3.5 典型局域网的组网技术 Mbps以太网 Mbps以太网 Mbps以太网

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1 3.5 典型局域网的组网技术 3.5.1 10Mbps以太网 3.5.2 100Mbps以太网 3.5.3 1000Mbps以太网
3.5.4 万兆以太网 3.5.5 光纤分布式数据接口 3.5.6 异步传输模式

2 Mbps以太网 1. 10 Mbps以太网体系结构 IEEE802.3以太网体系结构包括MAC子层和物理层。物 理层又分为物理信令PLS和物理媒体连接件PMA两个子层， 并根据物理层的两个子层是否在同一个设备上实现。其体系 结构示意图如3.9所示：

3 Mbps以太网 图 Mbps以太网体系结构

4 Mbps以太网 PLS子层向MAC子层提供服务，它规定了MAC子层与物 理层的界面，是与传输媒体无关的物理层规范。在发送比特 流时，PLS子层负责对比特流进行曼彻斯特编码。在接收时， 负责对曼彻斯特解码。另外，PLS子层还负责完成载波监听 功能。PMA子层向PLS子层提供服务，它负责往媒体上发送 比特信号和从媒体上接收比特信号，并完成冲突检测功能。 IEEE 802.3标准规定，PLS子层和PMA子层可以在，也可以 不在同一个设备中实现。比如：稍后讲的标准以太网 （10Base-5）就是在网卡中实现PLS功能，在外部接收器中 实现PMA功能的。所以在10Base-5以太网中，需要使用收 发器电缆将外部收发器和网络站点连接起来，于是出现了两 种IEEE802.3体系结构。见图3.9。

5 Mbps以太网 MAC子层的核心协议是CSMA/CD，它的帧结构如图3.10 图3.10 IEEE802.3帧结构

6 3.5.1 10Mbps以太网 2. 10 Mbps以太网组网方式 最常用的基带802.3局域网有以下4种。
10Base-5通常称为粗缆以太网。目前由于高速交换以太 网技术的广泛应用，在新建的局域网中，10Base-5很少被采 用。 10Base-2通常称为细缆以太网。10Base-2使用50Ω细 同轴电缆，它的建网费用比10Base-5低。目前10Base-2已 很少被使用。

7 Mbps以太网 10Base-T是使用无屏蔽双绞线来连接的以太网，使用2 对3类以上无屏蔽双绞线，一对用于发送信号，另一对用于 接收信号。为了改善信号的传输特性和信道的抗干扰能力， 每一对线必须绞在一起。双绞线以太网系统具有技术简单、 价格低廉、可靠性高、易实现综合布线和易于管理、维护、 升级等优点。因此比10Base-5和10Base-2技术有更大的优 势，也是目前还在应用的10M局域网技术。 10Base-F是10 Mbps光纤以太网，它使用多模光纤作为 传输介质，在介质上传输的是光信号而不是电信号。因此 10Base-F具有传输距离长、安全可靠、可避免电击等优点。 由于光纤介质适宜相距较远的站点，所以10Base-F常用于建 筑物之间的连接，它能够构建园区主干网。目前10Base-F较 少被采用，代替它的是更高速率的光纤以太网。

8 Mbps以太网 1. 快速以太网的体系结构 快速以太网的传输速率比普通以太网快10倍，数据传输 速率达到了100Mbps。快速以太网保留了传统以太网的所有 特性，包括相同的数据帧格式、介质访问控制方式和组网方 法，只是将每个比特的发送时间由100ns降低到10ns。1995 年9月，IEEE802委员会正式批准了快速以太网标准 IEEE802.3u。IEEE802.3u标准在LLC子层使用IEEE802.2标 准，在MAC子层使用CSMA/CD方法，只是在物理层作了一 些必要的调整，定义了新的物理层标准（100BASE-T）。

9 Mbps以太网 100BASE-T标准定义了介质专用接口（MII，Media Independent Interface），它将MAC子层和物理层分开。使 得物理层在实现100Mbps速率时所使用的传输介质和信号编 码方式的变化不会影响MAC子层。100BASE-T可以支持多 种传输介质，目前制定了三种有关传输介质的标准： 100BASE-TX、100BASE-T4、100BASE-FX。100BASE-T 的结构如图3.11所示：

