交換機相連，而一臺客戶機通過10?M以太網(wǎng)接口與交換機相連，服務(wù)器對客戶機發(fā)出的查詢做出應(yīng)答。如果交換機內(nèi)部不使用緩沖器，這種速度不匹配必然導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。通過使用緩沖器，數(shù)據(jù)能夠以100?Mb/s的速度進入交換機，而以10?M的速度傳出。然而，既然進入速度是傳出速度的10倍，緩沖器很快就會用完，而且如果服務(wù)器傳輸大量的數(shù)據(jù)，緩沖器可能會溢出，導(dǎo)致隨后傳給交換機的數(shù)據(jù)丟失。因此，除非緩沖器無限大(但這是不可能的)，否則數(shù)據(jù)丟失的可能性將永遠存在。數(shù)據(jù)丟失也可能發(fā)生在多個源端口競爭訪問同一個目的端口的時候。如果每個源端口和目的端口的運行速度都相同，只要有兩個源端口競爭訪問同一個目的端口就可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。因此，需要有一種機制來調(diào)節(jié)交換機的數(shù)據(jù)流。這種機制就是流量控制。所有的以太網(wǎng)交換機或者在每個端口設(shè)有緩沖器，或者有一個中央存儲器充當(dāng)緩沖器。各種交換機的緩沖器的區(qū)別主要在容量上。有的交換機每個端口有128?K、256?K甚至1?M或2?M字節(jié)的緩沖器，而有的交換機可能僅有10或20個最大幀的臨時存儲能力。為了防止緩沖器溢出，通常采用三種技術(shù)：背壓法、軟件法和不控制法。

9．全雙工端口大多數(shù)以太網(wǎng)交換機通過四對線中的兩對進行不同方向的傳輸，使交換機具備了全雙工的雙向傳輸能力。全雙工技術(shù)可以被應(yīng)用于10BASE-T連接、快速以太網(wǎng)連接以及大多數(shù)有端口交換功能的交換機。由于在網(wǎng)段上有可能發(fā)生碰撞，所以進行網(wǎng)段交換的交換機端口就不能支持全雙工傳輸。

10．Jabber控制

Jabber是指長度超過1518字節(jié)的以太幀。Jabber通常是由硬件故障和碰撞引起的，接收設(shè)備由于錯誤地解釋該幀中的數(shù)據(jù)而受到影響。帶有Jabber控制能力的穿通式交換機會把該幀分割成正確的長度，而存儲轉(zhuǎn)發(fā)式交換機通常會自動丟棄Jabber幀。

11．延時延時是指從第一個位到達源端口起到第一個位離開目的端口之間的這段時間。穿通式交換器的延時大約是40?μs；而存儲轉(zhuǎn)發(fā)式交換機中，72字節(jié)幀的延時在80～90?μs之間，最長的1500字節(jié)幀的延時在1250～1300?μs之間。在通過交換機進行一個雙向信息交換的過程(比如一個客戶機/服務(wù)器會話)中，延時會造成時間信息的中斷。對于每次數(shù)據(jù)交流，交換機引起的最小等待時間等于交換機延時的兩倍，這就降低了交換機的有效吞吐率。穿通式交換機的延時最小，這對傳輸視頻或音頻信息很重要。

12．管理最常用的管理交換機的方法是：在每個交換機端口中加入RMON支持，這使得SNMP控制臺可以通過每個交換機所支持的RMON對象組收集統(tǒng)計信息。由于逐個對各個端口收集統(tǒng)計信息非常耗費時間，大多數(shù)支持RMON的交換器機創(chuàng)建了一個統(tǒng)計信息數(shù)據(jù)庫以便于查詢。

13．模塊插入方式廂體模塊式交換機支持兩種不同的模塊插入方式：斷電(SwitchPowerdown)插入和熱(Hot)插入。斷電插入要求先把交換機切換到非工作狀態(tài)，然后把它徹底關(guān)閉。熱插入方式則允許把模塊加入到正在運行的交換機中，而不會對設(shè)備和用戶造成影響。目前絕大部分交換器均采用熱插入方式。

14．端口緩沖區(qū)的大小為了彌補交換機自身的速度與連接在端口上的工作站或網(wǎng)段的運行速度之間的差距，交換機的端口都設(shè)有緩沖存儲器。某些交換機增大端口緩沖區(qū)的容量是為了使它能夠與流量控制機制共同發(fā)揮作用，而有些交換機則把端口緩沖存儲器作為流量控制的替代品。如果端口緩沖區(qū)僅僅被用作速度補償，它的大小可能會被限制在幾千字節(jié)內(nèi)。當(dāng)端口緩沖存儲器和流量控制機制配合使用或自身充當(dāng)流量控制機制時，每個端口的存儲容量可以達到64?K、128?K或256?K字節(jié)，甚至可以達到1?M或2?M字節(jié)。

