以太网技术的发展与应用(转载)

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以太网技术的发展与应用（一）
编辑：周志敏　发文时间：2003.09.29　11:46:37
1.概述　

随着网络技术飞速发展，多媒体应用愈来愈多，对网络的需求也越来越大，尤其是在服务器端上，100Mbps的速度已不能满足要求。于是Gigabit　Ethernet诞生了。就如同Fast　Ethernet的起源一样，Gigabit　Ethernet也必须要能够向下相容Fast　Ethernet以及Ethernet。目前中大型企业新一代的区域网络规划中，Gigabit　Ethernet普遍使用在区域网络的骨干上，并以光纤介面为主流。在铜线（UTP）Gigabit部分，短期内则还不会像100baseTX那样快速延伸至桌面。　

以太网最初是由Xerox企业研制而成的，并且在1980年由DEC企业和Xerox企业共同使之规范成形。后来它被作为802.3标准为电气与电子工程师协会（IEEE）所采纳。　

以太网的基本特征是采用一种称为载波监听多路访问/冲突检测CSMA/CD(Carrier　Sense　Multiple　Access/Collision　Detection)的共享访问方案，即多个工作站都连接在一条总线上，所有的工作站都不断向总线上发出监听信号，但在同一时刻只能有一个工作站在总线上进行传输，而其他工作站必须等待其传输结束后再开始自己的传输。冲突检测方法保证了只能有一个站在电缆上传输。早期以太网传输速率为10Mbps。　

2.以太网技术标准　

采用CSMA/CD（载波监听多路存取和冲突检测）介质访问控制方式的局域网技术，最初由Xerox企业于1975年研制成功，1979年7月～1982年间，由DEC、Intel和Xerox三家企业制定了以太网的技术规范DIX，以此为基础形成的IEEE802.3以太网标准在1989年正式成为国际标准。在20多年中以太网技术不断发展，成为迄今最广泛应用的局域网技术，产生了多种技术标准。　

10base5；是原始的以太网标准，使用直径10mm的50欧姆粗同轴电缆，总线拓扑结构，站点网卡的接口为DB-15连接器，通过AUI电缆，用MAU装置栓接到同轴电缆上，末端用50欧姆/1W的电阻端接（一端接在电气系统的地线上）；每个网段允许有100个站点，每个网段最大允许距离为500m，网络直径为2500m，既可由5个500m长的网段和4个中继器组成。利用基带的10M传输速率，采用曼彻斯特编码传输数据。　

10Base2；是为降低10base5的安装成本和复杂性而设计的。使用低价的R9-58型　50欧姆细同轴电缆，总线拓扑结构，网卡通过T形接头连接到细同轴电缆上，末端连接50欧姆端接器；每个网段允许30个站点，每个网段最　大允许距离为185m，仍保持10Base5的4中继器/5网段设计能力，允许的最大网络直径为5x185=925m。利用基带的10M传输速率，采用曼彻斯特　编码传输数据。与10base5相比，10Base2以太网更容易安装，更容易增加新站点，能大幅度降低费用。　

10base-T；是1990年通过的以太网物理层标准。10base-T使用两对非屏蔽双绞　线，一对线发送数据，另一对线接收数据，用RJ-45模块作为端接器，星形拓扑结构，信号频率为20MHz，必须使用3类或更好的UTP电缆；　布线按照EIA568标准，站点—中继器和中继器—中继器的最大距离为100m。保持了10base5的4中继器/5网段的设计能力，使10base-T局域　网的最大直径为500m。10Base-T的集线器和网卡每16秒就发出“滴答”(Hear-beat)脉冲，集线器和网卡都要监听此脉冲，收到“滴答”　信号表示物理连接已建立，10base-T设备通过LED向网络管理员指示链路是否正常。双绞线以太网是以太网技术的主要进步之一，10base-T因为价格便宜、配置灵活和易于管理而流行起来，现在占整个以太网销售量的90%以上。　

10base-F；是使用光缆的以太网，使用双工光缆，一条光缆用于发送数据，　另一条用于接收；使用ST连接器，星形拓扑结构；网络直径为2500m，定义了4种不同的规范：　