10 Mbps以太网 图 Mbps的协议结构

11 3.5.2 100Mbps以太网 2. 快速以太网的组网方式 （1）100BASE-TX
2. 快速以太网的组网方式 （1）100BASE-TX 100BASE-TX是5类无屏蔽双绞线方案，它是真正由 10Base-T派生出来的。100BASE-TX类似于10Base-T，但 它使用的是两对无屏蔽双绞线（UTP）或150Ω屏蔽双绞线 （STP）。100BASE-TX是目前使用最广泛的快速以太网介 质标准。100BASE-TX使用的2对双绞线中，一对用于发送 数据，另一对用于接收数据。由于发送和接收都有独立的通 道，所以100BASE-TX支持全双工操作。

12 Mbps以太网 （2）100BASE-FX 100BASE-FX是光纤介质快速以太网标准，它采用与 100BASE-TX相同的数据链路层和物理层标准协议。它支持 全双工通信方式，传输速率可达200Mbps。 100BASE-FX的硬件系统包括单模或多模光纤及其介 质连接部件、集线器、网卡等部件。用多模光纤时，当站点 与站点不经HUB而直接连接，且工作在半双工方式时，两点 之间的最大传输距离仅有412m；当站点与HUB连接，且工 作在全双工方式时，站点与HUB之间的最大传输距离为2km。 若使用单模光纤作为媒体，在全双工的情况下，最大传输距 离可达10km。

13 Mbps以太网 （3）100BASE-T4 100BASE-T4是3类无屏蔽双绞线方案，该方案使用4对3类（或4类、5类）无屏蔽双绞线介质。它能够在3类UTP线上提供100Mbps的传输速率。双绞线段的最大长度为100m。目前这种技术没有得到广泛的应用。100BASE-T4的硬件系统与组网规则与100BASE-TX相同。

14 Mbps以太网 千兆以太网的体系结构 千兆以太网的传输速率比快速以太网快10倍，数据传 输率达到1000Mbps。千兆以太网保留着传统的10Mbps速 率以太网的所有特征（相同的数据帧格式、相同的介质访 问控制方式、相同的组网方法），只是将传统以太网每个 比特的发送时间由100ns降低到1ns。千兆以太网的协议结 构如图3.12所示。

15 Mbps以太网 图3.12 千兆以太网的协议结构

16 Mbps以太网 IEEE802.3z标准在LLC子层使用IEEE802.2标准，在 MAC子层使用CSMA/CD方法。只是在物理层作了一些必要 的调整，它定义了新的物理层标准（1000BASE-T）。 1000BASE-T标准定义了千兆介质专用接口（GMII, Gigabit Media Independent Interface），它将MAC子层与物理层分 开。这样，物理层在实现1000Mbps速率时所使用的传输介 质和信号编码方式的变化不会影响MAC子层。

17 Mbps以太网 2. 千兆以太网的组网方式 1998年IEEE802.3z工作组完成了IEEE802.3z标准。 IEEE802.3z千兆以太网标准定义了三种介质系统，其中两种 是光纤介质标准，包括1000Base-SX和1000Base-LX；另一 种是铜线介质标准，称为1000Base-CX。1000Base-X是 1000Base-SX,1000Base-LX和1000Base-CX的总称，都是 基于8B/10B编码方案的千兆以太网。

18 Mbps以太网 1000Base-SX是一种在收发器上使用短波激光作为信号源的媒 体技术。这种收发器上配置了激光波长为770~860nm（一般为800nm） 的光纤激光传输器，不支持单模光纤，仅支持62.5μm和50μm两种多 模光纤。对于62.5μm多模光纤，全双工模式下最大传输距离为275m， 对于50μm多模光纤，全双工模式下最大传输距离为550m。 1000Base-SX标准规定连接光缆所使用的连接器是SC标准光纤连接 器。

19 Mbps以太网 1000Base-LX是一种在收发器上使用长波激光作为信号 源的媒体技术。这种收发器上配置了激光波长为 1270~1355nm（一般为1300nm）的光纤激光传输器，它可 以驱动多模光纤和单模光纤。使用的光纤规格为62.5μm和 50μm的多模光纤，9μm的单模光纤。对于多模光纤，在全 双工模式下，最长的传输距离为550m；对于单模光纤，在 全双工模式下，最长的传输距离可达5km。连接光缆所使用 的是SC标准光纤连接器。