15．端口模塊支持大多數(shù)以太網(wǎng)交換機都能支持以太網(wǎng)絡(luò)，但是，在不同廠商或產(chǎn)品系列之間，所支持的網(wǎng)絡(luò)類型有很大差別。對以太網(wǎng)來說，需要支持10BASE-2、10BASE-5、10BASE-T以及100BASE-T等局域網(wǎng)連接端口模塊。另外，對于其他許多不同類型的局域網(wǎng)，使用交換機需要提供交換端口模塊支持，比如對FDDI、全雙工Token-Ring、ATM等連接的支持。模塊化的以太網(wǎng)交換機可以添加翻譯橋模塊，使得通過同一塊背板就可以支持不同類型的網(wǎng)絡(luò)。

16．生成樹算法以太網(wǎng)使用生成樹算法來防止出現(xiàn)回路。如果存在回路，會導(dǎo)致幀被不斷地重復(fù)控制。在一個橋接的網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，通過使用橋接協(xié)議數(shù)據(jù)單元(BPDU)實現(xiàn)對生成樹算法的支持。通過BPDU使得多個網(wǎng)橋可以選出一個根橋，對一個無回路的網(wǎng)絡(luò)拓撲達成共識。

17．交換機類型交換機的各個端口可以支持一個或多個地址。如果每個端口支持一個地址，它就是一臺基于端口的交換機。如果每個端口支持多個地址，它就被認為是一臺基于網(wǎng)段的交換機，即使該交換機的一些或所有端口上只連接了一臺工作設(shè)備。

18．交換方式以太網(wǎng)交換機有三種交換方式運行：穿通式、存儲轉(zhuǎn)發(fā)式和兩者混合式。混合方式根據(jù)幀錯誤率閾值把穿通方式和存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式結(jié)合起來，也就是說，混合式交換機的初始狀態(tài)可能被設(shè)置為穿通方式，交換機在每個幀通過時，計算它的CRC值，并和幀的CRC字段的值做比較。當(dāng)幀錯誤率到達預(yù)先設(shè)定的閾值時，交換器就把運行方式切換到存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式，在該方式下，錯誤幀會被丟棄。

19．虛擬局域網(wǎng)支持虛擬局域網(wǎng)可以被看成是一個組播域，該域是按照交換機端口、MAC地址或一個網(wǎng)絡(luò)層參數(shù)來劃分的。因此，在說明以太網(wǎng)交換機的功能時，要對VLAN生成方法作出評價。使用VLAN的主要好處在于：生成臨時工作組，限制廣播傳輸以及提高安全水平。6.2.7以太網(wǎng)交換機的組網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用雖然以太網(wǎng)交換機的技術(shù)指標(biāo)不僅在不同廠商之間，而且在同一廠商的不同產(chǎn)品之間都存在相當(dāng)大的區(qū)別。但是，可以根據(jù)這些設(shè)備的端口的運行速度(表6-2列出了五種基本類型的以太網(wǎng)交換機)，將這些交換機歸納為兩大類：支持單一數(shù)據(jù)傳輸率的交換機和支持多種數(shù)據(jù)傳輸率的交換機。支持多種數(shù)據(jù)傳輸率的交換機通常被用在層次網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，對于單一數(shù)據(jù)傳輸率的交換機，由于其具有特定的數(shù)據(jù)傳輸率，通常應(yīng)用于某一層次。

1．多層次網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖6-12表示了通常使用的一種兩層交換型以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)。高層交換機的作用：充當(dāng)了一種干線連接機制，使得用戶在越過群組邊界后，可以訪問通常被稱為全局服務(wù)器的共享服務(wù)器。低層交換機的作用：使得對一個特定部門內(nèi)部的共享服務(wù)器(也稱部門服務(wù)器)的訪問更加方便。圖6-12兩層交換型以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)這種分層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)一般也可使用其他類型的低層交換機以及干線交換機，例如FDDI交換器、ATM交換器。通?？梢詫@種分層交換型網(wǎng)絡(luò)做一種變動：把部門級和全局服務(wù)器都連在上層交換機上，這樣所有服務(wù)器處于同一位置，有利于訪問和控制，通常被稱為服務(wù)器群。但是，如果高層交換機發(fā)生了故障，所有服務(wù)器將會受到影響。此外，一旦搭建了服務(wù)器群，所有傳輸都需要至少經(jīng)過兩次交換。而在前一種方案中，那些部門服務(wù)器被連接在部門級交換機上，對于那些連接部門交換機的群組用戶，大多數(shù)傳輸都發(fā)生在部門交換機上。

2．組網(wǎng)技術(shù)事實上，并不存在用以太網(wǎng)交換機組網(wǎng)的固定模式，要根據(jù)一個特定的環(huán)境決定交換機的使用。所以，對以太網(wǎng)交換功能的選擇，可以看成是如何使用交換功能并將其集成在一起，形成不同的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

