【正文】 局域網(wǎng)技術(shù) 118 交換式局域網(wǎng) ? 用第二層交換機代替網(wǎng)橋和集線器，就成為交換式局域網(wǎng)。 ? 第二層交換機的每個端口都是一個獨立的沖突域。 ? 當只有一個節(jié)點連接到端口上時，交換機的效率最高。這種情況稱為 微網(wǎng)段（ microsegmentation） 。 ? 如果交換機和節(jié)點的網(wǎng)卡都支持全雙工（ full duplex）傳輸，那么實際帶寬就是原來的兩倍，并且不會產(chǎn)生沖突。 ? 第二層交換機使用專用的交換結(jié)構(gòu)芯片來處理數(shù)據(jù)報文的MAC包頭 (MAC幀頭 )，其交換速率相對較高，使網(wǎng)絡(luò)性能大幅度提高。 局域網(wǎng)技術(shù) 119 網(wǎng)絡(luò)微化 局域網(wǎng)技術(shù) 120 多端口橋 隔離沖突 基于第二層 MAC地址進行交換 對上層透明 LAN交換機 局域網(wǎng)技術(shù) 121 三種交換方式 ? 直通方式 (cutthrought) – 交換器端口接收到數(shù)據(jù)幀的目的地址，就立即將數(shù)據(jù)幀發(fā)往目的地端口，“邊收邊發(fā)”。 ? 存儲 轉(zhuǎn)發(fā)方式 (storeforward) – 交換器端口等數(shù)據(jù)幀全部接收到后，檢查是否出錯，如無錯才送往目的端口。 ? 改良的直通交換方式 (以太網(wǎng)交換機 ) – 交換機僅在轉(zhuǎn)發(fā)幀的前 64個字節(jié)時進行沖突檢測。 局域網(wǎng)技術(shù) 122 第二層交換機與網(wǎng)橋的異同 ? 第二層交換機和網(wǎng)橋相比具有以下特點： – 端口的數(shù)量和類型均多于網(wǎng)橋。 – 轉(zhuǎn)發(fā)的速度要比網(wǎng)橋快。 – 既可進行存儲轉(zhuǎn)發(fā)，又可支持直通交換。 – 可支持網(wǎng)絡(luò)管理。 – 可支持 VLAN技術(shù)，有效地避免了廣播風暴。 – 交換機環(huán)接時，也采用生成樹實現(xiàn)節(jié)點間的唯一通路。 局域網(wǎng)技術(shù) 123 快速以太網(wǎng)（ 100 BaseT） 快速以太網(wǎng)技術(shù) ? 1992年開始制定快速以太網(wǎng)的標準，并于 1995年 6月，正式把它定為 IEEE 。 ? 它繼承了 MAC訪問控制技術(shù) (CSMA/CD)、幀格式、接口以及退避算法，只是將傳輸速度從 10Mbps提高到100Mbps。 ? 支持共享式、交換式、半雙工和全雙工的操作。 ? 它可以直接利用原有的線纜設(shè)施，從而支持 10Mbps至100Mbps的無縫連接和自然過渡。 局域網(wǎng)技術(shù) 124 如何提高信道速率 ? 由于信道的帶寬是有限的，因此不能簡單地通過提高站點的發(fā)送速率來提高信道的數(shù)據(jù)傳輸速率。 ? 根據(jù)奈奎斯特定理，只要增加調(diào)制信號的狀態(tài)，使碼元所承載的信息量增加，就可以有效地提高信道容量。 ? 香農(nóng)定理表明，只要提高信道中的信噪比，就能有效地提高信道的極限數(shù)據(jù)傳輸速率。 ? 快速以太網(wǎng)的實現(xiàn)正是由于修改了 10M以太網(wǎng)的物理層標準，定義了新的傳輸介質(zhì)標準和新的傳輸編碼結(jié)構(gòu)。 局域網(wǎng)技術(shù) 125 快速以太網(wǎng)的物理層 ? 快速以太網(wǎng)定義了介質(zhì)無關(guān)接口（ Media Independent Interface， MII），它將 MAC子層與下層的物理層（物理編碼子層 PCS Physical Coding Sublayer和物理介質(zhì)相關(guān)子層 PMD Physical Media Dependent）分隔開，使下層傳輸介質(zhì)的和信號編碼結(jié)構(gòu)的改變不會影響 MAC子層。 ? 快速以太網(wǎng)設(shè)計了三種配線標準 100 Base FX、 100 Base TX和 100 Base T4，對應(yīng)不同的傳輸介質(zhì)和信號編碼。 ? 快速以太網(wǎng)可使用的傳輸介質(zhì)有光纖、 STP和 UTP。 局域網(wǎng)技術(shù) 126 100 BaseFX ? 使用兩對 ，若采用半雙工通信方式，節(jié)點最大間距為 412米；若采用全雙工通信方式，最大傳輸距離為 2千米； ? 使用單模光纖時，若采用全雙工通信方式，最大傳輸距離為 10千米； ? 采用 4B/5B NRZI編碼方案。 局域網(wǎng)技術(shù) 127 4B/5B編碼技術(shù) ? 在光纖通信種常用的編碼為 mB/nB碼，如 4B/5B碼 : ? 