20 Mbps以太网 1000Base-CX是使用铜缆的两种千兆以太网技术之一。 1000Base-CX的媒体是一种短距离屏蔽铜缆，最长距离达 25m，这种屏蔽电缆是一种特殊规格高质量的TW型带屏蔽 的铜缆。连接这种电缆的端口上配置9针的D型连接器。 1000Base-CX的短距离铜缆适用于交换机间的短距离连接， 特别适用于千兆主干交换机与主服务器的短距离连接。

21 3.5.4 万兆以太网 万兆以太网是一种数据传输速率高达10Gbps、通信距 离可延伸到40km的以太网。它是在以太网的基础上发展起 来的，因此，万兆以太网和千兆以太网一样，在本质上仍是 以太网，只是在速度和距离方面有了显著的提高。万兆以太 网继续使用IEEE802.3以太网协议，以及IEEE802.3的帧格 式和帧大小。但由于万兆以太网是一种只适用于全双工通信 方式，并且只能使用光纤介质的技术，所以它不需使用带冲 突检测的载波监听多路访问协议CSMA/CD。

22 3.5.4 万兆以太网 1. 万兆以太网体系结构 10Gbps以太网的OSI 和IEEE 802层次结构仍与传统以太网相同，即OSI层次结构包括了数据链路层的一部分和物理层的全部，IEEE 802层次结构包括MAC子层和物理层，但各层所具有的功能与传统以太网相比差别较大，特别是物理层更具有明显的特点。10Gbps以太网体系结构如图3.13所示。

23 3.5.4 万兆以太网 图 Gbps以太网体系结构

24 3.5.4 万兆以太网 2. 万兆以太网的技术特点 万兆以太网有以下技术特性：
仅工作在全双工通信方式，不再使用IEEE 802.3的CSMA/CD介质访问控制协议。 只支持光纤介质。 仍采用IEEE 802.3协议、以太网的帧格式和帧大小。 采用8B/10B编码方案。 万兆以太网的物理层，有两个标准，局域网标准和广域网标准。 传输距离为40km。采用XAUI接口标准。

25 3.5.5 光纤分布式数据接口 1. FDDI的拓扑结构 使用双环结构的令牌传递系统。FDDI网络的网络信息流 量由类似的两条流组成，两条流以相反的方向绕着两个互逆 环流动。其中一个环叫主环（primary ring）,逆时钟发送， 另一个环叫从环（secondary ring），顺时钟发送。如图3- 14，

26 3.5.5 光纤分布式数据接口 图3.14　 FDDI双环结构　　　 　图3.15　故障时双环连成单环

27 3.5.5 光纤分布式数据接口 网络数据信号通常只在主环上流动，如果环失败， FDDI自动重新配置网络，数据可以沿反方向流到从环上去。
双环拓扑结构的优点之一是冗余，一个环用于传送，另 一环用于备份。如果出现问题，其中主环断路，从环替代。 若两者同时在一点断路，例如起火或电缆管道故障，两个环 可连成单一的环，如图3.15所示，长度为原来的两倍。

28 3.5.5 光纤分布式数据接口 2. FDDI的工作原理 FDDI采用令牌传递的方法，实现对介质的访问控制。 这一点与令牌环类似。不同的是，在令牌环中，数据帧在 环路上绕行一周回到发送站点后，发送结点才释放令牌， 在此期间，环路上的其他结点无法获得令牌，不能发送数 据。所以，在令牌环望中，环路上只有一个数据帧在流动。 在 FDDI 中，发送数据的站点在截获令牌后，可以发送一 个或多个数据帧 ，当数据发送完毕，或规定时间用完，则 立即释放令牌，而不管发出的数据帧是否绕型一周回到发 送站点。这样，在数据帧还没有回到发送它的站点且被清 除之前，其他站点有可能截获令牌。并且发送数据帧。所 以，在FDDI的环路中可能同时有多个站点发出的数据帧在 流动，这就提高了信道的利用率，增加了系统的吞吐量。