10Base-FL；是10base-F中使用最多的部分，只有10base-FL连接时，光缆链路　段的长度可达到2000m，与FOIRL设备混用时，混合段的长度可达1000m。　

10Base-FB；是用来说明一个同步信令骨干网段，用于在一个跨越远距离的　转发主干网系统中将专用的10Base-FB同步信令中继器连接在一起。单个10base-FB网段最长可达2000m。　

10Base-FP；是用来说明点对点的连接方式，一个网段的长度可达500m。一个光　缆无源星形耦合器最多可连接33台计算机。　

100base-T；是以太网标准的100M版，1995年5月正式通过了快速以太网/100Bas　e-T规范，即IEEE　802.3u标准，是对IEEE802.3的补充。与10base-T一样采用星形拓扑结构，但100Base-T包含4个不同的物理层规范，　并且包含了网络拓扑方面的许多新规则。　

100Base-TX；使用两对5类非屏蔽双绞线或1类屏蔽双绞线，一对用于发送数　据，另一对用于接收数据，最大网段长度为100m，布线符合EIA568标准；采用4B/5B编码法，使其可以125MHz的串行数据流来传送数据；　使用MLT-3（多电平传输-3）波形法来降低信号频率到125/3=41.6MHz。100Base-TX使100Base-T中使用最广的物理层规范。　

100Base-FX；使用多模（62.5或125um）或单模光缆，连接器可以是MIC/FDDI　连接器、ST连接器或低价的SC连接器；最大网段长度根据连接方式不同而变化，例如：对于多模光纤的交换机-交换机连接或交换机-网卡　连接最大允许长度为412m，如果是全双工链路，则可达到2000m。100Base-FX主要用于高速主干网，或远距离连接，或有强电气干扰的环　境，或要求较高安全保密链接的环境。　

100Base-T4；是为了利用大量的3类音频级布线而设计的。它使用4对双绞线，　3对用于同时传送数据，第4对线用于冲突检测时的接收信道，信号频率为25MHz,因而可以使用数据级3、4或5类非屏蔽双绞线，也可使用音　频级3类线缆。最大网段长度为100m，采用EIA568布线标准；由于没有专用的发送或接收线路，所以100Base-T4不能进行全双工操作；　100base-T4采用比曼彻斯特编码法高级的多的6B/6T编码法。　

100Base-T2；随着数字信号处理技术和集成电路技术的发展，只用2对3类UTP　线就可以传送100Mbps的数据，因而针对100Base-T4不能实现全双工的缺点，IEEE开始制定100Base-T2标准。100Base-T2　采用2对音频或数据级3、4或5类UTP电缆，一对用于发送数据，另一对用于接收数据，可实现全双工操作；采用RJ45连接器，最长网段为　100m，符合EIA568布线标准。采用名为PAM5x5的5电平编码方案。　

自动协商模式；在100Base-T问世以后，在以太网RJ-45连接器上可能出现的信　号可能是5种以上不同的以太网信号（10Base-T、10base-T全双工、100base-TX、100Base-TX全双工或100Base-T4）中的任一种。为了简化　管理，3.11.71　IEEE已推出了Nway（IEEE自动协商模式），它能使集线器和网卡知道线路另一端能有的速度，把速度自动调节到线路两端　能达到的最高速度（优先的顺序为：100Base-T2全双工，100Base-T2,100Base-TX全双工，100Base-T4,100Base-TX,　100Base-T全双工，　10Base-T）。这是增强型的10Base-T链路一体化信号方法，并与链路一体化反向兼容。这种技术避免了由于信号不兼容可能造成的网络　损坏。具有这种特性的装置仍允许人工选择可能的模式。　

3.千兆以太网　

千兆以太网技术作为最新的高速以太网技术，给用户带来了提高核心网络的有效解决方案，这种解决方案的最大优点是继承了传统以太技术价格便宜的优点。　

千兆技术仍然是以太技术，它采用了与10M以太网相同的帧格式、帧结构、网络协议、全/半双工工作方式、流控模式以及布线系统。由于该技术不改变传统以太网的桌面应用、操作系统，因此可与10M或100M的以太网很好地配合工作。升级到千兆以太网不必改变网络应用程序、网管部件和网络操作系统，能够最大程度地投资保护，因此该技术的市场前景十分看好。　