它把要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)每 4位分成一組，加上一個冗余位，轉(zhuǎn)換為 5位數(shù)據(jù)。 ? 5位符號的選擇要求每個符號中至少應(yīng)有 2個“ 1”比特出現(xiàn)。 控制符號 編碼 Q線路靜止 I線路空閑 H線路暫停 J幀首定界符 K幀首定界符 T幀尾定界符 R重置 S設(shè)置 00000 11111 00100 11000 10001 01101 00111 11001 數(shù)據(jù) 編碼 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 11110 01001 10100 10101 01010 01011 01110 01111 數(shù)據(jù) 編碼 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111 10010 10011 10110 10111 11010 11011 11100 11101 局域網(wǎng)技術(shù) 128 二級編碼方法 ? 為了得到同步信號，采用二級編碼方案，先按 4B/5B編碼，再按不歸零翻轉(zhuǎn)編碼進行處理。 ? 不歸零翻轉(zhuǎn)編碼 (NRZI)也稱為不歸零交替編碼。它是一種差分（相對）編碼，用相鄰位間的電平躍變表示代碼‘ 1’，用位間的無躍變電平表示代碼‘ 0’。 00100000 二進制數(shù)據(jù) 傳輸編碼 4B/5B 編碼轉(zhuǎn)換 NRZI 1010011110 ? 4B/5B編碼優(yōu)點： 節(jié)約帶寬，提高效率。帶寬利用率 80%，而曼徹斯特編碼的帶寬利用率只有 50%。 ? 4B/5B編碼缺點： 丟失了曼徹斯特編碼自含時鐘的特性。 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 t v 局域網(wǎng)技術(shù) 129 100 BaseTX ? 使用兩對 150 STP或 Cat 5 UTP，節(jié)點最大間距 100米。 ? 可支持半雙工或全雙工的通信方式。 ? 編碼方案為： 4B/5B NRZI→ NRZ 擾頻 → MLT3級編碼 。 ?MLT3（多級線傳 3級）編碼方案使用三種狀態(tài)，如： 0、 +1。 ?信號沿著狀態(tài)順序循環(huán)： 0、 +1 、 0 、 1， …… ?比特“ 1”使 MLT3進入下一狀態(tài)，比特“ 0”使 MLT3保持當前狀態(tài)。 t +1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 +1 0 0 局域網(wǎng)技術(shù) 130 100 BaseT4 ? 采用 8B/6T NRZ編碼； ? 使用 4對 Cat 5 UTP作為傳輸介質(zhì)： – 一對用于數(shù)據(jù)發(fā)送； – 兩對用于雙向數(shù)據(jù)傳輸； – 一對用于數(shù)據(jù)接收和沖突檢測。 ? 節(jié)點最大間距 100米。 ?8B6T編碼方案將每個字節(jié)用６個三元值（ trits）表示 局域網(wǎng)技術(shù) 131 8B/6T編碼方案 ? 8B/6T NRZ編碼有 256個 8位字符和 729個可能的三元值字符串。 字符 三元值 00 01 02 03 … +00+ 0++0 0+0+ 0++0 … 字符 三元值 40 41 42 43 … 00+0+ 000++ 00+0+ 00++0 … 字符 三元值 80 81 82 83 … 00++ 00++ 00++ 00++ … 字符 三元值 C0 C1 C2 C3 … +0++ 0+++ 0+++ 0+++ … t +1 1 0 43 C0 81 局域網(wǎng)技術(shù) 132 10/100Mbps自適應(yīng) ? 100BaseT標準的 自動速度感應(yīng)功能 。 ? 100BaseT工作站發(fā)送一組高速鏈路脈沖（ FLP）的鏈路集成脈沖。 – 如果接受端是 10BaseT，則網(wǎng)絡(luò)將工作在 10Mbps模式。 – 如果接受端是 100BaseT，則采用自動協(xié)商算法，檢測 FLP，確定 FLP數(shù)據(jù)，以達到最高網(wǎng)絡(luò)速度，并將 FLP送到網(wǎng)卡，自動調(diào)整到 100BaseT，網(wǎng)絡(luò)將工作在 100Mbps模式。 ? 注意： 目前很多交換機端口和以太網(wǎng)卡都支持 10/100Mbps自適應(yīng)，但實際使用中會發(fā)現(xiàn)，使用自適應(yīng)，其性能并不顯得太高，因為網(wǎng)絡(luò)會不停地檢測，影響網(wǎng)絡(luò)速度。最好將兩端設(shè)置成相同的固定的網(wǎng)絡(luò)速度。 局域網(wǎng)技術(shù) 133 千兆位以太網(wǎng) 高速以太網(wǎng)技術(shù) ? 