1)群組級交換對于大多數(shù)桌面應(yīng)用程序來講，10?M的傳輸能力是足夠的。這意味著，典型的群組可以使用基本的10?M以太網(wǎng)交換機，附帶一些100?M端口或者具有胖通道功能，就可以和一個或多個本地網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器連接。圖6-13表示在群組內(nèi)，使用一臺10/100?M以太網(wǎng)交換機的情況。圖6-13群組交換系統(tǒng)在使用如圖6-13中的交換機時應(yīng)注意，網(wǎng)段可能是由一些地理位置相近的工作站組成的，也可能是直接連接的工作站，這取決于所使用的交換機的類型和把幾臺工作站連接到集線器上的能力。使用網(wǎng)段是否有意義，取決于工作站的活動情況以及地理鄰接特征。在交換機到服務(wù)器的連接中，除非服務(wù)器設(shè)置了多個訪問端口(這在10?Mb/s的運行速度下不會導(dǎo)致瓶頸)，否則應(yīng)當(dāng)考慮使用100?M的連接。這是因為，大多數(shù)服務(wù)器經(jīng)常有40～60MB的數(shù)據(jù)輸入輸出。如果服務(wù)器裝有多處理器，其可能有100?MB的數(shù)據(jù)輸入輸出。所以，使用100?M連接，并有大小合適的端口緩沖存儲器，就可以在群組級交換上大大提高客戶/服務(wù)器運行性能。

2)部門級交換當(dāng)一個群組擴大或幾個群組結(jié)合在一起形成一個部門時，要考慮使用兩層交換式網(wǎng)絡(luò)。第一層(即低層)的交換機專門支持特定的群組(包括本地服務(wù)器)。上層的一個或幾個交換機既被用來連接群組交換器，也被用來為群組用戶提供對部門服務(wù)器的訪問通道，對這些服務(wù)器的訪問越過了群組的界限。上層交換機或交換機組被用來連接群組交換機，通常稱上層交換機為主干交換機。圖6-14代表了一種用一個主干交換機連接兩個群組交換機的情況。圖6-14部門級交換系統(tǒng)圖由于主干交換機為群組交換機之間提供互連，并且提供對部門服務(wù)器的訪問通道，因而主干交換機的可靠性要求比群組交換機大得多，所以，應(yīng)當(dāng)考慮在主干交換機中使用冗余電源、冗余交換引擎及其他關(guān)鍵模塊的備份。否則，一個模塊出現(xiàn)故障會造成一個或幾個端口連接失效。如果有一個或幾個冗余的端口模塊，就可以在端口發(fā)生錯誤時重新連接，而不影響整個通信。在使用一臺或幾臺主干交換機時還應(yīng)注意，這些交換機直接影響群組之間的吞吐率以及與部門服務(wù)器的信息交換。大多數(shù)情況下使用專門的100?M以太網(wǎng)交換機進行主干工作。如果經(jīng)濟能力不能夠承受這類交換機，為了提供群組互連以及與部門服務(wù)器的連接，也可以選用配有足夠多的100?M端口的10/100?M交換機。雖然使用100?M的主干以太網(wǎng)交換機可以為大多數(shù)應(yīng)用程序提供足夠的帶寬，但是，它不能保證服務(wù)質(zhì)量(QoS)特性，QoS要求為那些具有高優(yōu)先權(quán)的通信保留一定帶寬，這些通信要求無論在何時，都可以獲得一個經(jīng)過交換機的專用通道。有QoS要求的數(shù)據(jù)源包括：視頻會議、音頻/電話通信以及其他類型的有時間控制的傳輸，它們通常都屬于多媒體應(yīng)用的范疇。雖然在低交換負載下，以太網(wǎng)交換機可以提供一個可以接受的性能水平，但是當(dāng)傳輸量增加時，文件傳輸和交互式請求應(yīng)答通信會影響多媒體應(yīng)用程序。在這種情況下，可以考慮使用ATM交換機(ATM交換機將在后續(xù)章節(jié)討論)。

