千兆位以太网课件.ppt
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1、2023/1/1可编辑1千兆位以太网2023/1/1可编辑2内容提要内容提要1 1 概述概述2 2 千兆位以太网的模型千兆位以太网的模型 3 3 路由技术路由技术 4 4 载波扩充载波扩充5 5 帧突发帧突发6 6 半双工方式半双工方式 7 7 全双工方式全双工方式 8 8 光纤通信技术光纤通信技术9 9 千兆以太网技术的应用千兆以太网技术的应用1010未来的未来的1010GbpsGbps以太网以太网2023/1/1可编辑31 1 概述概述基于千兆位网络的分布式计算需要千兆位网络。如卡内基基于千兆位网络的分布式计算需要千兆位网络。如卡内基梅隆大学利用梅隆大学利用HIPPIHIPPI连接连接Cr
2、ay-MPCray-MP及及CM-2CM-2计算机,以处理计算机,以处理大型化工厂的任务调度。再如,加利福尼亚大学洛杉矶分大型化工厂的任务调度。再如,加利福尼亚大学洛杉矶分校(校(UCLAUCLA)的研究人员利用的研究人员利用CM-2CM-2及另一超级并行机进行海及另一超级并行机进行海洋与大气层交互作用的并行处理模型的研究,目的在于模洋与大气层交互作用的并行处理模型的研究,目的在于模拟几十年的长期天气效益,每单元计算时间约为拟几十年的长期天气效益,每单元计算时间约为100100nsns,交换数据约交换数据约5 5MBMB至至1010MBMB。以上这些计算显然需要以上这些计算显然需要Gigabi
3、tGigabit网网络。络。2023/1/1可编辑41 1 概述概述19981998年年6 6月月2929日日,千千兆兆以以太太网网联联盟盟于于加加利利福福尼尼亚亚PALO PALO ALTOALTO正正式式宣宣布布了了千千兆兆以以太太网网标标准准IEEE IEEE 802.3Z802.3Z。这这是是千千兆兆以以太太网发展的里程碑。网发展的里程碑。千兆以太网使用千兆以太网使用802.3802.3以太网帧格式,允许以以太网帧格式,允许以10001000MbpsMbps的的速率进行半双工、全双工操作。按速率进行半双工、全双工操作。按IEEE802.3xIEEE802.3x的规定,通的规定,通过全双
4、工、交换方式连接的两个节点可同时发送、接收数过全双工、交换方式连接的两个节点可同时发送、接收数据包。千兆以太网在双工操作模式中延续同样的标准。而据包。千兆以太网在双工操作模式中延续同样的标准。而且千兆以太网采用标准以太网的流控方法避免网络拥塞和且千兆以太网采用标准以太网的流控方法避免网络拥塞和超载。在单工操作模式中,千兆以太网也采用同样的超载。在单工操作模式中,千兆以太网也采用同样的CSMA/CDCSMA/CD基本访问方法,解决共享介质的访问冲突问题。基本访问方法,解决共享介质的访问冲突问题。千兆以太网与千兆以太网与1010BASE-TBASE-T、100BASE-T100BASE-T技术的地
5、址向后兼容。技术的地址向后兼容。2023/1/1可编辑51 1 概述概述特征10BASE-T100BASE-T1000BASE-T数据速度10 Mbps100 Mbps1000 MbpsUTP5100 m100 m100 mSTP coax500 m100 m25 mMultimode Fiber2 km412 m(half-duplex)2 km(full-duplex)220 m(half-duplex)Single mode Fiber25 km20 km5 km2023/1/1可编辑61 1 概述概述TopologyObjectiveModesMediaApplicationSwitc
6、hedHigh ThroughputLong distanceFull duplexHalf duplexMultimode FiberSingle mode fiberCopperCampus backboneBuilding backboneWiring closet UpgradeServer farmsSharedLow costShort distanceHalf duplexMultimode fiberCopperServer farmsDesktops2023/1/1可编辑71 1 概述概述 *德国的德国的RERKOMRERKOM研究环境中铺设了大量光纤,购置了高速网及高性能工