高速以太網(wǎng)分為千兆以太網(wǎng)和萬兆以太網(wǎng)。 ? 千兆以太網(wǎng) 類似于 100M以太網(wǎng)，仍然采用 CSMA/CD的 MAC訪問技術(shù)； ? 支持共享式、交換式、半雙工和全雙工的操作； ? 主要用于構(gòu)建主干網(wǎng)和連接超級服務(wù)器（需要1000Mbps網(wǎng)卡）。 局域網(wǎng)技術(shù) 134 千兆以太網(wǎng)的物理層 ? 千兆以太網(wǎng)定義了千兆介質(zhì)訪問接口 GMII（ gigabit media independent interface），將 MAC子層與物理層分隔開來。 ? 千兆以太網(wǎng)針對不同的傳輸介質(zhì)，定義了新的編碼方案和配線標準。 ? 千兆以太網(wǎng)分為 1000 BaseT和 1000 BaseX兩類，分別由 。 局域網(wǎng)技術(shù) 135 1000 BaseX ? 由 。 ? 采用 8B/10B NRZI方案，信號速度達 。 ? 1000 BaseSX 使用 50微米多模光纖， 短波 (850nm)，最大傳輸距離為 220米到 550米 ； ? 1000 BaseLX 可使用 50微米多模光纖， 長波 波 (1300nm)，最大傳輸距離為 550米；也可使用 9微米單模光纖，最大傳輸距離為 5000米。 ? 1000 BaseCX 使用 150ΩSTP作為傳輸介質(zhì)，最大傳輸距離為 25米。 局域網(wǎng)技術(shù) 136 1000 BaseT ? 由 。 ? 采用 PAM5 (5級脈沖放大調(diào)制 ) 編碼，在每個線對上傳輸 250Mbps，信號速度 1000Mbps。 ? 使用 4對 Cat 5 UTP作為傳輸介質(zhì)，全雙工通信方式，要求所有的四個線對收發(fā)器端口必須使用混合磁場線路。 ? 最大傳輸距離 100米。 局域網(wǎng)技術(shù) 137 載波延伸 (carrier extension) ? 千兆以太網(wǎng)在工作在半雙工方式時，必須進行沖突檢測。 ? 由于數(shù)據(jù)率提高了，因此只有減小最大電纜長度或增大幀的最小長度，才能保證在幀的發(fā)送期間檢出所有的沖突。 ? 千兆以太網(wǎng)采用了“ 載波延伸 ”的辦法，使最短幀長仍為 64 字節(jié)（這樣可以保持兼容性），同時將 爭用時間 （沖突窗口）增大為 512 字節(jié)的時延。 局域網(wǎng)技術(shù) 138 在短的 MAC幀后加上載波延伸 ? 當發(fā)送的 MAC 幀長不足 512 字節(jié)時，就用一些特殊字符填充在幀的后面，使 MAC 幀的發(fā)送長度增大到 512 字節(jié)，但這對有效載荷并無影響。 ? 接收端在收到以太網(wǎng)的 MAC 幀后，要將所填充的特殊字符刪除后才向高層交付。 目地地址 源地址 數(shù)據(jù)長度 數(shù) 據(jù) FCS MAC 幀的最小值 = 64 字節(jié) 載波延伸 PA 加上 載波延伸使 MAC 幀長度 = 爭用期長度 512 字節(jié) 在信道上實際傳輸?shù)膸L SOF 局域網(wǎng)技術(shù) 139 分組突發(fā)機制 ? 當很多短幀要發(fā)送時，第一個短幀要采用上面所說的載波延伸的方法進行填充。 ? 隨后的一些短幀則可一個接一個地發(fā)送，只需留有必要的幀間最小間隔（ 96位時）即可。這樣就形成了一串幀的突發(fā)，直到達到 1500 字節(jié)或稍多一些為止。 發(fā)送的 數(shù)據(jù) 分組 1 RRRRRRRR 分組 2 RRRR 分組 3 RRRR 分組 4 爭用期 512 字節(jié) 將突發(fā)計時器設(shè)定為 1500 字節(jié) 載波 監(jiān)聽 載波延伸 最小間隔 局域網(wǎng)技術(shù) 140 全雙工方式 ? 注意： ? 當千兆以太網(wǎng)工作在全雙工方式時 （ 即通信雙方可同時進行發(fā)送和接收數(shù)據(jù) ） ，不使用載波延伸和分組突發(fā) 。 局域網(wǎng)技術(shù) 141 千兆以太網(wǎng)的配置舉例 1 Gbps 鏈路 千兆 以太網(wǎng) 交換機 100Mbps/1Gbps交換機 100 Mbps 鏈路 中央服務(wù)器 局域網(wǎng)技術(shù) 142 ? 1999年 3月 IEEE成立了高速局域網(wǎng)研究組（ High Speed Study Group），致力于萬兆以太網(wǎng)的研究。 ? HSSG研究組的目的是將 IEEE 10Gb/s的工作速度，并擴展以太網(wǎng)的應(yīng)用空間，使之能夠提供WAN鏈接。 ? 將萬兆以太網(wǎng)與 SONET OC192幀結(jié)構(gòu)融合，可以與OC192電路和 SONET /SDH設(shè)備一起運行，可以保護傳統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施投資，使