29 3.5.5 光纤分布式数据接口 在正常情况下FDDI中主要存在以下一些操作，
传递令牌。在没有数据传送时，令牌一直在环路中绕行；每个站点如果没有数据要发送，就转发令牌。 发送数据。如果某个站点需要发送数据，当令牌传到该站点时，不再转发令牌，而是发送数据。可以一次发送多个数据帧。当数据发送完毕或到时，则停止发送，并立即释放令牌。 转发数据帧。每个站点监听经过的数据帧，如果不属于自己，就转发出去。 接收数据帧。当站点发现经过的数据帧属于自己，就复制下来，然后转发出去。 清除数据帧。发送站点与其他站点一样，随时监听经过的帧，发现是自己发出的帧就停止转发。

30 3.5.5 光纤分布式数据接口 3. FDDI的特点 FDDI作为高速局域网介质访问控制标准，与IEEE802.5 标准相似，有如下特点。
用基于IEEE802.5的单令牌的环网介质访问控制 MAC协议。 使用IEEE802.2LLC协议，与符合IEEE802 标准的局域网兼 容 数据传输速率为100Mbps，联网结点数不多于1000， 环路长度为100km。 可以使用双环结构，具有容错能力。 可以使用多模或单模光纤。 具有动态分配带宽的能力，能支持同步和异步数据传输。

31 3.5.5 光纤分布式数据接口 4. FDDI的应用环境 计算机机房网（后端网络），用于计算机机房中大型计算机与高速外设之间的连接，以及对可靠性、传输速度与系统容错要求较高的环境。 办公室或建筑物群的主干网（前端网络），用于连接大量的小型机、工作站、个人计算机与各种外设。 校园网的主干网，用于连接分布在校园中各个建筑物中的小型机、服务器、工作站和个人计算机，以及多个局域网。 多校园的主干网，用于连接地理位置相距几公里的多个校园网、企业网，成为一个区域性的互连多个校园网、企业网的主干网。

32 3.5.6 异步传输模式 1. ATM的基本概念 ATM 是一种高速分组交换技术。分组交换的基本数据 传输单元是分组，而ATM的基本数据传输单元是信元。信元 有一个5字节的信元头（header）与一个48字节的用户数据， 其结构如图3.16 图3.16　ATM信元结构

33 3.5.6 异步传输模式 ATM网络是一种异步传输方式，是在时分复用（TDM） 和同步传输（STM）的基础上发展起来的。与之不同的是， 其信元传输所占用的时隙并不固定，这就是所谓的统计时分 复用 2. ATM的工作原理 物理链路（physical link）是连接ATM交换机—ATM交 换机，ATM交换机—ATM主机的物理线路。每条物理链路可 以包括一条或多条虚通路VP（VP，Virtual Path），每条虚 通路VP又可以包括一条或多条虚通道VC（VC，Virtual Channel）。

34 3.5.6 异步传输模式 ATM网的虚连接可以分为两级：虚通路连接（VPC，Virtual Path Connection）与虚通道连接（VCC，Virtual Channel Connection）。 在虚通路一级，两个ATM端用户间建立的连接被称为虚通路连接，而两个ATM设备间的链路被称为虚通路链路（VPL，Virtual Path Link）。那么，一条虚通路连接是由多段虚通路链路组成的。每一段虚通路链路VPL都是由虚通路标识符（VPI，Virtual Path Identifier）标识的。每条物理链路中的VPI值是唯一的。 在虚通道一级，两个ATM端用户间建立的连接被称为虚通道连接，而两个ATM设备间的链路被称为虚通道链路（VCL，Virtual Channel Link）。虚通道连接VCC是由多条虚通道链路VCL组成的。每一条虚通道链路VCL都是由虚通道标识符（VCI，Virtual Channel Identifier）标识的。

35 3.5.6 异步传输模式 3. ATM局域网 ATM局域网有以下几种类型：
作为连接到ATM广域网的网关。ATM交换机的作用好比 路由器和集线器，把LAN连接到ATM广域网。 主干ATM交换机。可以是互连其他局域网的单个ATM交换机或者ATM交换机局域网。 工作组ATM。把高性能的多媒体工作站及其端系统直接连到ATM交换机。 一个ATM局域网可能是以上几种类型的组合。

36 3.5.6 异步传输模式 4. ATM LAN仿真 ATM仿真的目的是使传统局域网站点能通过ATM网实 现互操作。通过允许传统局域网上的站点不需改变网络软件 和应用软件就能通过ATM主干网传送数据，使传统LAN和 ATM LAN实现共存。