7、作站。目前研究环境中铺设了大量光纤,购置了高速网及高性能工作站。目前主要研究主要研究ATMATM技术。技术。*AT&TAT&T与加利福尼亚大学伯克利分校、与加利福尼亚大学伯克利分校、IllinoisIllinois大学和大学和WisconsinWisconsin大学等联合启动了实大学等联合启动了实验大学网络(验大学网络(XUNETXUNET),),研究基于信元的广域网计划。研究基于信元的广域网计划。19901990年年XUNETXUNET扩展为扩展为BlancaBlanca验证环境。验证环境。其研究内容十分广泛,主要有呼叫、多路复用、拥塞控制、计算机与网络界面(如超级计其研究内容十分广泛,主要
8、有呼叫、多路复用、拥塞控制、计算机与网络界面(如超级计算机的整合、网络虚拟存储机制)及算机的整合、网络虚拟存储机制)及GigabitGigabit应用等。该工程已产生了不少有趣的结果,应用等。该工程已产生了不少有趣的结果,包括对多媒体协议的支持、拥塞控制与回避。在包括对多媒体协议的支持、拥塞控制与回避。在XUNETXUNET工程中,也有来自哥伦比亚大学、工程中,也有来自哥伦比亚大学、宾夕法尼亚大学的研究人员。宾夕法尼亚大学的研究人员。NCSANCSA(National Center for Supercomputing National Center for Supercomputing Ap
9、plicationsApplications)的的CatlellCatlell是当今高速应用的专家,是当今高速应用的专家,AT&TAT&T的的FrasterFraster是信元网络的专家。是信元网络的专家。2023/1/1可编辑81 1 概述概述 *AuroraAurora是位于美国东部的测试环境,其中配置了是位于美国东部的测试环境,其中配置了BellcoreSunshineATMBellcoreSunshineATM交换机及交换机及IBMIBM的的PlaNETPlaNET交换机。测试交换机。测试环境与工作站连接,进行网络协议、应用、分布式系统方环境与工作站连接,进行网络协议、应用、分布式系统
10、方法学、工作站操作系统及性能保证等方面的研究。杰出的法学、工作站操作系统及性能保证等方面的研究。杰出的工作有工作有ATMATM纠错、流和拥塞控制、协议体系结构及纠错、流和拥塞控制、协议体系结构及ATMATM协议协议接口等。接口等。*美国的美国的NettarNettar主要研究主要研究GigabitGigabit网络应用,其研究成网络应用,其研究成员来自员来自PittsburghPittsburgh。他们利用他们利用HIPPIHIPPI开关及开关及ATM/SONETATM/SONET连接连接HIPPIHIPPI开关,并将开关,并将CMUCMU的各种计算机与的各种计算机与PittsburghPit
11、tsburgh的巨型计的巨型计算机互连,主要研究异构系统分布处理性能中协议及操作算机互连,主要研究异构系统分布处理性能中协议及操作系统的设计。系统的设计。2023/1/1可编辑91 1 概述概述 *美国的美国的CASACASA建立于建立于19901990年,它是美国年,它是美国ARPA/NSFARPA/NSF的一个测试试验基地。主要研究分布式超的一个测试试验基地。主要研究分布式超级计算机,并连接了美国西部的主要超级计算机实级计算机,并连接了美国西部的主要超级计算机实验室,如验室,如LosAlamosLosAlamos国家实验室、国家实验室、CaliforniaCalifornia技术技术学院(
12、学院(CalTechCalTech)、)、SanDigoSanDigo超级计算机中心超级计算机中心(SDSCSDSC)及及JetPropulsionJetPropulsion实验室(实验室(JPCJPC)等。正在等。正在研究的应用项目主要包括超级计算机间基于网络的研究的应用项目主要包括超级计算机间基于网络的通信、采用大量数据的化学反应计算、交互式地理通信、采用大量数据的化学反应计算、交互式地理应用及气象预报等。该工程主要利用应用及气象预报等。该工程主要利用SONETOC-3SONETOC-3长长途线路连接途线路连接LANLLANL(Los Alamos NationalLos Alamos N