3)企業(yè)級交換在部門級交換之上，利用路由器連接地理上分散的部門，這樣形成了一個企業(yè)級以太交換網(wǎng)，它可能分布在同一城市、不同城市、一個或幾個省、一個國家或者全球的不同位置。圖6-15表示在一臺主干交換機上連接一臺路由器的情況，該路由器把主干交換機和廣域網(wǎng)相連。究竟用一個還是用幾個路由器根據(jù)特定的組網(wǎng)要求確定。在設(shè)計網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)時，應(yīng)當(dāng)考慮究竟用一個還是幾個交換機來提高網(wǎng)絡(luò)性能。此外，用全雙工方式進行本地和部門服務(wù)器之間的連接，千兆位交換機的出現(xiàn)為構(gòu)造層次網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)提供了新的解決方案。圖6-15企業(yè)級交換系統(tǒng)6.2.8全雙工交換以太網(wǎng)技術(shù)從共享型以太網(wǎng)發(fā)展到交換型以太網(wǎng)，這是局域網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的一個飛躍，關(guān)鍵是解決了系統(tǒng)的帶寬問題，使系統(tǒng)的帶寬成十、成百倍地增長。目前交換機的帶寬可以達到千兆數(shù)量級，這是共享型以太網(wǎng)技術(shù)不可想象的。以太網(wǎng)交換機系統(tǒng)的高帶寬環(huán)境中，每個站點所能使用的帶寬從獨占10?M達到了獨占100?M，甚至更高。它為客戶端進入網(wǎng)絡(luò)多媒體應(yīng)用提供了足夠富裕的帶寬。以太網(wǎng)交換機隔離網(wǎng)段的功能，實際上是把一個大范圍的CSMA/CD碰撞域分割成若干個小范圍的CSMA/CD碰撞域，也就是說，以太網(wǎng)交換機實現(xiàn)了系統(tǒng)中碰撞域的連接和幀交換才使系統(tǒng)帶寬得以增長。圖6-16表示在系統(tǒng)中有兩個互連的以太網(wǎng)交換機分別連接了若干站點，雖然交換機設(shè)備本身工作時已不再受到CSMA/CD的約束，但在站點到交換機和交換機之間如果還是采用傳統(tǒng)的半雙工以太網(wǎng)傳輸方式的話，那么這些網(wǎng)段上不管采用雙絞線還是光纜仍要受到CSMA/CD的約束，結(jié)果導(dǎo)致這些網(wǎng)段的介質(zhì)長度受到限制。如果在10?M環(huán)境下還不十分明顯的話，那么到了100?M快速以太網(wǎng)環(huán)境中，CSMA/CD碰撞域的介質(zhì)長度(或稱網(wǎng)段跨距)就會受到很大影響，顯然在1?G以太網(wǎng)環(huán)境中，碰撞域的介質(zhì)長度會受到更大影響。圖6-16半雙工傳輸?shù)呐鲎灿蛞虼耍?dāng)交換以太網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用發(fā)展到一定階段后，不僅要求整個系統(tǒng)的帶寬要達到一定高度，而且還要求整個系統(tǒng)的覆蓋范圍也要有一定的保證，特別在100?M及1?G以太網(wǎng)環(huán)境中，使用光纜作為介質(zhì)的情況下，若再使用受到CSMA/CD約束的半雙工技術(shù)和產(chǎn)品，則覆蓋范圍的問題將尤為突出。為了解決上述問題，推出了全雙工以太網(wǎng)技術(shù)和產(chǎn)品，并在1997年定義了IEEE802.3x技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范。全雙工以太網(wǎng)技術(shù)特點為：它是用來說明以太網(wǎng)設(shè)備端口的一種傳輸技術(shù)，與傳統(tǒng)半雙工以太網(wǎng)端口技術(shù)的區(qū)別在于端口間兩對雙絞線(或兩根光纖)可以同時接收和發(fā)送幀，不再受到CSMA/CD的約束，在端口發(fā)送幀時不再會發(fā)生幀的碰撞，已不存在所謂的碰撞域。這樣，端口之間介質(zhì)的長度僅僅受到數(shù)字信號在介質(zhì)上傳輸衰變的影響，而不受碰撞域的約束。圖6-17表示兩個端口之間全雙工傳輸?shù)奶攸c，端口上設(shè)有端口控制功能模塊和收發(fā)器功能模塊，端口上使用全雙工還是傳統(tǒng)的半雙工操作一般可以自適應(yīng)，也可以人工設(shè)置。當(dāng)全雙工操作時，幀的發(fā)送和接收可以同時進行，這樣與傳統(tǒng)半雙工操作方式比較，傳輸鏈路的帶寬提高了一倍，即端口支持10?Mb/s或者100?Mb/s傳輸率，而其帶寬卻分別是20?M和200?M。在全雙工傳輸幀時，端口上既無監(jiān)聽的機制，鏈路上又不會多路訪問，也不再需要碰撞檢測，傳統(tǒng)半雙工方式下的介質(zhì)訪問控制CSMA/CD的機制已不存在。圖6-17端口之間全雙工傳輸顯然，在10?M端口傳輸率情況下，只有10BASE-T及10BASE-FL支持全雙工操作；而在100?M快速以太網(wǎng)情況下，除了100BASE-T4外，100BASE-TX、100BASE-FX、100BASE-T2均支持全雙工操作；千兆位以太網(wǎng)僅有1000BASE-X支持全雙工操作。也就是說，只有鏈路上提供獨立的發(fā)送和接收介質(zhì)才能支持全雙工操作。表6-3說明了在10?M和100?M支持全雙工操作的各類以太網(wǎng)其網(wǎng)段的最長距離，并與傳統(tǒng)半雙工方式操作受碰撞域限定的網(wǎng)段最長距離進行比較。從表中可知，使用雙絞線介質(zhì)，100?m的距離對于半雙工操作來說并非是碰撞域的跨距，仍是數(shù)字信號驅(qū)動的最長距離，因此不論是10?M還是100?M環(huán)境，全雙工操作并未占有優(yōu)勢。但對于媒體采用的光纜介質(zhì)來說，10BASE-FL在兩種情況下，光纜最長距離均為2?km，這是因為在10?M傳輸率情況下，由碰撞域決定的半雙工網(wǎng)段最長距離要大于2?km，2?km的光纜仍是數(shù)字信號在光纜上傳輸?shù)淖铋L距離。惟有在100BASE-FX的以太網(wǎng)中，全雙工網(wǎng)段距離可達2?km，而傳統(tǒng)的半雙工操作情況下，由于受到CSMA/CD的約束，碰撞域的跨距決定了網(wǎng)段最長距離為412?m，因此，100BASE-FX使用了全雙工以太網(wǎng)技術(shù)后在延伸網(wǎng)段距離上受益最大。其他10?M和100?M類型的以太網(wǎng)使用全雙工技術(shù)后僅僅拓寬了網(wǎng)段的帶寬。很明顯，除1?G以太網(wǎng)外，使用全雙工以太網(wǎng)技術(shù)既能在帶寬又能在端口之間的連接距離上受益的只有使用光纜的100?M快速以太網(wǎng)。若圖6-18中站點與交換機端口之間和交換機端口之間均以100BASE-FX全雙工操作方式連接，則鏈路上帶寬將增加至200?M，端口間的最長連接距離可達2?km。圖6-18用全雙工方式連接的交換機對于客戶端，由于訪問服務(wù)器時，發(fā)送和接收的負載往往是很不均衡的，因此，用全雙工操作方式連接客戶端，可將距離延伸至2?km；對于服務(wù)器，由于會受到許多客戶端的同時訪問，發(fā)送和接收的負載一般較接近均衡，所以使用全雙工操作方式增加了帶寬后，使服務(wù)器減少瓶頸，但由于系統(tǒng)服務(wù)器往往與系統(tǒng)主交換機放置在一起，因此在延伸距離上顯得沒必要；對于交換機之間的連接來說，用100BASE-FX全雙工連接，即使是在園區(qū)環(huán)境中，互連的交換機往往也不處在一個大樓中，距離較遠，這種情況下，采用全雙工操作方式在延伸連接距離和拓展帶寬上均能得益。6.31?Gb/s高速以太網(wǎng)技術(shù)6.3.11?Gb/s高速以太網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)

