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以太网技术在交换机中的具体体现
作者:系统管理员    发布于:2018-01-29 08:59:18    文字:【】【】【
摘要:以太网被看作是一种局域网技术,被大量的应用于企业网中,因此以太网交换机和以太网的可靠性并没有被作为最关键的因素加以考虑。
如果是用千兆以太网来承载IP业务,那么就可以应用IP路由协议的收敛特性来保证城域网,与千兆以太网1+1备份方式相比,OSPF协议从故障中恢复的时间要长很多。

太网:IEEE802.3定义了10Mbps的以太网标准,采用载波监听和冲突检测(CSMA/CD) 协议,以半双工方式运行。从80年代末开始以太网取得了巨大的成功。10BaseT是运行在3类或 更高类别的双绞线上的以太网。

10Base2/5是运行在同轴电缆上的以太网,10BaseFL是运行在 光纤上的以太网。由于冲突检测的协议要求一个512位的时间槽保证无错误的检测到冲突,所以 以太网的距离覆盖范围受到了限制,10BaseFL最大的覆盖距离为2km,10BaseT在一个网段内的 最大覆盖距离为100m。

快速以太网:IEEE802.3u定义了100Mbps的快速以太网标准,它可以用半双工的方式运行 CSMA/CD协议,也可以有全双工的方式。由于快速以太网对以太网的后向兼容性,在90年代的 中后期,快速以太网成为局域网中的主流技术。

100BaseTX是运行于5类双绞线上的快速以太网, 100BaseFX是运行于光纤上的快速以太网。对于以半双工方式运行的快速以太网,同样也有距离 覆盖范围的限制,并且由于快速以太网以100Mbps的速率运行,时间槽长度同样是512位。

所以 它的最大距离覆盖范围是以太网的1/10,为200m。但是对于全双工方式运行的快速以太网, 在理论上就不再有距离的限制,而实际受限于电或光信号的衰减。如实际中运行在单模光纤上 的100BasFX SMF的全双工快速以太网最大覆盖距离可达20km以上。

1998年6月在千兆以太网联盟的推动下IEEE正式发布了千兆以太网标准IEEE 802.3。把以 太网的速率提高到了1000MbPs。而在此之前的1997年,就已经有很多的厂商迫不及待地推出了 千兆以太网的产品。

结网络界带来了全新的解决方案。到了现在的2000年,我们已经可以很清 晰地看到,不仅以太网和快速以太网在桌面和工作组级网络中打败了ATM,在城域网中,千兆 以太网也凭借其良好的兼容性和优异的性价比占据了绝对的上风。可以预见未来随着价格的下 跌,千兆以太网会象快速以太网一样普及。

1.2.1 半双工千兆以太网 MAC层协议

对于快速以太网来说,512位的时间槽内电波或光可以传输400m远,如果在千兆以太网中, 512位的时间槽内电波或光的传输距离则只有40m远,采用星型拓扑结构的半双工千兆以太网的 覆盖半径只有20m。这样的距离覆盖范围在实际中无法得到大规模推广。为了解决这个问题, IEEE对以太网的MAC层协议作了第一次重大修改:载波扩展和帧突发。

为了使千兆以太网的距离覆盖范围达到实用标准,半双工千兆以太网时间槽长度扩展到了 4096位,这样半双工千兆以太网的距离覆盖范围扩展到了160m。为了兼容以太网和快速以太网 中的帧结构。

半双工千兆以太网的最小帧长度仍需要保持为64byte。但考虑到时间槽长度为51 byte,为了能够匹配时间糟的长度,当某个DTE发送小于512byte帧时,半双 工千兆以太网MAC 将在正常发送数据之后发送一个载波扩展序列直到一个时间精结束。

例如:某DTE发送一个64 byte帧,MAC将会在其后加入512-64=448byte的载波扩展序列。如果DTE发送的帧长度大于512 byte,则MAC不做任何改变。 在载波扩展的情况下,解决了半双工千兆以太网距离覆盖范围的问题。

但引入了一个新的 问题:对于长度较小的以太网帧的发送效率降低了。对于一个64byte的帧来说,尽管发送速度 较快速以太网增加了10倍,但发送时间增加了8倍。这样的效率并未比快速以太网提高多少,为 了解决半双工千兆以太网的效率问题,IEEE又引入了帧突发这种技术。

在全双工交换式以太网中,如果多个输人端口同时向一个输出瑞口输出数据,那么将会在 输出端口产生拥塞,这时一些输入喘口发送的帧将会被丢弃。如果在以太网帧上承载的是TCP /IP协议的数据包。

那么TCP的传输机制会自动重发被丢弃的数据包,可以想象每个产生了丢 包的输入端口都将重新发包,引发新一轮的拥塞和丢包,结果是导致网络的吞吐率大幅下降。 为了避免丢包(丢帧)和重发现象的发生,IEEE在MAC层引入了802.3x流量控制协议来避免丢 包现象发生。 
流量控制的原理是当交换机检测到发生拥塞的端口之后,就会向输入端口发送暂停帧,通 知其抑制发送的流量,最后达到消除拥塞。流量控制并不能提高整个交换机的数据吞吐能力, 但是避免了在交换机内的丢包现象。

需要特别指出的是,由于 IEEE给出的是最恶劣传输条件下的千兆以太网传输距离,在实 际应用中,各个厂商的产品的传输距离远远超过标准的规定,如阿尔卡特的PowerRail千兆路 由交换机的1000Base—LX接口在实际测试中可以无中继的传输 22km。

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