13、ationallabortorylabortory)、)、JPCJPC、CalTechCalTech及及SDSCSDSC等。等。2023/1/1可编辑10千兆位以太网的特点千兆位以太网的特点1 1 千千兆兆位位以以太太网网更更显显著著地地提提高高了了传传统统以以太太网网的的原原生生带带宽,比后者高出宽,比后者高出100100倍。倍。2 2 千千兆兆位位以以太太网网使使用用传传统统的的CSMA/CDCSMA/CD介介质质访访问问控控制制协协议议。因因此此它它和和传传统统以以太太网网,快快速速以以太太网网有有良良好好的的兼兼容容性性,容容易易互相配合在一起工作,网络的升级也很容易。互相配合在一起工
14、作,网络的升级也很容易。3 3 保保护护原原有有网网络络的的投投资资。可可以以保保留留现现有有网网络络的的应应用用程程序序、操操作作系系统统和和网网络络层层协协议议。原原有有的的网网络络管管理理软软件件也也适适用用于千兆位以太网。于千兆位以太网。4 4 千千兆兆位位以以太太网网是是迄迄今今数数据据速速率率最最高高的的局局域域网网,但但是是它它和和快快速速以以太太网网等等同同一一族族的的局局域域网网相相同同,是是对对数数据据通通信信优优化化设设计计的的。因因此此,它它不不具具备备像像ATM ATM LANLAN所所特特有有的的多多媒媒体体通通信的适用性能。信的适用性能。2023/1/1可编辑11
15、千兆位以太网的特点千兆位以太网的特点 5.5.千千兆兆位位以以太太网网可可用用于于多多种种传传输输介介质质。如如短短程程和和长长程程铜铜线线、多多模模和和单单模模光光纤纤、在在短短程程铜铜线线(第第5 5类类UTP)UTP)上上的的通通信信距距离离为为2510025100m m,在在单单模模光光纤纤介介质质上上的的通通信信距距离离为为2 2kmkm。6.6.以以低低的的成成本本费费用用提提供供网网络络升升级级。它它以以2 23 3倍倍当当前前快快速速以以太太网网的的成成本本,提提供供1010倍倍于于后后者者的的性性能能。对对用用户户和和网网管管人人员员无无需需作作新新的的培培训训,网网管管工工
16、具具和和应应用用程程序序可可以以保保持持不不变。变。7.7.千千兆兆位位以以太太网网和和ATMLANATMLAN是是当当前前两两种种最最新新型型的的高高速速局局域域网网技技术术,前前者者比比后后者者易易于于实实现现,立立即即能能够够收收到到提提高高网网络性能的效果。络性能的效果。2023/1/1可编辑122.2.千兆位以太网的模型千兆位以太网的模型1 1以以太太网网是是采采用用有有碰碰撞撞检检测测的的载载波波侦侦听听多多路路访访问问(CSMA/CD)CSMA/CD)介介质质访访问问控控制制(MAC)MAC)机机制制,管管理理各各个个节节点点设设备备在在网网络络总总线线上上发发送送信信息息。千千
17、兆兆位位以以太太网网是是一一种种新新型型高高速速局局域域网网,它它可可以以提提供供1 1GbpSGbpS的的通通信信带带宽宽,采采用用和和传传统统1010M M,100M100M以以太太网网同同样样的的协协议议、帧帧格格式式和和帧帧长长,因因此此可可以以实实现现在在原原有有低低速速以以太太网网基基础础上上平平滑滑、连连续续性性的的网网络络升升级级,从从而而能能最最大大限限度度的的保保护用户以前的投资。护用户以前的投资。2023/1/1可编辑132.2.千兆位以太网的模型千兆位以太网的模型1 1在在以以太太网网的的演演变变过过程程中中,很很重重要要的的进进展展是是在在9090年年代代初初引引入入
18、的的以以太太网网交交换换技技术术和和快快速速以以太太网网(100(100Base-T)Base-T)技技术术。这这两两种种技技术术都都保保持持了了传传统统的的以以太太网网的的CSMA/CDCSMA/CD特特性性,因因而而与与传传统统以以太太网网兼兼容容,保保护护了了原原有有的的网网络络基基础础设设施施的的投投资资,同同时时又又使使以以太太网网的的技技术术性性能能得得以以大大幅幅度度的的提提升升,提提高高了了它它的的使使用用价价值值。快快速速以以太太网网建建立立在在广广泛泛接接受受的的1010Base-TBase-T以以太太网网基基础础之之上上,提提供供向向100100兆兆bpsbps的的平平滑
19、滑、连连续续性性的的网网络络升升级级。然然而而为为服服务务器器和和台台式式机机提提供供100100Base-TBase-T速速率率的的发发展展,又又显显然然产产生生了了对对主主干干网网和和服服务务器器更更高高网网络络速速率率的的要要求求。这这种种更更高高速速率率的的技技术术应应能能提提供供平平滑滑的的升升级级方方式式,具具有有较较好好的的性性能能价格比,不需要重新培训。价格比,不需要重新培训。2023/1/1可编辑14千兆以太网的层次模型千兆以太网的层次模型2023/1/1可编辑15千兆位以太网千兆位以太网与与 以以 太太 网网 和和 快快 速速 以以 太太 网网 一一 样样,千千 兆兆 位位