1?Gb/s(千兆位)高速以太網(wǎng)是近幾年推出的高速局域網(wǎng)技術(shù)，以適應(yīng)用戶對網(wǎng)絡(luò)帶寬的不斷需求。它在局域網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)上與ATM形成競爭格局。1996年3月發(fā)布了千兆位以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，即IEEE802.3z規(guī)范。其數(shù)據(jù)傳輸率為1000?Mb/s，它基本保留了原以太網(wǎng)MAC層CSMA/CD協(xié)議，但對CSMA/CD協(xié)議進行了重要改動，增加了一些新的特性。它對物理層沒有重新設(shè)計新協(xié)議，而是“嫁接”了ANSIX3T11的光纖通道物理層協(xié)議，傳輸介質(zhì)可以采用：①阻抗為150?Ω的屏蔽雙絞線(STP)，其標(biāo)準(zhǔn)為1000BASE-CX，傳輸距離為25?m；②5類非屏蔽雙絞線，其標(biāo)準(zhǔn)為1000BASE-T，傳輸距離為100?m；③使用短波長光源的1000BASE-SX標(biāo)準(zhǔn)，該物理層標(biāo)準(zhǔn)支持62.5?μm和50?μm兩種直徑的多模光纖，傳輸距離分別為440?m和550?m；④使用長波長光源的1000BASE-LX標(biāo)準(zhǔn)，該物理層標(biāo)準(zhǔn)支持62.5?μm和50?μm兩種直徑的多模光纖和直徑為5?μm的單模光纖，傳輸距離分別為250m、550?m和3km。表6-4給出了千兆位以太網(wǎng)傳輸介質(zhì)與距離的關(guān)系。千兆位以太網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)的功能模塊如圖6-19所示。圖6-19千兆位以太網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)和功能模塊千兆位以太網(wǎng)與快速以太網(wǎng)相比，有其明顯的優(yōu)勢。

(1)千兆位以太網(wǎng)的速度10倍于快速以太網(wǎng)，而且從現(xiàn)有的傳統(tǒng)以太網(wǎng)和快速以太網(wǎng)可以平滑地過渡到千兆位以太網(wǎng)。

(2)千兆位以太網(wǎng)同樣支持半雙工和全雙工兩種工作方式。由于全雙工連接不需要CSMA/CD協(xié)議，從而解決了長期困繞網(wǎng)絡(luò)的主干擁擠問題。

(3)千兆位以太網(wǎng)可以將現(xiàn)有的10?M以太網(wǎng)和100?M快速以太網(wǎng)連接起來，通過1000?M的鏈路與千兆位以太網(wǎng)相連，從而組成更大容量的主干網(wǎng)。