为了能够侦测到64Bytes资料框的碰撞，Gigabit　Ethernet所支撑的距离更短。Gigabit　Ethernet　支撑的网络类型，如下表所示：　
　


千兆以太网技术有两个标准：IEEE802.3z和IEEE802.3ab。IEEE802.3z制定了光纤和短程铜线连接方案的标准，目前已完成了标准制定工作。IEEE802.3ab制定了五类双绞线上较长距离连接方案的标准。　

3.1IEEE802.3z　

IEEE802.3z工作组负责制定光纤（单模或多模）和同轴电缆的全双工链路标准。IEEE802.3z定义了基于光纤和短距离铜缆的1000Base-X，采用8B/10B编码技术，信道传输速度为1.25Gbit/s，去耦后实现1000Mbit/s传输速度。　IEEE802.3z具有下列千兆以太网标准：　

（1）1000Base-SX；1000Base-SX只支撑多模光纤，可以采用直径为62.5um或50um的多模光纤，工作波长为770-860nm，传输距离为220-550m。　

（2）1000Base-LX　2　多模光纤；1000Base-LX可以采用直径为62.5um或50um的多模光纤，工作波长范围为1270-1355nm，传输距离为550m。　

单模光纤；1000Base-LX可以支撑直径为9um或10um的单模光纤，工作波长范围为1270-1355nm，传输距离为5km左右。　

（3）1000Base-CX采用150欧屏蔽双绞线（STP），传输距离为25m。　

3.2IEEE802.3ab　

IEEE802.3ab工作组负责制定基于UTP的半双工链路的千兆以太网标准，产生IEEE802.3ab标准及协议。IEEE802.3ab定义基于5类UTP的1000Base-T标准，其目的是在5类UTP上以1000Mbit/s速率传输100m。IEEE802.3ab标准的意义主要有以下两点：　

（1）保护用户在5类UTP布线系统上的投资。　

（2）1000Base-T是100Base-T自然扩展，与10Base-T、100Base-T完全兼容。不过，在5类UTP上达到1000Mbit/s的传输速率需要解决5类UTP的串扰和衰减问题，因此，使得IEEE802.3ab工作组的开发任务要比IEEE802.3z复杂些。　

千兆以太网最初主要用于提高交换机与交换机之间或交换机与服务器之间的连接带宽。10/100Mbps交换机之间的千兆连接将极大地提高网络带宽，使网络可以支撑更多的10M或100M的网段；也可以通过在服务器中增加千兆网卡，将服务器与交换机之间的数据传输速度提升至前所未有的境界。千兆网标准被所有主要的网络产品厂商所支撑，其中包括HP、3Com、Cisco等企业。　

3.3千兆以太网的主要特点　

（1）简易性；千兆以太网继承了以太网、快速以太网的简易性，因此其技术原理、安装实施和管理维护都很简单。　

（2）扩展性；由于千兆以太网采用了以太网、快速以太网的基本技术，因此由10Base-T、100Base-T升级到千兆以太网非常容易。　

（3）可靠性；由于千兆以太网保持了以太网、快速以太网的安装维护方法，采用星型网络结构，因此网络具有很高的可靠性。　

（4）经济性；由于千兆以太网是10Base-T和100Base-T的继承和发展，一方面降低了研究成本，另一方面由于10Base-T和100Base-T的广泛应用，作为其升级产品，千兆以太网的大量应用只是时间问题，为了争夺千兆以太网这个巨大市场，几乎所有著名网络企业都生产千兆以太网产品，因此其价格将会逐月下降。千兆以太网与ATM等宽带网络技术相比，其价格优势非常明显。　

（5）可管理维护性；千兆以太网采用基于简单网络管理协议（SNMP）和远程网络监视（RMON）等网络管理技术，许多厂商开发了大量的网络管理App，使千兆以太网的集中管理和维护非常简便。　

（6）广泛应用性；千兆以太网位局域主干网和城域主干网（借助单模光纤和光收发器）提供了一种高性能价格比的宽带传输交换平台，使得许多宽带应用能施展其魅力。例如在千兆以太网上开展视频点播业务和虚拟电子商务等。　

【未完待续】