20、 以以 太太 网网(Gigabit Gigabit EthernetEthernet)只只定定义义了了物物理理层层和和介介质质访访问问控控制制子子层层。实实际际上上,物物理理层层是是千千兆兆位位以以太太网网的的关关键键组组成成,具有以下主要功能:具有以下主要功能:(1 1)数据的编码与解码;数据的编码与解码;(2 2)数据比特流的传输与故障指示;数据比特流的传输与故障指示;(3 3)建建立立链链路路所所需需的的机机械械、电电气气、功功能能和和规规模模特特性性等。等。2023/1/1可编辑16千兆位以太网千兆位以太网2023/1/1可编辑1710001000Base-SXBase-SX标准标准
21、10001000Base-SXBase-SX采采用用直直径径为为62.562.5umum和和5050umum的的多多模模光光纤纤,工工作作波波长长为为850850nm,nm,传传输输距距离离为为260260m m和和525525m m,数数据据编编码码方方式式为为8 8B/10BB/10B,适适用用于于作作为为大大楼网络系统的主干。楼网络系统的主干。2023/1/1可编辑1810001000Base-LXBase-LX标准标准 (1 1)多模光纤多模光纤10001000Base-LXBase-LX可可采采用用直直径径为为5050umum和和62.562.5umum的的多多模模光光纤纤,工工作作
22、波波长长为为850850nmnm,传传输输距距离离为为550550m m,数数据据编编码码方方法法为为8 8B/10BB/10B,适适用用于于大大楼楼网网络络系系统统的的主干。主干。(2 2)单模光纤单模光纤10001000Base-LXBase-LX可可采采用用直直径径为为9 9umum的的单单模模光光纤纤,工工作作波波长长为为13001300nmnm或或15501550nmnm,数数据据编编码码方方法法为为8 8B/10BB/10B,适适用用于于校校园园或或城城域域主主干干网网。单单模模光光纤纤连接的最大距离为连接的最大距离为30003000米。米。2023/1/1可编辑191000100
23、0Base-CXBase-CX标准标准 10001000Base-CXBase-CX采采用用150150平平衡衡屏屏蔽蔽双双绞绞线线(STPSTP),传传 输输 距距 离离 为为 2525m,m,传传 输输 速速 度度 为为1.251.25Gbit/s,Gbit/s,数数据据编编码码采采用用8 8B/10BB/10B,适适用用于于集集群群网网络络设设备备的的互互连连,例例如如机机房房内内连连接接网网络络服服务务器器。2023/1/1可编辑2010001000Base-TBase-T标准标准 10001000Base-TBase-T采采用用4 4对对5 5类类UTPUTP双双绞绞线线,传传输输距
24、距离离为为100100m m,传传输输速速率率为为1 1Gbit/sGbit/s,使使用用于于已已铺铺设设5 5类类UTPUTP电缆的大楼主干网络。电缆的大楼主干网络。2023/1/1可编辑21介质访问控制介质访问控制MACMAC子层子层 性性能能参参数数包包括括整整体体吞吞吐吐率率,利利用用率率,错错误误率率,响响应应时时间间。监监控控网网络络设设备备和和连连接接的的当当前前使使用情况对性能管理是至关重要的。用情况对性能管理是至关重要的。2023/1/1可编辑22 3 3 路由技术路由技术在在交交换换机机只只有有第第二二层层交交换换功功能能时时,如如果果要要互互连连不不同同的的网网络络(例例
25、如如LANLAN与与WANWAN互互连连),就就需需要要使使用用路路由由器器(工工作于第三层)。路由器具有以下功能:作于第三层)。路由器具有以下功能:1.1.帧转发,按帧转发,按IPIP地址转发地址转发IPIP帧。帧。2.2.地址转换,实现地址转换,实现MACMAC地址与地址与IPIP地址的转换。地址的转换。3.3.服务优先处理和流量控制。服务优先处理和流量控制。4.4.网网络络安安全全控控制制,例例如如分分组组过过滤滤、数数据据加加密、身份认证等。密、身份认证等。5 5质量保证,例如优先级控制、带宽预留等。质量保证,例如优先级控制、带宽预留等。2023/1/1可编辑23路由交换机路由交换机千
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