(4)用千兆位以太網(wǎng)取代FDDI將獲得10倍于FDDI的帶寬，同時可消除以太網(wǎng)和FDDI之間的協(xié)議轉(zhuǎn)化。

(5)千兆位以太網(wǎng)雖然在數(shù)據(jù)、話音、視頻等實時業(yè)務(wù)方面還不能提供真正意義上的服務(wù)質(zhì)量(QoS)保證，但千兆位以太網(wǎng)的高帶寬能克服傳統(tǒng)以太網(wǎng)的一些弱點，提供更高的服務(wù)性能。6.3.2幀擴展技術(shù)為了與以太網(wǎng)和快速以太網(wǎng)兼容，千兆位以太網(wǎng)傳輸最小幀長度還是64字節(jié)，最大幀長度還是1518字節(jié)。但為了在兩個相距200?m的站點之間同時傳輸數(shù)據(jù)時能夠檢測到?jīng)_突，保證網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定可靠地運行，千兆位以太網(wǎng)引入了幀擴展和分組猝發(fā)傳輸技術(shù)。所謂幀擴展，就是適當(dāng)增加幀的長度，即雖然千兆位以太網(wǎng)最小幀長度仍然為64字節(jié)(512位)，但實際傳輸?shù)膸L度是512字節(jié)，以保證在數(shù)據(jù)發(fā)送期間站點能夠檢測到?jīng)_突并采取相應(yīng)的措施。幀擴展技術(shù)是在不改變IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的最小幀長度的情況下提出的一種解決辦法。把幀由64字節(jié)擴展到512字節(jié)(即4096位)，若形成的幀小于512字節(jié)，則在發(fā)送時要在幀的后面添上擴展位，填充到512字節(jié)再發(fā)送到介質(zhì)上。擴展位是一種非“0”、“1”數(shù)值的符號。若形成的幀已大于或等于512字節(jié)，則發(fā)送時不必添加擴展位。這種解決辦法使得在介質(zhì)上傳輸?shù)膸L度至少有512字節(jié)，這樣，在半雙工模式下大大擴展了碰撞域，介質(zhì)的跨距得到延伸。顯然，在全雙工模式下，由于不受CSMA/CD約束，無碰撞域概念，因此在全雙工模式下，在介質(zhì)上的幀不必擴展到512字節(jié)。6.3.3幀猝發(fā)技術(shù)幀擴展技術(shù)保證了在千兆位以太網(wǎng)的半雙工模式下獲得比較大的地理跨距，但如果這種技術(shù)長時間處在大量短幀傳輸?shù)膽?yīng)用環(huán)境中，就會造成系統(tǒng)帶寬的浪費，大大降低半雙工模式下的傳輸性能。為解決這個問題，提出了一種“幀猝發(fā)”技術(shù)。使用幀猝發(fā)使一個站(特別是服務(wù)器)一次能連續(xù)發(fā)送多個幀，當(dāng)一個站點需要發(fā)送很多短幀時，該站點先試圖發(fā)送第一幀，該幀可能是附加了擴展位的幀。一旦第一個幀發(fā)送成功，則具有幀猝發(fā)功能的站就能夠繼續(xù)發(fā)送其他幀，直到幀猝發(fā)的總長度達到1500字節(jié)為止。為了使在幀猝發(fā)過程中介質(zhì)始終處在“忙狀態(tài)”，發(fā)送站必須在幀間的間隙時間中發(fā)送非“0”、“1”數(shù)值符號，以避免其他站點在幀間隙時間中占領(lǐng)介質(zhì)而中斷本站的幀猝發(fā)過程。幀猝發(fā)過程中只有第一個幀在要發(fā)出時可能會遇到介質(zhì)忙或產(chǎn)生碰撞，在第一個幀以后的成組幀的發(fā)送過程中再也不可能產(chǎn)生碰撞，以“幀起始限制”(FrameStartLimit)參數(shù)控制成組幀發(fā)送的長度(該長度必須不超過1500字節(jié))。如果第一個幀恰好是一個最長幀(即1518字節(jié))，則規(guī)定幀猝發(fā)過程的總長度限制在3000字節(jié)范圍內(nèi)。顯然，只有半雙工模式才可能使用幀猝發(fā)技術(shù)以彌補發(fā)送大量短幀時系統(tǒng)效率的急劇下降。當(dāng)采用全雙工模式時，就不存在幀猝發(fā)的選擇問題。采用幀擴展和幀猝發(fā)這兩種技術(shù)可以把千兆位以太網(wǎng)的碰撞檢測域擴展到200?m，而在傳送大數(shù)據(jù)幀時網(wǎng)絡(luò)利用率可達90%。6.4.1FDDI體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)

FDDI標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)分四部分(如圖6-20所示)：●介質(zhì)訪問控制(MAC)●物理層協(xié)議(PHY)●物理介質(zhì)相關(guān)子層(PMD)●層管理(LTM)6.4光纖分布數(shù)據(jù)接口FDDI圖6-20FDDI的體系結(jié)構(gòu)

FDDI將OSI的物理層分成PHY子層和PMD子層兩部分。其中最低的子層PMD是整個網(wǎng)絡(luò)中惟一真正與物理介質(zhì)打交道的層次，它定義了光纖和連接器的規(guī)格型號以及光傳輸接口的特性要求等內(nèi)容。PHY規(guī)定了線路的狀態(tài)、時鐘處理和編碼技術(shù)等方面的細節(jié)。而FDDI數(shù)據(jù)鏈路層的功能也由兩個子層來實現(xiàn)(MAC和LLC)。其中MAC子層主要完成令牌管理、差錯檢測、尋址、介質(zhì)訪問和幀結(jié)構(gòu)定義等功能。LLC仍屬于IEEE802.2邏輯鏈路控制，該層不屬于FDDI標(biāo)準(zhǔn)范圍。層管理LTM的作用是實現(xiàn)對上述幾個層次的有效控制，加強網(wǎng)絡(luò)管理能力，提供對站的連接、配置、故障恢復(fù)等管理功能。

FDDI采用了4B/5BNRZ編碼。對于100?Mb/s的數(shù)據(jù)傳輸率，在光纖上傳送的光信號碼元速率相當(dāng)于125?Mbaud，只比數(shù)據(jù)率增大25%。在5?bit碼的32種組合中只使用其中的24個。

FDDI的主要特性有：

(1)用基于IEEE802.5令牌環(huán)標(biāo)準(zhǔn)的令牌MAC協(xié)議。

(2)使用IEEE802.2LLC協(xié)議，因而與IEEE802局域網(wǎng)兼容。

(3)利用多模光纖進行傳輸，并使用有容錯能力的雙環(huán)拓撲。

(4)數(shù)據(jù)傳輸率為100?Mb/s，光信號碼元傳輸速率為125Mbaud。

(5)支持1000個物理連接(若都是雙連接站，則為500個站)。

(6)最大站間距離為2?km(使用多模光纖)，環(huán)路長度為100?km，即光纖總長度為200?km。

(7)具有動態(tài)分配帶寬的能力，故能同時提供同步和異步數(shù)據(jù)服務(wù)。

(8)數(shù)據(jù)幀長度最大為4500字節(jié)。

FDDI主要的應(yīng)用是作為校園網(wǎng)環(huán)境的主干網(wǎng)。這種環(huán)境的特點是站點分布在多個建筑物中，F(xiàn)DDI作為低速網(wǎng)絡(luò)互連的主干網(wǎng)。在20世紀90年代初FDDI得到了較快的發(fā)展，但隨著100?M快速以太網(wǎng)的推出，F(xiàn)DDI因其芯片過于復(fù)雜，價格昂貴，在與100?M局域網(wǎng)的競爭中，F(xiàn)DDI的市場份額已逐漸下降。6.4.2FDDI網(wǎng)絡(luò)的組成

FDDI一般情況下使用多模光纖，因為在100?M的速率下，使用多模光纖比較經(jīng)濟。多模光纖用廉價的發(fā)光管LED代替半導(dǎo)體激光器。它傳輸?shù)恼`碼率一般小于2.5×10－10。

FDDI采用一種自恢復(fù)機制的雙環(huán)結(jié)構(gòu)以提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性，兩個環(huán)的數(shù)據(jù)傳輸方向相反。在正常情況下，只有一個環(huán)路(稱為主環(huán))在工作，而另一環(huán)路作為備份(稱為輔環(huán))。一旦網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障，無論是線路故障還是站點故障，F(xiàn)DDI網(wǎng)絡(luò)都會通過卷繞自動將雙環(huán)重構(gòu)為一個單環(huán)，從而保證網(wǎng)絡(luò)不會中斷，這是FDDI區(qū)別于其他局域網(wǎng)的一個重要特點。顯然，當(dāng)主環(huán)和輔環(huán)都正常時，F(xiàn)DDI環(huán)路的總長度大約是單環(huán)的兩倍。這時一個站要支持兩個環(huán)，環(huán)路的吞吐量必然要下降。當(dāng)出現(xiàn)多處故障時，F(xiàn)DDI將變?yōu)槎鄠€分離的小環(huán)型網(wǎng)繼續(xù)工作。

FDDI網(wǎng)絡(luò)支持兩種類型的工作站：

(1)雙連接站(DAS，DualAttachmentStation)，也稱A類站，圖6-21中畫的站點就是DAS站。它包含兩套物理層器件(PMD和PHY)以及一個或兩個MAC實體，它可直接連在FDDI雙環(huán)上。當(dāng)DAS工作站發(fā)生故障時，可以通過卷繞或光旁路開關(guān)將該站點隔離出去。

(2)單連接站(SAS，SingleAttachmentStation)，也稱B類站。它只包含一套物理層器件和一個MAC實體，它必須通過一個稱為集中器的設(shè)備才能連入FDDI網(wǎng)絡(luò)。

FDDI網(wǎng)絡(luò)在邏輯上是一種雙環(huán)結(jié)構(gòu)，但在物理上，這種環(huán)型結(jié)構(gòu)是由多個雙連接站DAS首尾相接構(gòu)成的。圖6-21說明了雙環(huán)的工作情況，圖中的方框代表一個站點。每個站點中的小黑方點代表MAC實體邏輯連接。圖6-21FDDI的雙環(huán)結(jié)構(gòu)(a)正常情況；(b)鏈路有故障；(c)站點有故障在FDDI環(huán)上還有兩種類型的設(shè)備：雙連接集中器(DAC，DualAttachmentConcentrator)和單連接集中器(SAC，SingleAttachmentConcentrator)。工作站通過這兩種設(shè)備連入FDDI環(huán)上。DAC可以直接連在FDDI雙環(huán)上，它本身可以與多個SAS、DAS、SAC相連。而SAC用于連接多個SAS，再通過DAC連入FDDI環(huán)。圖6-22(a)表示SAS通過集中器加入環(huán)路的情況，一旦某一個SAS站有故障，集中器就將它旁路掉，使主環(huán)繼續(xù)工作。圖6-22(b)表示一個FDDI環(huán)加入了多個集中器，每個集中器連接多個SAS站的情況。FDDI通過光旁路繼電器保證環(huán)路的暢通。當(dāng)環(huán)路斷開時，光旁路繼電器可以對光信號進行旁路，使它不進入有故障的站點。圖6-22用集中器組成的FDDI網(wǎng)絡(luò)(a)有故障的SAS被旁路掉；(b)在FDDI環(huán)路中加入多個集中器6.4.3FDDI工作原理

1．建立物理連接

FDDI網(wǎng)絡(luò)在正常運行時，層管理(LMT)一直監(jiān)視著環(huán)的運行狀況并管理著所有站點的活動。層管理中的連接管理模塊負責(zé)在站點之間的雙向光纜上建立起端到端的物理連接。站點通過傳送與接收某些特定的線路狀態(tài)序列來與其相鄰站點交換端口類型和連接規(guī)則等信息，并對物理連接的質(zhì)量進行測試。在測試過程中，一旦檢測到故障，就用跟蹤診斷的方法來確定故障原因，對故障進行隔離，并對網(wǎng)絡(luò)進行重新配置。

2．環(huán)路初始化在完成站點的物理連接后，還要對環(huán)路進行初始化。在對環(huán)進行初始化工作之前，首先要確定目標(biāo)令牌循環(huán)時間(TTRT)，各個站點都可通過聲明幀提出它的TTRT值。FDDI網(wǎng)絡(luò)按照既定的競爭規(guī)則來確定TTRT的值，由被選中TTRT值的那個站點來完成環(huán)的初始化工作。確定TTRT值的過程通常叫做聲明過程。聲明過程是用來確定TTRT值的。當(dāng)某個站點或多個站點的MAC實體發(fā)出聲明請求時，環(huán)進入聲明過程。在聲明過程中，每個站點連續(xù)不斷地發(fā)送聲明幀。聲明幀包含站點源地址和目標(biāo)令牌循環(huán)時間(TTRT)。環(huán)上其他站點接收到某個聲明幀后，將聲明幀中的TTRT值與本站的TTRT值進行比較。如果前者大于后者，站點就轉(zhuǎn)發(fā)聲明幀，同時停止發(fā)送自己的聲明幀；如果前者小于后者，該站點就刪除此聲明幀時，并發(fā)送自己的聲明幀。聲明幀中包含本站建議的TTRT值。當(dāng)某個站點接收到自己發(fā)出的聲明幀時，該站就贏得了對環(huán)進行初始化的權(quán)力。如果兩個或更多的站點使用的TTRT值相同，那么地址值最大的站點將優(yōu)先贏得對環(huán)進行初始化的權(quán)力。贏得初始化環(huán)權(quán)力的站點通過發(fā)送一個令牌來初始化環(huán)，這個令牌將不會被環(huán)上的其他站點捕獲而通過環(huán)。環(huán)上的其他站點在接收到該令牌后，將重新設(shè)置自己的工作參數(shù)，使本站點從初始化狀態(tài)轉(zhuǎn)為正常工作狀態(tài)。當(dāng)該令牌回到源站點時，環(huán)初始化工作宣告結(jié)束，環(huán)路進入穩(wěn)定操作狀態(tài)，各站點便可以進行正常的數(shù)據(jù)傳送。

3．?dāng)?shù)據(jù)傳輸

FDDI數(shù)據(jù)傳輸包括數(shù)據(jù)發(fā)送、接收和刪除三個過程。在FDDI環(huán)網(wǎng)中，要想發(fā)送數(shù)據(jù)的站點必須等待令牌到達該站點并將令牌捕獲后，才能發(fā)送一個或多個數(shù)據(jù)幀，直到所有數(shù)據(jù)發(fā)送完或直到THT超時為止。最后，站點釋放一個新令牌到環(huán)。

FDDI環(huán)上的每一個站點隨時都在監(jiān)聽經(jīng)過本站點的幀，站點通過比較幀中的目的地址來決定是否接收該幀。如果該幀的目的地址與站點地址匹配，則站點接收該幀，同時將此幀F(xiàn)S字段的“A”標(biāo)志位置“1”，表示目的站點存在。在接收該幀的同時，站點還對該幀進行差錯校驗。如果沒有發(fā)現(xiàn)錯誤，則站點將幀中的數(shù)據(jù)字段復(fù)制下來，并將該幀F(xiàn)S字段的“C”標(biāo)志位置“1”，表示該幀已被目的站點接收；如果發(fā)現(xiàn)CRC錯，則將該幀F(xiàn)S字段的“E”標(biāo)志位置“1”。站點在接收幀的同時，還要把該幀轉(zhuǎn)發(fā)到下一站點。發(fā)送站點在發(fā)送完數(shù)據(jù)后將繼續(xù)監(jiān)聽經(jīng)過站點的幀。當(dāng)發(fā)送站點檢測到某數(shù)據(jù)幀的源地址與本站點的地址相同時，立即停止轉(zhuǎn)發(fā)該幀并將其置為無效幀，使已轉(zhuǎn)發(fā)到環(huán)上的部分幀信息在到達下一站點時被當(dāng)作幀碎片而丟棄，以免這些幀碎片在環(huán)上繼續(xù)繞行。然后發(fā)送站點負責(zé)將該幀剩余部分從環(huán)上刪除，并同時檢查幀中的FS字段。如果FS字段中“A”和“C”標(biāo)志位都為“1”，則說明該幀已被目的站點成功接收；如果只有“A”標(biāo)志位為“1”，則說明目的站點存在，但沒有接收該幀，這說明幀在傳輸過程中發(fā)生